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Du nucléaire à la définition du kilogramme : la métrologie à l'IRMM

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Depuis plus de 25 ans, le Centre commun de recherche de la Commission européenne apporte son concours à l'Agence internationale de l'énergie atomique dans la surveillance de l'application du traité de non-prolifération nucléaire. Une grande partie de ce travail consiste à mesurer les niveaux de plusieurs isotopes radioactifs dans des échantillons prélevés, entre autres, dans des installations nucléaires. Les isotopes sont des versions d'un même élément qui présentent différents nombres de neutrons. L'analyse des quantités relatives de ces isotopes permet aux scientifiques de découvrir l'origine et le mode de production d'une substance.

La précision de ces mesures est notamment garantie par l'unité « Mesures d'isotopes » de l'Institut des matériaux et mesures de référence (IMMR) du CCR, qui est installé à la périphérie de la ville flamande de Geel, dans le nord de la Belgique. CORDIS Nouvelles a visité les laboratoires de cette unité en compagnie de Roger Wellum, coordinateur de la surveillance à l'IRMM.

« Dans le domaine nucléaire, il faut être précis jusqu'à une fraction de pour cent », a expliqué le Dr Wellum. « Les mesures doivent être calibrées; les matériaux de référence représentent donc une partie fondamentale du système de mesure. » La production de matériaux de référence certifiés est une tâche essentielle de l'IMMR.

L'entrée dans les laboratoires requiert, après la délivrance d'une autorisation de sécurité, le port de chaussons en plastique et d'un tablier de laboratoire. Un dosimètre fourré dans la poche du tablier complète la panoplie et, ainsi parés, nous nous engageons à pas feutrés dans le couloir.

Dans le premier laboratoire où nous pénétrons, une solution vert émeraude repose dans une bouteille de verre à l'intérieur d'une boîte à gants. Ce liquide est le premier stade de production d'une «semence séchée de grande taille». Les morceaux métalliques d'uranium et de plutonium bien identifiés sont dissous dans l'acide nitrique, une opération qui peut durer plusieurs semaines. Ensuite, la solution est répartie dans quelque 1 000 fioles et séchée. Le produit final est utilisé par les inspecteurs de surveillance nucléaire et d'autres agents pour mesurer la quantité de combustibles de réacteur dissous dans des sites de retraitement tels que Sellafield, La Hague et Rokkasho, au Japon.

Un domaine d'importance croissante pour les inspecteurs de surveillance nucléaire réside dans l'échantillonnage environnemental. Il s'agit le plus souvent de prélever des traces à l'intérieur d'une installation nucléaire en frottant une surface à l'aide d'un linge en coton, puis en examinant le linge afin de déterminer les types de particules nucléaires qu'il a ramassées. Le profil nucléaire de ces particules de poussière peut ensuite être analysé et comparé aux types de particules qui doivent normalement être récoltées en fonction de l'activité officielle de l'installation.

Les scientifiques de l'IMMR développent actuellement une technique de production de particules de référence contenant des quantités certifiées de différents isotopes d'uranium, en réponse à une nécessité pressante. Dans un autre laboratoire, nous pouvons observer la chambre de réaction qu'utilisent les scientifiques pour créer des particules d'uranium réalistes à partir d'hexafluorure d'uranium (UF6) à l'état gazeux.

Le travail de l'unité « Mesure d'isotopes » ne se limite pas au secteur nucléaire. Un autre projet en cours a trait aux recherches destinées à définir le kilogramme. Au fil des années, les scientifiques ont défini les unités de mesure sur la base de mesures « pures ». Par exemple, un mètre correspond à « la longueur du trajet parcouru dans le vide par la lumière pendant une durée de 1/299 792 458 de seconde ». La référence du kilogramme reste toutefois un bloc de métal de platine/iridium conservé au Bureau international des poids et mesures, dans la région parisienne. La définition du kilogramme sur la base d'une mesure « pure » s'avère extrêmement complexe, mais la question devient urgente alors que les comparaisons entre le kilogramme officiel et les copies de référence conservées dans d'autres pays donnent à penser que l'original pourrait s'altérer.

L'IMMR participe au projet international sur la constante d'Avogadro, qui tente de définir le kilogramme en étudiant le nombre d'atomes dans un kilogramme de silicium pur. Les scientifiques ont toutefois encore un long chemin à parcourir avant d'atteindre ce Saint Graal de la métrologie.

M. Wellum organise en outre des comparaisons entre laboratoires, dans lesquelles le même matériau de référence est envoyé à plusieurs laboratoires de mesure, qui exécutent les expériences pertinentes et communiquent leurs résultats à l'IMMR. Certains laboratoires sont capables de mesurer les matériaux avec un degré élevé de précision, tandis que l'IMMR peut prodiguer des conseils aux autres pour l'amélioration de leurs techniques de mesure.

Demain, suite de la visite de l'IRMM.

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