Les matériaux que les États-Unis et d'autres pays prévoient d'utiliser pour stocker les déchets nucléaires de haute activité se dégraderont probablement plus rapidement que quiconque ne le savait auparavant en raison de la façon dont ces matériaux interagissent, de nouvelles recherches montrent.

Les résultats, publié aujourd'hui dans la revue Matériaux naturels , montrer que la corrosion des matériaux de stockage des déchets nucléaires s'accélère en raison des changements dans la chimie de la solution de déchets nucléaires, et à cause de la façon dont les matériaux interagissent les uns avec les autres.

« Cela indique que les modèles actuels peuvent ne pas être suffisants pour stocker ces déchets en toute sécurité, " a déclaré Xiaolei Guo, auteur principal de l'étude et directeur adjoint du Center for Performance and Design of Nuclear Waste Forms and Containers de l'Ohio State, partie du Collège d'ingénierie de l'université. "Et cela montre que nous devons développer un nouveau modèle de stockage des déchets nucléaires."

Les recherches de l'équipe se sont concentrées sur les matériaux de stockage des déchets nucléaires de haute activité, principalement des déchets de défense, l'héritage de la production d'armes nucléaires du passé. Les déchets sont hautement radioactifs. Alors que certains types de déchets ont une demi-vie d'environ 30 ans, d'autres, par exemple, plutonium - ont une demi-vie qui peut atteindre des dizaines de milliers d'années. La demi-vie d'un élément radioactif est le temps nécessaire pour que la moitié du matériau se désintègre.

Les États-Unis n'ont actuellement aucun site d'élimination de ces déchets; selon le General Accountability Office des États-Unis, il est généralement stocké à proximité des usines où il est produit. Un site permanent a été proposé pour Yucca Mountain au Nevada, bien que les plans soient au point mort. Les pays du monde entier ont débattu de la meilleure façon de traiter les déchets nucléaires; seulement un, Finlande, a commencé la construction d'un dépôt à long terme pour les déchets nucléaires de haute activité.

Mais le plan à long terme pour l'élimination et le stockage des déchets de défense de haute activité dans le monde est en grande partie le même. Il s'agit de mélanger les déchets nucléaires avec d'autres matériaux pour former du verre ou de la céramique, puis enfermant ces morceaux de verre ou de céramique - maintenant radioactifs - dans des bidons métalliques. Les cartouches seraient ensuite enfouies profondément sous terre dans un dépôt pour l'isoler.

Dans cette étude, les chercheurs ont découvert que lorsqu'ils sont exposés à un environnement aqueux, le verre et la céramique interagissent avec l'acier inoxydable pour accélérer la corrosion, notamment des matériaux en verre et en céramique contenant des déchets nucléaires.

L'étude a mesuré qualitativement la différence entre la corrosion accélérée et la corrosion naturelle des matériaux de stockage. Guo l'a qualifié de "sévère".

"Dans le scénario de la vie réelle, les formes de déchets en verre ou en céramique seraient en contact étroit avec des bidons en acier inoxydable. Sous certaines conditions, la corrosion de l'acier inoxydable va devenir folle, ", a-t-il déclaré. "Cela crée un environnement super agressif qui peut corroder les matériaux environnants."

Pour analyser la corrosion, l'équipe de recherche a pressé des "formes de déchets" en verre ou en céramique - les formes dans lesquelles les déchets nucléaires sont encapsulés - contre de l'acier inoxydable et les a immergés dans des solutions jusqu'à 30 jours, dans des conditions qui simulent celles sous Yucca Mountain, le dépôt de déchets nucléaires proposé.

Ces expériences ont montré que lorsque le verre et l'acier inoxydable étaient pressés l'un contre l'autre, la corrosion de l'acier inoxydable était « sévère » et « localisée, " selon l'étude. Les chercheurs ont également noté des fissures et une corrosion accrue sur les parties du verre qui avaient été en contact avec l'acier inoxydable.

Une partie du problème réside dans le tableau périodique. L'acier inoxydable est composé principalement de fer mélangé à d'autres éléments, y compris le nickel et le chrome. Le fer a une affinité chimique pour le silicium, qui est un élément clé du verre.

Les expériences ont également montré que lorsque la céramique - un autre détenteur potentiel de déchets nucléaires - était pressée contre de l'acier inoxydable dans des conditions qui imitaient celles sous Yucca Mountain, la céramique et l'acier inoxydable se sont tous deux corrodés de manière "sévère localisée".