Des bactéries pour sécuriser le stockage des déchets nucléaires
Publié par Isabelle le 21/10/2016 à 12:00
Source: EPFL
Des bactéries d'origine naturelle pourraient consommer l'hydrogène accumulé dans les dépôts de déchets nucléaires souterrains. Elles permettraient ainsi de prévenir des fuites radioactives, disent des chercheurs de l'EPFL.


Illustration: EPFL
Des scientifiques ont peut-être trouvé un allié inattendu dans l'élimination des déchets nucléaires: dans une étude récente, une équipe de chercheurs conduite par l'EPFL ont découvert une communauté microbienne constituée de sept espèces de bactéries (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart des bactéries possèdent une paroi cellulaire glucidique, le peptidoglycane. Les bactéries...). Celles-ci vivent naturellement à des centaines de mètres sous la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est...) du sol, dans les couches de roche (La roche, du latin populaire rocca, désigne tout matériau constitutif de l'écorce terrestre. Tout matériau entrant dans la composition du sous-sol est formé par un assemblage de minéraux, comportant parfois des...) qui ont précisément été choisies pour héberger les déchets nucléaires en Suisse. Ces bactéries sont loin de constituer une menace pour ce stockage: les scientifiques ont même découvert qu'on pouvait les utiliser pour en accroître la sécurité, moyennant un ajustement dans la conception des sites de dépôts des déchets nucléaires. Ces bactéries consomment l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) qui s'accumule lorsque les conteneurs en acier (L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction métallique (voir aussi l’article sur la théorie du soudage de...) où sont stockés les déchets rouillent. Or, en l'absence de tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.), l'hydrogène pourrait endommager l'intégrité de la roche hôte. L'étude est publiée dans la revue Nature Communications.

Il faut environ 200'000 ans pour que la radioactivité (La radioactivité, phénomène qui fut découvert en 1896 par Henri Becquerel sur l'uranium et très vite confirmé par Marie Curie pour le thorium, est un phénomène...) du combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se combiner à l'oxygène (qui sert de comburant)...) nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) usagé revienne au niveau de l'uranium (L'uranium est un élément chimique de symbole U et de numéro atomique 92. C'est un élément naturel assez fréquent : plus abondant que l'argent, autant que le molybdène ou...) naturel. Par conséquent, l'essentiel de la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne...) dans le domaine du stockage des déchets nucléaires s'est concentrée jusqu'ici sur une horloge géologique lente (La Lente est une rivière de la Toscane.): d'une part, sur la mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de...) des couches de roche du site de stockage, d'autre part, sur la solidité de ses barrières protectrices, conçues pour contenir les radiations. Ces études ont négligé toutefois un facteur-clé: la biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de...).

La vie dans le sous-sol

On trouve des bactéries partout, même à des centaines de mètres sous terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre planètes...). Et selon Rizlan Bernier-Latmani, auteure principal de l'étude, elles vont se jeter sur n'importe quelle source d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) disponible. "Dans des échantillons d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) prélevés à 300 mètres sous terre, au Mont Terri Rock Laboratory, nous avons déniché une communauté de bactéries formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la...) une chaîne alimentaire (Une chaîne alimentaire est une suite d'êtres vivants dans laquelle chacun mange celui qui le précède. Le premier maillon d'une chaîne est très souvent un végétal chlorophyllien. Dans les mers...) fermée. Beaucoup d'entre elles n'avaient encore jamais été observées. Dans ces conditions idéales, les espèces qui sont à la base de cette chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) alimentaire bactérienne tirent leur énergie de l'hydrogène et des sulfates de la roche hôte. Elles alimentent ainsi les espèces restantes", explique-t-elle.

Le fait d'ajouter des déchets nucléaires dans le milieu change complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à l'utilisateur de limiter...) la donne. Vitrifiés, scellés dans des conteneurs en acier, entourés d'une épaisse couche de bentonite auto-obturante, puis enterrés à des centaines de mètres de profondeur dans des couches d'argile (L'argile (nom féminin) est une roche sédimentaire, composée pour une large part de minéraux spécifiques, silicates en...) à Opalinus, les déchets radioactifs sont isolés de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme...) local de manière étanche. Mais la corrosion, inévitable, des conteneurs en acier conduit à la production d'hydrogène.

Faire baisser la pression

Il y a cinq ans, Rizlan Bernier-Latmani et ses chercheurs ont transporté leur hypothèse sur le terrain. "Pendant deux ans, nous avons soumis des bactéries souterraines à des niveaux d'hydrogène croissants, en plein milieu de la roche d'argile à Opalinus, sur le site du Mont Terri, dans le canton du Jura", explique Rizlan Bernier-Latmani. Tout au long de ce laps de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), ils ont examiné la composition de la population de bactéries et les changements individuels chez celles-ci. Autant quant à leur capacité à maintenir des voies biochimiques qu'aux protéines qu'elles produisent réellement.

Une fois que les bactéries eurent consommé tout l'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) et le fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique le plus courant dans la...) disponibles, les chercheurs ont observé un changement dans leurs effectifs de population et dans leur métabolisme (Le métabolisme est l'ensemble des transformations moléculaires et énergétiques qui se déroulent de manière ininterrompue dans la cellule ou l'organisme vivant. C'est un processus ordonné, qui...). Les deux critères étaient déterminés par la disponibilité (La disponibilité d'un équipement ou d'un système est une mesure de performance qu'on obtient en divisant la durée durant laquelle ledit équipement...) croissante d'hydrogène. "Deux des espèces de bactéries capables d'utiliser l'hydrogène pour actionner leur métabolisme ont proliféré, alors que les autres espèces ont profité de leur croissance", explique Rizlan Bernier-Latmani. C'était une bonne nouvelle, puisque la prolifération de la communauté bactérienne contribuait à empêcher l'accumulation d'hydrogène.

Une barrière biologique

Dès lors, comment mettre à profit ces découvertes pour rendre les dépôts de déchets nucléaires plus sûrs? Bernier-Latmani propose d'ajouter un quatrième confinement, biologique cette fois. "Nous pourrions ajouter une couche de matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base...) poreux entre la bentonite et la roche hôte. Cette couche poreuse offrirait une niche idéale pour des bactéries qui se nourriraient des sulfates de la roche hôte et de l'hydrogène des conteneurs corrodés", dit-elle.

Mais un problème continue à tarabuster les chercheurs: les études génomiques de la communauté bactérienne suggèrent que les microorganismes pourraient avoir la capacité de transformer l'hydrogène en méthane (Le méthane est un hydrocarbure de formule brute CH4. C'est le plus simple composé de la famille des alcanes. C'est un gaz que l'on trouve à l'état...), ce qui serait une conséquence moins favorable. "Il y a six mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.), nous avons essayé de provoquer une méthanogenèse au Mont Terri. Nous attendons toujours de l'observer."
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