La fin des déchets nucléaires ? Des métaux qui se réparent d'eux-mêmes ? Ce sont les conclusions de deux études publiées la semaine dernière. Cela semble incroyable ? Et pourtant, ces études pourraient être le signe que notre avenir sur Terre est encore possible ! Laissez-moi vous expliquer ces études et pourquoi elles sont importantes.
Pouvons-nous encore nous sauver ou est-ce la fin de notre espèce sur cette planète ? Cette question m'a fréquemment traversé l'esprit ces dernières semaines, notamment parce que les catastrophes naturelles et les températures extrêmes à travers le monde ont fait partie de mon bruit de fond. Certains jours, j'ai l'impression que nous sommes toutes et tous condamné.es et qu'il est trop tard pour changer quoi que ce soit. Mais parfois, je tombe sur de grandes idées ou des recherches scientifiques qui me font croire le contraire. La semaine dernière, deux études ont retenu mon attention. La première, publiée mardi passé, propose une solution aux déchets nucléaires. La deuxième a été publiée mercredi passé et a découvert que les métaux peuvent se réparer d'eux-mêmes. Je sais que cela semble trop beau pour être vrai, mais laissez-moi d'abord vous expliquer ces études !
La première étude d'une équipe de l'Université de Houston au Texas a découvert des cristaux moléculaires capables de capturer des molécules d'iode : l'un des éléments radioactifs qui se trouve dans les déchets nucléaires. Qu'est-ce que cela signifie ?
Le matériau utilisé pour produire de la chaleur pour alimenter les turbines est appelé combustible nucléaire. Une fois que le combustible nucléaire est utilisé, il est placé dans des bassins d'eau pour être refroidi et pour contenir les radiations. Quelques années plus tard (entre 6 et 10 ans), le combustible peut être transféré dans une installation de stockage. Selon l'Association nucléaire mondiale, certains pays comme la France, le Japon, l'Allemagne, la Belgique et la Russie recyclent le combustible nucléaire usé. Toutefois, cela n'est pas sans risque. En 2022, l'Agence internationale de l'énergie atomique (AIEA) a signalé 146 incidents. "Ces dernières années, un nombre croissant d'incidents ont impliqué la détection de produits manufacturés contaminés par des matières radioactives dans les chaînes de recyclage des métaux. Cela indique un problème persistant pour certains pays dans la sécurisation et l'élimination non autorisée de sources radioactives. […] Le métal contaminé, s'il est utilisé pour fabriquer des articles ménagers, pourrait poser un problème de santé aux consommateurs", rapporte l'AIEA.
En plus des problèmes de sécurité liés aux matériaux recyclés, certains des produits du combustible nucléaire doivent être placés dans un dépôt. Au Canada, il y a 4 centrales nucléaires et 16 sites différents pour la gestion des déchets radioactifs. Ainsi, même si les déchets radioactifs sont immobilisés, ils sont toujours dangereux et c'est précisément la raison pour laquelle l'étude de l'équipe de Houston est intéressante.
L'étude montre que des cristaux constitués d'atomes de carbone, d'hydrogène et d'oxygène peuvent capturer l'iode dans les solutions aqueuses et organiques et sur les surfaces entre les deux. "Ce dernier point est particulièrement important car l'iode capturé sur les surfaces pourrait l'empêcher d'atteindre et d'endommager les revêtements de peinture spécialisés utilisés dans les réacteurs nucléaires et les cuves de confinement des déchets", détaille Ognjen Miljanic, professeur de chimie et auteur de l'article détaillant la découverte dans Cell Reports Physical Science. "Lorsque le matériau est déposé entre la couche organique et aqueuse, il arrête essentiellement le transfert d'iode d'une couche à l'autre", ajoute-t-il. De plus, l'iode capté peut potentiellement être déplacé d'une zone à une autre. "L'idée est de le capturer à un endroit où il est difficile à gérer, puis de le relâcher à un endroit où il est facile à gérer", explique le professeur.
Bien sûr, ces résultats doivent encore être testés en pratique, ce qui pousse Ognjen Miljanic à réfléchir aux prochaines étapes. "Les cristaux sont assez faciles à fabriquer et peuvent être produits à grande échelle à partir de matériaux relativement peu coûteux sans aucune atmosphère protectrice particulière", déclare-t-il. Ils peuvent également capturer d'autres molécules telles que le dioxyde de carbone, ce qui serait un autre grand pas vers un monde plus propre et plus durable. Le prochain objectif pour l'équipe est de trouver un partenaire qui aidera les scientifiques à explorer différents aspects commerciaux. D'ici là, l'équipe prévoit d'explorer davantage la cinétique et les comportements des structures cristallines pour les rendre encore meilleures.
Dans la deuxième étude, une équipe de recherche des Sandia National Laboratories et de l'Université A&M au Texas a vu des morceaux de métal se fissurer, puis se recoller sans aucune intervention humaine. Mais pourquoi est-ce important ?
Les métaux s'usent et finissent par se casser : c'est ce que les scientifiques appellent la fatigue. Sous l'action des contraintes ou des mouvements répétés plusieurs fissures microscopiques se forment et, au fil du temps, ces fissures se développent et se propagent jusqu'à ce que tout l'appareil se casse. Bien que les scientifiques aient créé des matériaux qui se réparent d'eux-mêmes (principalement des plastiques), la notion de métal auto-cicatrisant appartenait au domaine de la science-fiction.
Mais en 2013, Michael Demkowicz, professeur à Texas A&M, a publié une nouvelle théorie, basée sur les résultats de simulations informatiques, selon laquelle, dans certaines conditions, le métal devrait être capable de souder les fissures formées par l'usure. En 2023, sa théorie s'est concrétisée dans les laboratoires de Sandia lorsqu'une équipe de chercheurs évaluait comment les fissures se formaient et se propageaient à travers un morceau de platine à l'échelle nanométrique. Environ 40 minutes après le début de l'expérience, les dégâts se sont inversés. Une extrémité de la fissure a fusionné comme si elle revenait sur ses pas, ne laissant aucune trace de la fissure.
Bien qu'il reste beaucoup d'inconnues sur le processus d'auto-cicatrisation, y compris s'il deviendra un outil pratique dans la production de métaux, "la mesure dans laquelle ces résultats peuvent être généralisés fera probablement l'objet de recherches approfondies", explique Brad Boyce, l'un des scientifiques de l'équipe. "Nous montrons que cela se produit dans les métaux nanocristallins dans le vide. Mais nous ne savons pas si cela peut également être induit dans les métaux conventionnels dans l'air", ajoute-t-il.
Si le phénomène peut être exploité, il pourrait rendre les moteurs, les ponts ou les avions plus sûrs et plus durables et, à long terme, pourrait conduire à moins d'extraction de métaux, moins de production et moins de déchets. Ceci est fondamental car l'extraction et la production de métaux ont non seulement des effets environnementaux négatifs comme la déforestation et la pollution, mais également des impacts sociaux négatifs tels que la violence, le travail des enfants, l'augmentation des inégalités des genres et en matière de santé.
Dans l'ensemble, ces deux études me donnent espoir d'une vie plus durable sur Terre et montrent que nous avons encore beaucoup à apprendre des minéraux, des plantes et des animaux qui se trouvent sur notre planète.
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