Dans un monde de plus en plus préoccupé par les implications environnementales et géopolitiques de l’utilisation des combustibles fossiles, l’énergie nucléaire suscite un grand intérêt. En tant que source d’énergie propre durable capable de produire de l’électricité à grande échelle sans émissions de gaz à effet de serre, elle offre une solution prometteuse pour accompagner la transition de la société vers un futur neutre en carbone.
Néanmoins, la production d’énergie nucléaire génère des déchets radioactifs. La gestion sécurisée de ces déchets est un défi crucial à relever pour obtenir la confiance du public dans cette solution énergétique transformatrice.
Une solution innovante pour la gestion des déchets nucléaires
Une équipe de chercheurs de l’Université de Houston a mis au point une solution innovante pour la gestion des déchets nucléaires : des cristaux moléculaires à base de cyclotétrabenzil hydrazones. Ces cristaux, issus d’une découverte majeure de l’équipe en 2015, sont capables de capturer l’iode – l’un des produits de fission radioactifs les plus courants – dans des solutions aqueuses et organiques, ainsi qu’à l’interface entre les deux.
« Ce dernier point est particulièrement important car la capture de l’iode sur les interfaces pourrait empêcher l’iode d’atteindre et d’endommager les revêtements de peinture spécialisés utilisés dans les réacteurs nucléaires et les cuves de confinement des déchets« , a indiqué Ognjen Miljanic, professeur de chimie et auteur correspondant de l’article détaillant cette découverte dans Cell Reports Physical Science.
Ces cristaux présentent une capacité d’absorption de l’iode stupéfiante, rivalisant avec celle des cadres métallo-organiques poreux (MOFs) et des cadres organiques covalents (COFs), auparavant considérés comme le summum des matériaux de captation de l’iode.
Le rôle d’Alexandra Robles dans la découverte
Alexandra Robles, première auteure de l’étude et ancienne doctorante qui a basé sa thèse sur cette recherche, travaillait avec les cristaux dans le laboratoire de Miljanic lorsqu’elle a fait cette découverte. Son intérêt pour la recherche d’une solution pour les déchets nucléaires a conduit Robles à étudier l’utilisation des cristaux pour capturer l’iode.
« Elle a fini par capturer de l’iode à l’interface entre les couches organiques et aqueuses, ce qui est un phénomène peu étudié« , a ajouté le Pr. Miljanic, ajoutant que cette caractéristique exceptionnelle offre un avantage crucial. « Lorsque le matériau est déposé entre la couche organique et la couche aqueuse, il arrête essentiellement le transfert d’iode d’une couche à l’autre« .
Les avantages de la technologie de capture et de relâchement
Non seulement ce processus préserve l’intégrité des revêtements de réacteur et améliore le confinement, mais l’iode capturé pourrait également être déplacé d’un endroit à un autre. « L’idée ici est de le capturer à un endroit où il est difficile de le gérer, puis de le relâcher à un endroit où il est facile de le gérer« , a précisé le Pr. Miljanic.
L’autre avantage de cette technologie de capture et de relâchement est que les cristaux peuvent être réutilisés. « Si le polluant adhère simplement au réactif, il faut jeter l’ensemble, ce qui augmente les déchets et les pertes économiques« , a-t-il précisé.
Bien sûr, tous ces potentiels extraordinaires doivent encore être testés dans des applications pratiques, ce qui fait réfléchir Ognjen Miljanic sur les prochaines étapes.
Molécules, cristaux et poulpes
L’équipe crée ces petites molécules organiques contenant uniquement des atomes de carbone, d’hydrogène et d’oxygène à l’aide de produits chimiques disponibles sur le marché.
Chaque cristal est une structure en forme d’anneau avec huit pièces linéaires qui en émanent, ce qui a conduit l’équipe de recherche à le surnommer « Le Poulpe ».
« Ils sont assez faciles à fabriquer et peuvent être produits à grande échelle à partir de matériaux relativement bon marché sans atmosphère protectrice particulière« , a encore indiqué le Pr. Miljanic.
Il estime qu’il peut actuellement produire ces cristaux au coût d’environ 1 dollar le gramme dans un laboratoire académique. Dans un contexte industriel, le chercheur pense que le coût serait nettement inférieur.
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Ces petits cristaux affamés sont très polyvalents et peuvent capturer plus que de l’iode. L’équipe les ont utilisés pour capturer du dioxyde de carbone, ce qui serait une autre grande avancée vers un monde plus propre et plus durable. De plus, les molécules « Le Poulpe » sont étroitement liées à celles que l’on trouve dans les matériaux utilisés pour fabriquer des batteries au lithium-ion, ce qui ouvre la porte à d’autres opportunités énergétiques.
« C’est un type de molécule simple qui peut faire toutes sortes de choses différentes en fonction de la manière dont nous l’intégrons au reste d’un système donné« , a conclu le Pr. Miljanic. « Nous poursuivons donc toutes ces applications également« .
Il est enthousiasmé par la multitude de possibilités offertes par les cristaux et est impatient d’explorer des applications pratiques. Son prochain objectif est de trouver un partenaire qui aidera les scientifiques à explorer différents aspects commerciaux.
En attendant, les chercheurs prévoient d’explorer davantage la cinétique et les comportements des structures cristallines pour les améliorer encore.
En synthèse
En somme, la découverte de l’équipe de l’Université de Houston pourrait transformer la gestion des déchets nucléaires. Ces cristaux, capables de capturer l’iode radioactif, pourraient constituer une solution efficace et économique. La possibilité de réutiliser ces cristaux après la captation de l’iode représente une avancée majeure dans la réduction des déchets nucléaires. Bien que les travaux en soient encore à un stade préliminaire, les perspectives offertes par cette technologie sont très prometteuses.
Pour une meilleure compréhension
Q: Comment fonctionne cette nouvelle méthode de gestion des déchets nucléaires ?
R: Cette méthode repose sur l’utilisation de cristaux moléculaires qui peuvent capter l’iode radioactif, un produit de fission courant dans les déchets nucléaires.
Q: Quels sont les avantages de cette nouvelle méthode ?
R: L’un des principaux avantages de cette méthode est que les cristaux utilisés pour capter l’iode peuvent être réutilisés, ce qui pourrait aider à réduire la quantité de déchets nucléaires.
Q: Quelles sont les prochaines étapes pour cette recherche ?
R: Les chercheurs espèrent maintenant tester cette méthode dans des applications pratiques et explorer d’autres utilisations potentielles pour les cristaux, y compris la capture du dioxyde de carbone.
Légende : Une équipe de chercheurs de l’université de Houston a découvert des cristaux moléculaires capables de capturer l’iode, l’un des produits de fission radioactifs les plus courants. Ces cristaux polyvalents pourraient être utilisés pour la gestion des déchets nucléaires et d’autres applications liées à l’énergie.
