27/04/2022 Une solution pour recycler les déchets nucléaires

Recycler les déchets nucléaires sous-produits du fonctionnement des centrales à fission est devenu une nécessité. Mais comment faire sans produire de nouveaux déchets dont il faudra se débarrasser ? Des chercheurs proposent aujourd’hui de s’en servir pour fabriquer des batteries électriques dont le fonctionnement serait presqu’éternel.

Futura Sciences évoque une solution que nous reprenons ici. Voir https://www.futura-sciences.com/tech/actualites/technologie-batteries-presque-eternelles-partir-dechets-nucleaires-65354/

Le carbone 14 (14C)’est l’un des isotopes du carbone naturellement présent dans notre environnement. Il se forme à partir d’atomes d’azote 14 (14N) présents dans la haute atmosphère lorsqu’ils sont frappés par des rayons cosmiques. Mais le 14C se forme aussi de manière plus artificielle., au cœur de certains réacteurs nucléaires. Or, le carbone 14 est radioactif.

C’est un avantage pour le 14C naturel. Les scientifiques l’exploitent d’ailleurs depuis longtemps pour dater toutes sortes d’objets. Des œuvres d’art aux fossiles. Mais lorsqu’il est question du 14C produit dans les centrales nucléaires, c’est un inconvénient. Parce que même si sa radioactivité est « faible », sa durée de vie est longue. De l’ordre de 5.700 ans. De quoi faire du carbone 14 un déchet radioactif embarrassant.

Or alors que le programme de démantèlement des plus anciennes centrales nucléaires du Royaume-Uni venait de commencer que des chercheurs de l’université de Bristol se sont demandé s’ils ne pouvaient pas trouver une solution pour réemployer ce carbone 14. Car selon eux, la quantité de 14C à recycler dans les dix à quinze prochaines années serait énorme. Le recycler permettrait de réduire considérablement la radioactivité du matériau restant, ainsi que la durée et le coût des opérations de démantèlement.

Les chercheurs envisagent d’extraire le carbone 14 des blocs de graphite issus des anciens réacteurs nucléaires pour en faire des diamants artificiels. Ceci permettrait de transformer ces diamants radioactifs en batteries… presque éternelles ! Le diamant peut en se comporter comme un semi-conducteur. Un peu comme le silicium qui permet de produire de l’électricité photovoltaïque à partir de l’énergie reçue du soleil, le diamant produit de l’électricité bêtavoltaïque à partir de l’énergie émise par la désintégration radioactive du 14C.

Pour fabriquer des diamants artificiels, l’on pourra faire appel à un procédé dit de dépôt chimique en phase vapeur. À température élevée, il permet de faire croître un film de diamant à partir d’un mélange de plasma d’hydrogène et de méthane. Les chercheurs de l’université de Bristol l’ont adapté pour pouvoir faire croître des diamants radioactifs en utilisant du méthane contenant l’isotope radioactif du carbone qui se trouve sur des blocs de graphite de réacteur irradiés.

Le diamant utilisé dans les batteries est ainsi constitué de fines couches de gros grains cristallins. Une structure également conçue pour empêcher les fuites de rayonnement et minimiser le danger pour la santé humaine. « Les particules bêta de carbone 14, bien qu’énergétiques, ne voyagent pas très loin. Ces particules étant encapsulées dans une matrice dense, la probabilité que la batterie émette un rayonnement d’une manière qui pénétrerait la peau humaine devient négligeable »

Cependant, ces batteries au diamant radioactif sont bien moins efficaces que les autres. Lla capacité de stockage d’une pile AA de lampe de poche, par exemple, est de l’ordre de 700 joules par gramme (J/g). Celle annoncée d’une batterie au diamant radioactif serait d’environ 15 J/g. Toutefois la première peut s’épuiser en un jour seulement alors que la seconde peut tenir près de 6.000 ans avant que le courant produit soit divisé par deux.

Autres atouts des batteries au diamant radioactif : leur petite taille et leur robustesse. Elles tiennent dans moins d’un centimètre cube. Et elles ne sont sensibles ni aux hautes températures — elles peuvent supporter jusqu’à 700 °C –, ni à l’humidité, ni aux environnements corrosifs. De quoi imaginer les utiliser pour alimenter de petits détecteurs ou des implants médicaux, par exemple 

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