Une approche prometteuse pour stabiliser la contamination par l'uranium dans les sols consiste à envelopper l'uranium radioactif dans des minéraux contenant du fer comme l'hématite. Mais dans quelle mesure l'uranium se lie-t-il à l'hématite et pendant combien de temps ? Les scientifiques sont en désaccord sur la structure chimique de l'uranium lié à l'hématite, rendant difficile la prévision à long terme. En associant caractérisation expérimentale précise et modélisation de la dynamique moléculaire, une équipe de recherche internationale a découvert la réponse. Et ce n'est pas ce à quoi personne s'attendait.

La contamination à l'uranium se cache dans les eaux souterraines et les sols sur les sites du Département de l'énergie des États-Unis (DOE) et dans de nombreuses zones industrielles à travers le monde, et certaines formes peuvent être facilement transportées. Une approche pour limiter la mobilité de l'uranium consiste à renforcer sa liaison avec des oxydes de fer ou d'autres minéraux. Cela pourrait également permettre aux scientifiques de mieux prédire son comportement à long terme afin de garantir que l'uranium reste stabilisé pendant des milliers d'années.

Alors que les scientifiques étudient depuis un certain temps la liaison de l'uranium aux minéraux ferreux à l'aide de la spectroscopie à rayons X, différents chercheurs ont interprété des données similaires de manières radicalement différentes. Cela a été un problème difficile parce que l'uranium, comme une cheville carrée dans un trou rond, ne devrait pas entrer dans la structure cristalline de l'hématite, l'un des minéraux de fer les plus abondants trouvés dans les sols. La solution, développé par des chercheurs du Pacific Northwest National Laboratory et de l'Université de Manchester, bouleverse les travaux antérieurs. Avec le soutien du Bureau des sciences du DOE, Bureau des sciences fondamentales de l'énergie, Programme Géosciences au PNNL, et en utilisant le supercalculateur Cascade à l'EMSL, le Laboratoire des sciences moléculaires de l'environnement, une installation utilisateur du DOE Office of Science, l'équipe a calculé de nombreuses structures atomiques possibles de l'uranium incorporées dans la structure de ce minéral.

Ils ont découvert que les lacunes créées dans la structure atomique de l'hématite lors de sa formation accueillent l'uranium. Ni cet accommodement ni la souplesse dont fait preuve l'uranium n'étaient attendus. Ce processus de liaison n'avait jamais été identifié auparavant, mais les méthodes utilisées pour faire cette découverte pourraient expliquer un certain nombre de mystères précédemment rapportés dans la littérature scientifique. Les travaux ouvrent la porte à de nouvelles études sur la façon dont d'autres contaminants radioactifs se lient aux minéraux du sol et conduiront à des prédictions plus précises sur le comportement de ces contaminants dans l'environnement.