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"Emploi de l’oxyde de graphène pour la décontamination nucléaire" par le Dr Mae-Wan Ho

Traduction et compléments de Jacques Hallard
dimanche 22 septembre 2013 par Ho Dr Mae-Wan

ISIS Energie
Emploi de l’oxyde de graphène pour la décontamination nucléaire
Graphene Oxide for Nuclear Decontamination
L’oxyde de graphène élimine rapidement certains des radionucléides d’origine humaine, qui sont les plus toxiques à long terme, lorsque ces radionucléides sont contenus dans de l’eau contaminée. Par le Dr Mae-Wan Ho

Rapport de l’ISIS en date du 17/07/2013
L’article d’origine en anglais est intitulé Graphene Oxide for Nuclear Decontamination ; il est accessible sur le site http://www.i-sis.org.uk/Graphene_Ox...
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 Le pire héritage de l’industrie de l’énergie nucléaire

Parmi le pire héritage de l’industrie de l’énergie nucléaire, il faut citer l’énorme quantité de déchets radioactifs à vie longue qui sont générés et qui contaminent les sols et l’eau, parmi lesquels se trouvent dont les éléments transuraniens - éléments ayant un nombre atomique supérieur à 92 (qui est celui de l’uranium) – et qui sont les plus toxiques.
L’accident récent à la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi a libéré d’énormes quantités de radionucléides dans l’environnement, y compris dans l’eau de refroidissement contaminée, rivalisant et même dépassant les retombées de Tchernobyl. Cette dernière catastrophe a continué à contaminer les sols, les sédiments et les eaux souterraines, avec des effets dévastateurs sur la santé qui continuent de se dérouler au fil des années et à travers les générations (voir [1] Death Camp Fukushima Chernobyl - an ISIS special report, SiS 55)*.
* On peut consulter l’article "Les retombées radioactives de Fukushima rivalisent avec celles de Tchernobyl" par le Dr Mae-Wan Ho. Traduction et compléments de Jacques Hallard ; accessible sur le site http://isias.transition89.lautre.ne...
Les radionucléides naturels sont également mis en place dans les fluides de fracturation pour l’extraction des gaz de schistes (voir [2] Fracking for Shale Gas, SiS 57) *, et ils sont dispersés à la suite de l’exploitation minière. Un manque de traitement efficace et de mesures de décontamination se font cruellement sentir.
* Version en français : "Gaz de schiste exploités par fracturation" par le Professeur Peter Saunders. Traduction et compléments de Jacques Hallard accessible sur le site http://isias.transition89.lautre.ne...
Les chercheurs dirigés par Stepan Kalmykov à l’Université d’Etat de Moscou en Russie et James Visite à la Rice University de Houston, au Texas aux États-Unis, ont peut-être trouvé une solution parfaite pour la décontamination nucléaire avec l’oxyde de graphène [3, 4].
Les allotropes de carbone comme les fullerènes, les nanotubes de carbone, les nanodiamants et le graphène, ont été l’objet de beaucoup d’attention ces derniers temps dans le cadre de la gestion des déchets nucléaires.
Cependant, l’oxyde de graphène a été relativement négligé, sauf comme intermédiaire pour produire du graphène par exfoliation chimique du graphite. Mais l’oxyde de graphène s’est avéré être non toxique et biodégradable ; il pourrait être produit en masse d’une manière respectueuse de l’environnement. Il est soluble dans l’eau et forme des suspensions colloïdales stables lorsqu’il est dispersés dans d’autres liquides en raison de son caractère amphiphile (capable de se mélanger avec de l’eau ou de l’huile). L’oxyde de graphène dispersé dans des liquides présente également d’excellentes capacités de sorption. Auparavant, il avait été démontré que l’oxyde de graphène pouvait éliminer les éléments chimiques suivants : Cu (cuivre), Co (cobalt), Cd (cadmium), Eu (europium), l’arséniate, ainsi que les solvants organiques.
La surface de l’oxyde de graphène est recouverte d’époxy, d’hydroxyle et de carboxyle qui sont bien adaptés pour interagir avec les cations et anions. Il n’est pas étonnant, qu’il s’avère aussi être très propice pour enlever les nucléides radioactifs présents dans l’eau.
Les chercheurs ont porté leur attention sur les isotopes radioactifs des actinides (le groupe des éléments de numéro atomique de 89 à 103 dans lequel se trouvent les éléments chimiques et radionucléides suivants : Th (thorium), U (uranium), Np (neptunium), Pu (plutonium) et Am (américium), ainsi que les lanthanides (un groupe des « terres rares » qui ont les numéros atomiques de 57 à 71, auquel appartient Eu).

