Innovation énergétique: un nouveau matériau pourrait assurer l’approvisionnement à long terme en uranium

Les océans recèlent d’énormes ressources inexploitées d’uranium, une ressource indispensable à l’énergie nucléaire. Une certaine technique avec un nouveau matériau pourrait assurer l’approvisionnement à long terme du combustible.

Pourquoi est-ce important ?

Si nous voulons continuer à utiliser une énergie nucléaire à faible émission de carbone, nous aurons, pour le moment, besoin d'uranium comme combustible. On estime que les mers de la Terre contiennent environ 4,5 milliards de tonnes d'uranium, soit 500 fois la quantité trouvée sur terre. Mais l'extraction de l'uranium de l'eau est plus coûteuse que l'extraction via une mine.

Dans le monde, quelque neuf millions de tonnes d’uranium sont encore disponibles dans les mines. Cependant, le chercheur chinois Yihui Yuan et ses collègues ont écrit il y a quelque temps dans la revue scientifique Nature : à l’avenir, nous extrairons des matières fissiles de l’eau de mer.

Le dernier développement dans ce domaine : un matériau inspiré de la structure fractale des vaisseaux sanguins peut absorber 20 fois plus d’uranium de l’eau de mer que les expériences précédentes, utilisant d’autres matériaux. L’équipe à l’origine de cette découverte estime qu’elle peut fournir une source d’énergie fiable pouvant durer des milliers d’années au rythme actuel de la consommation.

Vaisseaux sanguins

Des expériences ont déjà montré que des feuilles de fibre acrylique peuvent extraire de petites quantités d’uranium de l’eau. Mais comme l’eau de mer ne contient qu’environ trois particules d’uranium (l’oxyde d’uranium est la forme sous laquelle se présente le combustible nucléaire dans la mer, ndlr) par milliard de particules, il était difficile d’affiner le procédé et d’approcher le coût de l’exploitation minière.

Linsen Yang, de l’Académie chinoise des sciences de Pékin, et ses collègues, ont créé une membrane polymère dotée de minuscules canaux se ramifiant en tunnels encore plus petits, de 300 à 500 nanomètres de diamètre seulement. La conception est inspirée de la manière dont les vaisseaux sanguins se divisent en passages de plus en plus petits dans les organes et les membres des mammifères. Le matériau a été imprégné d’un composé appelé amidoxime, qui se lie aux ions d’uranium.

L’équipe a fait passer de l’eau contenant de l’uranium à travers le matériau et a utilisé une technique spéciale (spectroscopie photoélectronique à rayons X) pour voir si l’élément était capturé. Ils ont constaté que le matériau absorbait jusqu’à 20 fois plus d’uranium que les matériaux développés précédemment.

Nettoyé à l’acide chlorhydrique

Le matériau chargé d’uranium peut également être nettoyé à l’acide chlorhydrique, qui élimine 98 % de l’uranium, et peut être réutilisé plusieurs fois. Cela devrait permettre d’utiliser le matériau sur de longues périodes et de réduire encore le coût de son extraction de l’eau de mer.

Selon Reid Peterson, du Pacific Northwest National Laboratory à Richland, dans l’État de Washington, le plus grand défi à relever pour récolter l’uranium dans les océans est que les faibles concentrations en font une épreuve économique. « Ce travail offre la possibilité d’améliorer considérablement cette rentabilité », déclare-t-il au magazine New Scientist. « L’uranium ne se reconstituerait alors pas dans les océans à un rythme important, mais ce n’est pas vraiment (…) inquiétant car le réservoir est très important. »

Gel intelligent

Dans une autre expérience chinoise, l’équipe du scientifique Yihui Yuan a utilisé « un gel intelligent » pour extraire l’uranium de l’eau. Pour cette tâche, les chercheurs ont trouvé une molécule protéique qui se lie facilement à l’oxyde d’uranium. Cette molécule a également un effet antimicrobien, écrit le magazine de vulgarisation scientifique KIJK Magazine. En conséquence, pratiquement aucune algue ou autre forme de vie ne se développerait sur les filtres à uranium chinois et ils dureraient plus longtemps.

Ces techniques sont-elles rentables à court terme ? Le professeur de technologie des réacteurs Jan Lee Kloosterman (Université de technologie de Delft) n’est pas très enthousiaste. « L’extraction de l’uranium de l’eau de mer n’est pertinente qu’à très long terme », dit-il. « Avec de nouvelles techniques, nous pouvons extraire suffisamment d’uranium des mines existantes pour des milliers d’années. »

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