Russie et USA découvrent des nouvelles caractéristiques utiles du graphène

Les chercheurs de l’Université de Moscou et de l’Université Rice (Texas, États-Unis) ont découvert que le graphène (réticulum de carbone de l'épaisseur d'un seul atome) peut absorber très rapidement des matériaux radioactifs dans des solutions aqueuses et peut donc être utilisé afin de décontaminer des zones irradiées (comme les alentours de la centrale nucléaire japonaise de Fukushima), ainsi que pour faire avancer les technologies d’extraction de terres rares et d’hydrocarbures de schiste. La recherche des scientifiques a été publiée par la revue Physical Chemistry Chemical Physics.

Au cours de leurs expériences, les chercheurs ont déterminé que des flocons microscopiques de l’oxyde de graphène (de l’épaisseur d’un seul atome, bien évidemment), placées dans l’eau, se dissolvent rapidement, s’attachent à des radionucléides d’origine différente et receuillent leurs ions individuels en les transformant en petites boules, qui peuvent ensuite être facilement enlevées et puis détruites (brûlées, par exemple).

Selon James Tour, chef de l’équipe scientifique de l’Université Rice, cette découverte pourrait créer une véritable révolution pour les travaux de décontamination des zones irradiées, comme la tristement célèbre préfecture japonaise de Fukushima.

En outre, selon M.Tour, la nouvelle technologie pourrait faire baisser le coût de la fracturation hydraulique, utilisée actuellement pour l’extraction du gaz et du pétrole de schiste.

En général, l’oxyde de graphène est un matériau magnifique. Ayant apparu bientôt après la découverte du graphène, il a tout de suite présenté ses nombreuses applications technologiques. C’est pourquoi, la capacité de l’oxyde de graphène de décontaminer d’une manière efficace l’eau irradiée était largement anticipée. C’est la rapidité incroyable de la decontamination qui a surpris les chercheurs, a indiqué Stepan Kalmykov, chef du laboratoire de dosimétrie et de radioactivité ambiante du département de chimie de l’Université de Moscou.

Dans le cadre de la recherche conjointe, des flocons de l’oxyde de graphène ont été synthétisés par l’équipe de James tour, tandis que toutes les expériences ont été effectuées par le laboratoire de M.Kalmykov. Les scientifiques ont notamment testé les flocons dans des solutions contenant de l’uranium, du plutonium , ainsi que du sodium et du calcium, ces derniers inhibant l’absorption. Toutefois, malgré tous ces obstacles, l’oxyde de graphène s’est montré comme un moyen d’absorption beaucoup plus efficace que ceux utilisés traditionnellement, à savoir l’argile de bentonite et le charbon actif granulaire. Les impuretés radioactives formaient des précipités en quelques minutes seulement.

Selon James Tour, l’idée d’utiliser l’oxyde de graphène dans la decontamination radioactive et d’organiser conjointement des expériences à cet égard est apparue il y a quelques années, suite à la rencontre de son étudiant diplômé Alexandre Slesariov et l’étudiante du laboratoire de M.Kalmykov, Anna Romantchouk (il est à noter en outre que tous les auteurs de l’article sur les expériences, publié par Physical Chemistry Chemical Physics, sauf James Tour, sont Russes).

Un des principaux objectifs de la collaboration était l’extraction de solutions de radio-isotopes de « terres rares », groupe de métaux consistant principalement de lanthanides. La présence d’isotopes radioactifs dans leurs minerais et solutions rend l’extraction de ces éléments très dangereuse. Notamment, l’extraction de terres rares est interdite aux États-Unis en raison de hautes exigences écologiques, bien que ces métaux soient de plus en plus en demande pour la production de l’électronique, y compris des téléphones portables. La Chine, quant à elle, n’a pas imposé de telles restrictions sur l’extraction de terres rares, et est ainsi devenue un monopole dans le domaine. L’utilisation de l’oxyde de graphène pour décontaminer les terres rares peut aider à changer cette situation.

En ce qui concerne la fracturation hydraulique, mentionnée par James Tour, ce sont également des radionucléides dangereux d’origine naturelle, qui constituent le problème. À savoir, la fracturation est effectuée au moyen de l'injection sous très haute pression d'un fluide spécial (comprenant de l’eau, du sable et certaines substances chimiques) destinées à fissurer la roche, ce qui sert à libérer des hydrocarbures. Cette technique est très chère et nuisible à l’environnement, y compris en raison de radionucléides qui sont extraits avec l’eau. La decontamination à l’aide de l’oxyde de graphène peut donc rendre la fracturation hydraulique moins dangereuse.

Publié sur le site de Gazeta.ru le 9 janvier 2013.

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