  Une élimination rapide de radionucléides dans l’eau

L’action de l’oxyde de graphène est exceptionnelle. Même à des concentrations très faibles de l’ordre de moins de 0,1 g / L, la sorption des radionucléides est achevée dans les 5 minutes. L’oxyde de graphène élimine 95% ou plus des éléments Pu, Am, et Th et environ 55% de l’uranium U à un pH d’environ 3,5.
A un pH plus élevé, situé entre 4 et 8, plus de 90% de tous les nucléides sont supprimés, y compris U et Eu. A un pH supérieur (> 7), plus de 70% de l’élément Sr (strontium) et Tc (technicium) sont enlevés et jusqu’à 20% de l’élément Np (neptunium). La sorption est réversible pour Pu et U par abaissement du pH.
L’élimination des radionucléides contenus dans des solutions de déchets a été testée en utilisant les déchets simulés des liquides nucléaires qui contiennent U et Pu, avec Na (sodium), Ca (calcium) et diverses substances telles que le carbonate, le sulfate, l’acétate et le citrate, qui pourraient rivaliser avec le processus de sorption, car les actinides forment des complexes forts avec ceux-ci.
Lorsque l’oxyde de graphène a été ajouté à la solution de simulation des déchets nucléaires, la coagulation a eu lieu presque immédiatement (voir Figure 2). Les nanoparticules forment des agrégats qui peuvent être vus en microscopie électronique à balayage par transmission (Fig. 2 à droite), et il a été confirmé qu’ils contiennent les radionucléides, par la technique de spectroscopie aux rayons X à dispersion d’énergie.

Figure 2 - Solution claire de l’oxyde de graphène dans l’eau (tube à essai 1 à gauche) et des complexes coagulés d’oxyde de graphène avec des radionucléides liés à la solution simulée de déchets nucléaires (tube à essai 2 à droite) ; l’image de droite, prise au microscope électronique à transmission à balayage, montre la formation de nanoparticules agrégées contenant des radionucléides provenant d’une solution simulée de déchets nucléaires coagulés.
La concentration de coagulation critique de l’oxyde de graphène avec différents cations dépend de la charge du cation, et elle est donc affectée par le pH. La coagulation est entraînée par sorption et elle est susceptible d’être suivie par la formation de ponts entre les feuilles d’oxyde de graphène, induisant ainsi la coagulation.

  Pour conclure

L’oxyde de graphène possède une affinité élevée pour la sorption des radionucléides les plus toxiques. Mais il a d’autres propriétés uutilisables pour traiter les déchets nucléaires : les complexes d’oxyde de graphène pourraient facilement être coagulés et précipités.
Le processus peut être facilement mis en œuvre sur place, ce qui fait de l’oxyde de graphène un nouveau matériau très prometteur pour le confinement des radionucléides et leur élimination, non seulement dans l’industrie de l’énergie nucléaire, mais aussi dans l’industrie d’extraction minière.
Les taux de sorption élevés indiquent une liaison forte et ils peuvent grandement simplifier la mise en œuvre des méthodes de nettoyage. La sécurité environnementale et la biodégradabilité de l’oxyde de graphène permettent également des utilisations de nettoyage qui sont réalisables in situ.

  Références

1. Ho MW, Greaves S and Saunders PT. Death Camp Fukushima Chernobyl, ISIS Special Report, 2012, also Science in Society 55, 11-42, 2012.
2. Saunders PT. Fracking for shale gas. Science in Society 57, 40-42, 2013.
3. “Another tiny miracle : Graphene oxide soaks up radioactive waste”, Mike Williams, Rice University News & Media, 8 January 2013, http://news.rice.edu/2013/01/08/ano...
4. Romanchuk AY, Slesarev AS, Kalmykov SN, Kosynkint DV and Tour JM. Graphene oxide for effective radionuclide removal. Phy Chem Chem Phy 2013, 15, 2321-7.

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 Traduction et inclusion des liens pour accéder à des définitions

Jacques Hallard, Ing. CNAM, consultant indépendant.
Relecture et corrections : Christiane Hallard-Lauffenburger, professeur des écoles.
Adresse : 585 Chemin du Malpas 13940 Mollégès France
Courriel : jacques.hallard921@orange.fr
Fichier : ISIS Energie Graphene Oxide for Nuclear Decontamination French version.2


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22 septembre 2013
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