Résumé :
Près de 40 ans après l'accident nucléaire de Tchernobyl en 1986, les chercheurs ont effectué la première analyse complète de la phase cristalline d'une seule « particule de point chaud » de combustible nucléaire libérée par l'accident. La détection de six minuscules particules a révélé que la structure de certains oxydes d’uranium est encore largement intacte et pourrait continuer à fixer des produits de fission et des actinides à l’intérieur des particules, ce qui signifie que la stabilité chimique de ce type de débris pourrait être plus élevée que celle estimée précédemment.
Ces particules ont un diamètre d'environ 8 à 50 microns et proviennent de deux endroits dans la zone d'exclusion de Tchernobyl : l'équipe de recherche a séparé deux particules provenant d'une carotte de forage d'asphalte à Pripyat, avec un point d'échantillonnage à environ 3 kilomètres au nord-ouest du réacteur ; les quatre autres particules provenaient de la couche arable de terres agricoles situées à environ 5 kilomètres, près de Kopacz. Les échantillons ont été collectés respectivement en 2015 et 2017. Ils sont encore hautement radioactifs et les chercheurs ont mené des expériences sous la protection d'un emballage multicouche.
L'équipe de recherche a fixé les particules et les a envoyées au centre de rayonnement synchrotron de Grenoble, où elles ont été numérisées avec un faisceau de rayons X focalisé et mesurées en faisant tourner chaque particule sous environ 2 000 angles pour capturer les signaux de diffraction des cristaux. Le dioxyde d'uranium (UO₂), le trioxyde d'uranium (U₃O₈), le tétraoxyde d'uranium et de tétrauranium (U₄O₉) et les phases mixtes contenant du zirconium ont été analysés et identifiés. Les chercheurs pensent qu'une partie du réseau UO₂ et U₄O₉ reste intacte et pourrait continuer à agir comme une « matrice de rétention » dans un avenir proche, limitant la migration vers l'extérieur des produits de fission radioactifs et des éléments actinides.
Les différentes structures des particules reflètent les différentes températures et environnements chimiques rencontrés lors de l'accident. Certains sont encore proches du combustible initial au dioxyde d'uranium ; certains sont partiellement enveloppés ou fusionnés avec le matériau de zirconium dans la couche externe du combustible ; lorsque le modérateur en graphite brûle, le combustible peut être oxydé en divers oxydes d'uranium. Parmi eux, U₃O₈ est relativement fragile et peut facilement former des particules qui peuvent être emportées par le vent. L'inhalation de ce type de poussière radioactive peut entraîner de graves risques pour la santé.
Cependant, les six échantillons provenaient de deux endroits et ne peuvent pas représenter tous les débris de combustible présents dans toute la zone d'exclusion de Tchernobyl. Les chercheurs ont souligné que la structure de chaque particule est différente. Même si l'échantillon est élargi et qu'une moyenne est obtenue à l'avenir, il peut toujours y avoir des particules « aberrantes » qui sont plus stables et peuvent libérer des radionucléides sur une période de temps plus longue. Cette découverte ne peut que contribuer à améliorer les modèles de dispersion de la pollution et de gestion des déchets, mais elle ne signifie pas nécessairement que l’environnement est généralement sûr, ni que les zones interdites peuvent être levées.
La recherche, publiée dans le Journal of Hazardous Materials, a été réalisée par une équipe de l'Université Leibniz de Hanovre en Allemagne et du Centre de recherche Helmholtz de Dresde-Rosendorf. Les chercheurs continuent d'analyser les phases des éléments transuraniens hautement radioactifs présents dans l'épave pour en savoir plus sur l'évolution de ces particules au fil du temps, à mesure qu'elles sont exposées au sol et à l'asphalte, ainsi que sur le potentiel de rejets futurs de matières radioactives.
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