Le graphène peut simplifier la production d'eau lourde et aider à nettoyer les déchets nucléaires en filtrant différents isotopes de l'hydrogène, La recherche de l'Université de Manchester indique.

Ecrire en sciences, une équipe dirigée par Sir Andre Geim a démontré que l'utilisation de membranes en graphène peut agir comme un tamis, séparer les protons – noyaux d'hydrogène – des noyaux plus lourds d'isotope d'hydrogène deutérium.

Le processus pourrait signifier que la production d'eau lourde pour les centrales nucléaires pourrait être dix fois moins énergivore, plus simple et moins cher en utilisant le graphène.

L'un des isotopes de l'hydrogène, deutérium, est largement utilisé dans les technologies de traçage analytique et chimique et, aussi, que l'eau lourde nécessaire en milliers de tonnes pour le fonctionnement des centrales nucléaires.

L'isotope le plus lourd, tritium, est radioactif et doit être éliminé en toute sécurité en tant que sous-produit de la production d'électricité dans les centrales nucléaires de fission. La future technologie nucléaire est basée sur la fusion des deux isotopes lourds.

Les technologies de séparation actuelles pour la production d'eau lourde sont extrêmement énergivores, et ont posé un problème scientifique et industriel majeur. Maintenant, les promesses du graphène le font efficacement.

Les chercheurs ont testé si les deutérons - des noyaux de deutérium - peuvent traverser le graphène et son matériau frère, le nitrure de bore. Ils s'attendaient à ce que les deutérons passent facilement à travers, car la théorie existante ne prédisait aucune différence de perméation pour les deux isotopes.

Les chercheurs ont été surpris de découvrir que les deutérons n'étaient pas seulement efficacement tamisés par leurs membranes épaisses d'un atome, mais ont été tamisés avec une efficacité de séparation élevée.

La découverte rend les monocouches de graphène et de nitrure de bore attrayantes en tant que membranes de séparation pour enrichir des mélanges de deutérium et de tritium.

Par ailleurs, les chercheurs ont montré que la séparation est entièrement évolutive. En utilisant du graphène déposé par voie chimique en phase vapeur (CVD), ils ont construit des dispositifs centimétriques pour pomper efficacement l'hydrogène à partir d'un mélange de deutérium et d'hydrogène.

Dr Marcelo Lozada-Hidalgo, Chercheur postdoctoral de l'Université de Manchester et premier auteur de l'article, a déclaré:"C'est vraiment la première membrane montrée pour faire la distinction entre les particules subatomiques, le tout à température ambiante.

"Maintenant que nous avons montré qu'il s'agit d'une technologie entièrement évolutive, nous espérons qu'il trouvera rapidement son chemin vers de vraies applications."

Professeur Irina Grigorieva, qui a co-écrit la recherche, a déclaré:"Nous avons été stupéfaits de voir qu'une membrane peut être utilisée pour séparer des particules subatomiques.

"C'est une configuration très simple. Nous espérons voir des applications de ces filtres non seulement dans les technologies de traçage analytique et chimique, mais aussi pour aider à nettoyer les déchets nucléaires du tritium radioactif."