Plusieurs minéraux subissent une auto-irradiation radioactive et subissent des modifications à long terme de leurs propriétés. La monazite minérale se comporte comme du camembert dans lequel des trous sont percés :les dommages radiatifs existants se guérissent d'eux-mêmes. Une équipe de recherche internationale dirigée par Lutz Nasdala, Institut de Minéralogie et Cristallographie, Université de Vienne, a mené une étude d'irradiation ionique qui a démêlé les causes de l'auto-guérison de la monazite. Les résultats ont été publiés dans Rapports scientifiques .

Dans la nature, il existe de nombreux minéraux qui incorporent de l'uranium et du thorium dans leur structure cristalline. Cela provoque une auto-irradiation radioactive qui, sur des périodes géologiques, peut détruire le cristal et le transformer en une forme vitreuse. Dès 1893, le minéralogiste et géologue norvégien a introduit le terme « métamicte » pour décrire cet état vitreux.

Les minéraux auto-irradiants sont actuellement au centre de la recherche internationale. En effet, les dommages structurels causés par les radiations peuvent affecter les propriétés physiques et chimiques des minéraux. Comprendre les causes de ces changements de propriétés est crucial pour les sciences de la Terre, comme l'une des techniques les plus importantes pour déterminer l'âge des minéraux et des roches est basée sur la désintégration radioactive de l'uranium. En sciences des matériaux, les minéraux radioactifs sont des analogues des céramiques hôtes pour l'immobilisation des déchets radioactifs.

Monazite se guérit

On ne comprenait pas pourquoi certains minéraux (comme le zircon, ZrSiO 4 ) se trouvent souvent dans la nature à l'état vitrifié par irradiation, tandis que d'autres espèces (comme la monazite, CePO 4 )—malgré une auto-irradiation encore plus élevée—ne devient jamais métamicte mais, plutôt, sont toujours observés dans un état modérément endommagé par les radiations. Ceci s'explique par une stabilité insuffisante de la structure monazite, entraînant une incapacité à accumuler des dommages sur des périodes géologiques. Lutz Nasdala explique cela, grandement simplifié, par une comparaison avec le fromage :« C'est facilement possible, à l'aide d'un crayon, faire un trou dans un emmental dur ('stable'), alors que les trous produits de manière analogue dans un camembert à pâte molle « guériraient » en un rien de temps. »

Les ions d'hélium créent et guérissent les dommages causés par les radiations

On pense que l'auto-guérison partielle de la monazite n'est pas seulement causée par la faible stabilité thermique de ce minéral, mais aussi lié à l'action des particules alpha naturelles (c'est-à-dire noyaux d'hélium riches en énergie qui sont émis par un noyau instable lors d'un "événement de désintégration alpha"). Le dernier, cependant, était en contraste apparent avec l'observation selon laquelle la monazite cristalline est sujette aux dommages causés par l'irradiation alpha.

Dans la nouvelle étude, l'équipe de recherche pourrait démêler les causes de l'auto-guérison en menant des expériences d'irradiation. Les ions d'hélium avec des énergies de millions d'électrons-volts (analogues des particules alpha naturelles) créent des dommages structurels dans la monazite cristalline. En revanche, les mêmes ions d'hélium provoquent la récupération structurelle de la monazite endommagée par les radiations. Ainsi la monazite cristalline correspondrait à l'Emmental, tandis que la monazite endommagée par les radiations devient du camembert.

Une telle forte dépendance des propriétés minérales vis-à-vis de petits changements dans l'état structurel n'a jamais été décrite auparavant. Une conséquence pour la recherche en sciences de la Terre est que les expériences avec des matériaux synthétiques (c'est-à-dire, la monazite non endommagée par les radiations) peut donner des résultats qui ne sont pas nécessairement pertinents pour le comportement de ce minéral (toujours modérément endommagé par les radiations) à l'intérieur de la Terre.