La plupart des gens connaissent l'uranium comme combustible pour les centrales nucléaires. Et bien que ce soit l'application la plus courante, cet élément est également utilisé dans de nombreux autres domaines, comme les colorants, Équipement médical, et des armes. Des scientifiques du Laboratoire de microbiologie environnementale (EML) de l'EPFL ont récemment fait une découverte importante sur l'uranium qui pourrait avoir des implications majeures pour l'assainissement des sols et des eaux souterraines ainsi que la gestion des déchets radioactifs. Leurs recherches viennent d'être publiées dans Communication Nature .

L'uranium est un métal lourd radioactif présent dans la croûte terrestre et en infimes concentrations dans l'eau, air, les plantes et les organismes vivants :les humains ont de petites quantités d'uranium dans leurs os. Les scientifiques d'EML ont étudié les propriétés de l'uranium tel qu'il est présent naturellement dans l'environnement, et a fait des percées significatives dans la compréhension de son passage d'un état d'oxydation à l'autre, transition d'un composé soluble dans l'eau à un minéral stable.

"A l'état d'oxydation +6, l'uranium est majoritairement soluble et peut donc se répandre de manière incontrôlée dans l'environnement, " dit Zezhen Pan, un scientifique d'EML et l'auteur principal de l'étude. "Mais à l'état d'oxydation +4, il est moins soluble et moins mobile. Dans nos recherches, nous avons pu identifier les mécanismes nanométriques d'interaction entre l'uranium et les particules de magnétite, un oxyde de fer magnétique, passer d'un état d'oxydation à l'autre. Nous avons montré la persistance de l'Uranium à l'état d'oxydation +5, qui est généralement considéré comme métastable."

Une structure nanofilaire

Le plus intéressant, les scientifiques ont également identifié un phénomène moléculaire qui se produit lors de la transformation de l'état d'oxydation +6 à l'état d'oxydation +4 :ils ont découvert la formation de nouveaux nanofils composés de très petites nanoparticules (~1-2 nm) qui s'assemblent spontanément en chaînes. Ces chaînes finissent par s'effondrer à mesure que les nanoparticules individuelles grossissent.

Les scientifiques ont pu voir les nanofils, qui ont un diamètre de seulement 2 à 5 nm, ou 100, 000 fois plus fin qu'un cheveu humain, grâce aux microscopes électroniques du Centre interdisciplinaire de microscopie électronique (CIME) de l'EPFL. L'identification de la structure des nanofils pourrait améliorer la compréhension de la façon dont les composés radioactifs se propagent dans le sous-sol des sites contaminés.

"Ces découvertes sont très prometteuses car elles donnent un aperçu de la façon dont les minéraux à l'échelle nanométrique se forment naturellement à travers les interactions à l'interface eau-minéral, " dit Rizlan Bernier-Latmani, le chef de l'EML. "Nous avons maintenant une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires à l'œuvre pour ce processus."