Isoler la radioactivité des déchets nucléaires

Le nettoyage des déchets radioactifs est difficile et parfois dangereux, notamment lorsqu''il s''agit d''uranium. Afin de traiter en toute sécurité les déchets nucléaires, nous devons mieux comprendre l''uranium.

Le projet UNCLE, financé par l''UE, qui s''est achevé en 2014, s''est concentré sur l''amélioration du processus de nettoyage par le biais d''une étude du processus de liaison chimique de l''uranium et de son effet sur la réactivité. Par conséquent, les chercheurs d''UNCLE en ont conclu que le nitrure d''uranium et les oxo-complexes sont les mêmes en substance, la seule différence étant la permutation d''un simple atome d''azote du nitrure avec un atome d''oxygène des oxo-complexes. Les chercheurs ont réalisé que la symétrie des complexes et l''état d''oxydation des ions d''uranium en font les systèmes parfaits pour développer des modèles quantitatifs.

Le problème, néanmoins, est que passer d''approches qualitatives à quantitatives nécessite une grande famille de molécules. Pour surmonter cet obstacle, les chercheurs ont identifié un nouveau moyen fiable de fabriquer des complexes de nitrure d''uranium permettant de préparer une grande famille de molécules.

Isoler les éléments les plus toxiques grâce à l''arsenic

Grâce au modèle quantitatif développé par UNCLE, et à sa compréhension de la façon dont les éléments comme le thorium et l''uranium interagissent avec les éléments du tableau périodique, les chercheurs ont découvert comment les molécules d''arsenic peuvent servir à «recueillir» les éléments les plus toxiques des déchets nucléaires radioactifs. D''après les résultats qui devraient bientôt être publiés dans la revue «Nature Communications», les chercheurs rapportent les premiers exemples de thorium présentant des liens multiples avec l''arsenic existant dans des conditions ambiantes à des échelles de plusieurs grammes. Avant la recherche, ce résultat avait été obtenu à de très petites échelles et à des températures proches de celles de l''espace interstellaire (soit 3 – 10 Kelvin).

Autrement dit, le déclassement des centrales nucléaires pourrait bientôt devenir plus sûr et efficace, tout en apportant l''espoir d''une énergie plus propre. «L''énergie nucléaire a le potentiel de produire bien moins de dioxyde de carbone que les combustibles fossiles, mais les déchets à longue durée de vie qu''ils produisent sont radioactifs et doivent être traités de façon adéquate», affirme Elizabeth Wildman, chercheuse. «Nous avons besoin de réduire le volume des déchets nucléaires afin de faciliter leur manipulation, et de les traiter de manière à éliminer les éléments anodins ou à séparer les déchets en fonction de leur toxicité.»

Le potentiel des atomes donneurs mous

Le but ultime est d''utiliser des molécules organiques pour extraire de façon sélective les ions métalliques de la «soupe» des déchets nucléaires et en extraire les plus radioactifs et toxiques, ne laissant que le reste. «Pour ce faire, il faut comprendre la liaison chimique et le processus de liaison des extraits organiques avec les différents métaux», affirme le coordinateur du projet UNCLE, Stephen Liddle, également impliqué dans la dernière recherche. «Nous pouvons ensuite exploiter ces connaissances pour séparer les extraits organiques en les reliant de façon sélective à un type de métal, et les enlever ainsi de la soupe.»

D''après Liddle, de nombreuses preuves montrent que le meilleur moyen d''y parvenir passe par l''utilisation de molécules possédant une liaison donneur-à-métal souple. «L''arsenic étant un donneur mou, nous avons préparé des modèles de complexes pour comprendre la nature du lien», explique-t-il. «Ici, nous avons produit plusieurs grammes de molécules stables dans des conditions ambiantes. Nous pouvons donc les étudier de façon plus directe.»

Grâce à ces nouvelles connaissances et à la compréhension que les chercheurs espèrent obtenir via ces derniers travaux, les résultats d''UNCLE devraient bientôt être appliqués à un système opérationnel.

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