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Les déchets radioactifs bien plus corrosifs qu'on ne le pensait...

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Un matériau envisagé pour enrober les matières radioactives, le zircon, se révèle beaucoup moins résistant que ne le prédisait la théorie. La faute aux particules alpha, étonnamment agressives.

Pour rendre inoffensifs les déchets radioactifs durant de très longues périodes, les techniques actuelles consistent à les inclure dans des matériaux vitreux ou cristallins avant de les stocker sous terre. La résistance à très long terme de ces carapaces est très difficile à évaluer. On pensait avoir trouvé un bon candidat, en la personne du zircon, ou silicate de zirconium naturel (ZrSiO4). On attendait de lui qu'il reste stable durant une durée environ dix fois supérieure à la demi-vie du plutonium-239, qui est de 24 000 ans.

Les études théoriques (calculs et simulations numériques) montraient que le zircon pourrait effectivement résister durant un quart de million d'années, laissant l'humanité dormir tranquille durant de nombreuses générations. Mais Ian Farnan et son équipe de l'université de Cambridge (Grande-Bretagne) ont eu l'idée de vérifier et, malheureusement, leurs résultats sont bien moins rassurants que les modèles théoriques : au bout de 1 400 ans, le zircon sera troué comme du gruyère et laissera l'eau lessiver ce qu'il contient.

Comme beaucoup de déchets radioactifs, le plutonium-239 émet des radiations alpha, c'est-à-dire des groupes de deux protons et deux neutrons, identiques aux noyaux d'hélium. Quand elles bombardent un réseau cristallin comme celui du zircon, ces lourdes particules y font beaucoup de dégâts, chacune d'elles laissant une trace sur plusieurs dizaines de centimètres. De plus, quand la particule est éjectée de son atome, celui-ci, comme un canon, subit un fort recul et part dans la direction opposée, causant lui aussi des ravages. Le résultat est une désorganisation locale du réseau cristallin, qui prend la forme d'un verre percé d'ouvertures. Le phénomène était connu mais seulement modélisé.

Un coup de canon, 5000 victimes

Pour le mesurer, les chercheurs ont utilisé la RMN (résonance magnétique nucléaire), bien connue en médecine. Elle leur a permis de distinguer parmi le réseau cristallin les zones vitreuses créées par la radioactivité alpha. Conclusion : une seule désintégration alpha touche 5 000 molécules de zircon, soit 2,5 à 5 fois plus que ce que prédisaient les modèles théoriques.

Quand une particule alpha éjectée d'un plutonium-239 heurte le réseau cristallin du zircon, ses effets sont dévastateurs… Crédit : Ian Farnan

Ce sont de véritables trous qui sont ainsi creusés dans l'épaisseur de zircon et, avec le temps et l'aide de l'humidité ambiante, les atomes radioactifs trouveront là le chemin de la liberté et pourront rejoindre le reste de la planète. Selon l'équipe de Farnan, la dissolution de ces zircons abîmés serait des centaines de fois plus rapide que celle du zircon intact.

Il reste donc du pain sur la planche aux chercheurs pour trouver le conteneur fiable. Une voie de recherche est de trouver un matériau capable de s'auto-réparer, c'est-à-dire de reboucher, même lentement, les trouées provoquées par les particules radioactives. Certains verres semblent de bons candidats, un aluminosilicate a notamment séduit les scientifiques en 2006. On ne peut que leur souhaiter bon travail...

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