En parcourant la collection d'art et d'outils américains précolombiens du Gilcrease Museum à Tulsa, D'ACCORD, on revient toujours aux couteaux d'obsidienne, pointes de flèches (ou "pointes de projectile, " aux anthropologues), et même des ornements d'oreilles - noir brillant, lisse, et vitreux. Depuis des dizaines de milliers d'années, les peuples autochtones ont façonné ces objets à partir de lave refroidie, belle mais aussi capable de garder une longueur d'avance pendant des millénaires. La même collection du musée comprend également des couteaux en métal, certains n'ont que quelques siècles, déjà piqué et rouillé, et une gamme d'articles en céramique à divers stades de détérioration, allant d'un état étonnamment vierge à un aspect fané et fissuré. Clairement, ces différents matériaux - obsidienne vitreuse, céramique terreuse, et métalliques - ont des propriétés qui influencent la façon dont ils résistent à l'épreuve du temps.

« Il est difficile de comprendre comment les matériaux se corrodent sur de très longues périodes, " a déclaré Gerald Frankel, directeur du Centre de performance et de conception des formes et conteneurs de déchets nucléaires (WastePD). "Ce sont des questions scientifiques, " a-t-il poursuivi. " C'est pourquoi nous avons besoin de la science fondamentale. "

Frankel, un professeur de l'Ohio State University, concentre cette lentille scientifique sur le verre, céramique, et les métaux utilisés pour piéger les restes de la guerre froide, y compris ~ 90 millions de gallons de liquide radioactif et de boues (comme le sable de plage humide). La solidification des déchets sous forme de verre ou de céramique les empêche de s'infiltrer dans le sol et les eaux souterraines. La forme solide retient les déchets pendant des milliers d'années, donner à la matière radioactive le temps de se désintégrer à des niveaux plus sûrs.

Pour solidifier les déchets, il est préparé et mélangé dans les recettes de verre ou de céramique. Les déchets solidifiés, alias forme de déchet, est ensuite placé dans des boîtes métalliques spécialement conçues et stocké. Les déchets liés à la défense en Caroline du Sud sont déjà en train d'être vitrifiés. Une autre usine de ce type est en construction dans l'État de Washington.

Bien que le verre, céramique, et les formes métalliques existent depuis des lustres, les chercheurs ne connaissent pas encore les détails clés sur la façon dont les matériaux s'effritent, dissoudre, ou autrement se défaire. "À l'heure actuelle, nous ne comprenons pas assez les déchets de la corrosion pour proposer un bon modèle, " dit Frankel.

Tu ne peux pas partir et faire ton truc tout seul. Développer la science sous-jacente nécessaire pour modéliser les déchets sous forme de corrosion, Frankel a réuni des scientifiques des matériaux, ingénieurs, modélisateurs informatiques, et des théoriciens comme WastePD, un centre de recherche Energy Frontier financé par le bureau des sciences du ministère de l'Énergie (DOE).

Les différentes perspectives donnent à l'équipe une vision large des questions scientifiques. Encore mieux, ils offrent plus de techniques, outils, et savoir-faire pour obtenir des réponses. Mais en collaborant, en particulier sur neuf fuseaux horaires, a ses défis. "Nous passons beaucoup de temps à interagir, " a déclaré Frankel. " Vous ne pouvez pas simplement partir et faire votre truc tout seul. "

Une des premières victoires de l'équipe a été de résoudre un problème particulièrement épineux concernant l'eau sur les formes de déchets de verre.

Le temps et la marée n'attendent pas de gaspillage. Les chercheurs supposent que pendant les milliers d'années que les déchets restent en stockage, l'eau de pluie ou les eaux souterraines entreront.

Lorsque le verre est recouvert d'eau, une couche protectrice ou instable se forme. Le film instable accélère la corrosion du verre, provoquant l'effritement du verre beaucoup plus rapidement que s'il avait un film protecteur.

"Pour déterminer ce qui motive la formation, nous devons l'examiner en détail, " dit John Vienna, qui dirige la zone de poussée de verre de WastePD et travaille au Pacific Northwest National Laboratory du DOE.

Mais les réactions se produisent sous l'eau. Alors que vous pouviez voir la surface facilement, les techniques conventionnelles ne sont pas conçues pour obtenir des données précises sur une surface sous-marine. "Ça a été un Saint Graal de la chimie, " dit Vienne.

L'équipe a trouvé un moyen en collaborant. Chaque membre de l'équipe a apporté des idées et les a appliquées. C'est comme réunir une dizaine de chefs de renommée internationale et leur demander de cuisiner un poisson, puis combiner toutes ces connaissances et techniques pour faire quelque chose que personne n'a vu auparavant.

Ils ont commencé par congeler de l'eau pure sur du verre. C'est comme un congelé, gâteau au chocolat glacé avec du verre comme gâteau et de l'eau comme glaçage. Ils ont tranché un morceau mince, comme couper une petite portion, et l'a analysé. Ils ont répété l'expérience toutes les quelques secondes car l'eau provoquait la formation d'une couche poreuse instable sur le verre, créant essentiellement un flipbook sophistiqué.

La couche troublante formée par la réaction de l'eau et du verre extrait de minuscules morceaux de verre de la surface et laisse entrer l'eau, comme cela pourrait être le cas sur un site de stockage. La structure du film - combien de pores se forment, quelle est la profondeur, et à quelle distance - détermine la vitesse à laquelle le verre s'effrite.

"Notre collaboration était une sorte de mariage forcé au début, " a déclaré Vienne. L'étude de la corrosion du verre dans l'eau n'est qu'un exemple de la façon dont rassembler des personnes différentes, différents instruments, et différentes idées peuvent conduire à une solution. "Maintenant, nous faisons de réels progrès en utilisant des techniques qui n'étaient utilisées que dans un domaine et des façons d'aborder les problèmes. »