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Un nouveau matériau promet d'extraire l'uranium de l'eau de mer
Selon de nouvelles recherches, un nouveau matériau pourrait potentiellement être utilisé pour extraire l'uranium de l'eau de mer plus efficacement.
Les océans du monde contiennent près de mille fois plus d'uranium que les réserves conventionnelles, et les chercheurs ont passé des décennies à essayer de développer un moyen efficace de l'extraire. Les experts disent qu'il est important de développer une telle technologie car elle pourrait servir d'assurance au cas où les approvisionnements en uranium pour les réacteurs nucléaires deviendraient rares.
Le système le plus avancé aujourd'hui utilise des fibres plastiques avec des groupes chimiques liant l'uranium greffés sur leur surface. Désormais, des chercheurs dirigés par Wenbin Lin , professeur de chimie à l'Université de Caroline du Nord à Chapel Hill, ont conçu une structure métallo-organique (MOF) pour collecter les ions communs contenant de l'uranium dissous dans l'eau de mer. Lors des tests en laboratoire, le matériau était au moins quatre fois meilleur que l'adsorbant plastique conventionnel pour extraire le combustible nucléaire potentiel de l'eau de mer artificielle.
Les charpentes métallo-organiques sont considérées comme très prometteuses pour certaines applications technologiques, notamment le stockage de gaz et la séparation chimique. Leur structure peut être ajustée à des fins différentes. Cela permet de les rendre extrêmement poreux, d'où des surfaces très élevées, un ordre de grandeur supérieur à celui des zéolithes, matériau poreux déjà utilisé dans de nombreux adsorbants commerciaux. Et comme les polymères organiques, les structures métal-organiques ont des surfaces qui peuvent être modifiées pour se lier à des molécules spécifiques.
L'une des raisons pour lesquelles il est difficile d'extraire efficacement des ions contenant de l'uranium de l'eau de mer est qu'ils se produisent à une concentration extrêmement faible de trois parties par milliard. La méthode établie, qui a été démontrée à une assez grande échelle, consiste à laisser tomber de grandes quantités d'adsorbant plastique dans l'océan et à le laisser pendant plusieurs semaines avant de le récupérer et de retirer l'uranium transporté. Mais l'océan contient de nombreux autres ions qui peuvent se lier à l'adsorbant et empêcher l'uranium de se fixer.
Les matériaux les plus avancés, qui peuvent être réutilisés plusieurs fois, peuvent tirer entre trois et quatre milligrammes d'uranium par gramme de plastique à chaque fois qu'ils sont utilisés, dit Costas Tsouris , un chercheur du Laboratoire national d'Oak Ridge qui travaille sur ce système.
En laboratoire, sans concurrence d'autres ions, le matériau de Lin a collecté plus de 200 milligrammes d'uranium par gramme d'adsorbant. Cette affinité pour l'uranium, explique Lin, est due à la conception précise de la structure tridimensionnelle du matériau. Les groupes chimiques organiques qui s'accrochent à l'uranium sont disposés dans les pores de la structure métallo-organique pour former des poches de liaison, dit-il. La recherche a été publiée le mois dernier dans le journal de la Royal Chemical Society Sciences chimiques .
Tsouris qualifie les résultats de très encourageants, mais prévient qu'il reste à voir comment le matériau se comportera dans des conditions plus réalistes. Dans l'eau de mer réelle, où d'autres ions seraient en compétition pour se fixer, le matériau ne fonctionnerait probablement pas aussi bien que dans la démonstration en laboratoire, dit Erich Schneider , professeur d'ingénierie nucléaire et radiologique à l'Université du Texas à Austin, qui n'était pas non plus impliqué dans la nouvelle recherche.
Néanmoins, le nouveau matériau est très prometteur, dit Schneider, simplement parce qu'il a obtenu de meilleurs résultats que les meilleurs matériaux disponibles dans des conditions similaires.
L'uranium obtenu à l'aide du procédé traditionnel coûterait aujourd'hui entre 1 000 et 2 000 dollars le kilogramme, soit environ 10 à 20 fois le prix actuel du marché, explique Schneider. (Le prix de l'uranium a atteint environ 300 $ le kilogramme en 2007, cependant.) Le nouveau procédé pourrait réduire considérablement ce coût.
Lin pense qu'il sera peut-être possible à terme de développer une structure métallo-organique qui soit au moins plusieurs fois meilleure que le système actuel. Il est convaincu que son laboratoire peut exploiter l'accordabilité de ces matériaux hybrides pour améliorer leur affinité pour les ions contenant de l'uranium et pour remédier aux faiblesses que des tests supplémentaires pourraient révéler.