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Une algue verte pour séquestrer le Strontium 90
Une équipe regroupant des chercheurs de l'Université de Northwestern et du Laboratoire National d'Argonne (Argonne National Laboratory, ANL) du DOE (Department of Energy) dans l'Illinois ont mis en évidence les propriétés remarquables d'une algue verte, vivant en eau douce, Closterium moniliferum : celle-ci est capable de séquestrer le strontium contenu dans l'eau. Les résultats de leurs travaux ont fait l'objet d'une publication dans le journal ChemSusChem, un journal soeur de l'Angewandte Chemie. Ces recherches ont bénéficié du soutien de l'U.S. DOE et de l'Initiative pour la Durabilité et l'Energie (Initiative for Sustainability and Energy) de l'Université de Northwestern.
Le Strontium 90
Le strontium 90, un composant majeur des déchets radioactifs, est l'un des éléments radioactifs les plus dangereux issus de la fission nucléaire. Il est présent dans approximativement 80 millions de gallons (soit plus de 303.000 m3) de déchets de type boues stockées aux Etats-Unis. Sa demi-vie est de 28 ans. Il est chimiquement très proche du calcium et peut donc se fixer sur les os. D'où l'importance des risques cumulés de cancers dus à une exposition au strontium 90, lorsque ce composé est lié aux os pendant plusieurs années.
L'algue verte Closterium moniliferum
La plupart des organismes végétaux utilisés en phytoremédiation pour l'accumulation de contaminants environnementaux ne sont pas capables de transporter sélectivement les ions calcium (Ca2+), strontium (Sr2+) et barium (Ba2+). Ainsi, l'efficacité d'une séquestration du strontium 90 est fortement diminuée en présence de fortes concentrations en Ca2+ dans le milieu.
Closterium moniliferum est une espèce d'algue verte unicellulaire qui présente une morphologie en croissant et appartient à l'ordre des Desmidiales (voir figure 1). Cette algue fait partie des rares organismes capables de séquestrer de manière sélective le strontium et/ou le barium dans des biominéraux et ce même en présence de concentrations en Ca2+ jusqu'à cinq fois supérieures. Le calcium sera ensuite excrété des cellules. Cette propriété est tout à fait remarquable puisque dans le cas des déchets nucléaires, le calcium est présent de manière beaucoup plus abondante que le strontium. La compréhension de ce mécanisme pourrait à terme permettre aux scientifiques de concevoir des méthodes pour extraire le strontium radioactif des déchets nucléaires.
Les travaux des chercheurs de l'Université de Northwestern et de l'ANL
Ces chercheurs de l'Illinois sont les premiers à avoir montré comment Closterium moniliferum séquestre le strontium sous la forme de cristaux de sulfate de strontium-barium (Ba,Sr)SO4. Dans un milieu de culture riche en ions Sr2+ et Ba2+, la cellule incorpore des ions strontium à la structure cristalline de la barite (BaSO4) synthétisée dans les vacuoles cellulaires. Les ions Sr2+ sont capables de se substituer aux ions Ba2+ au sein de la structure cristaline de la barite pour former ce que l'on appelle une solution solide de (Ba,Sr)SO4. A partir de ces observations, un procédé de traitement des déchets de type bioremédiation à l'aide de ces algues est envisagé pour la mise au point d'un système de séquestration applicable aux déchets nucléaires. En concentrant le strontium radioactif (Sr-90) sous la forme de cristaux solides à très faible solubilité, ce déchet de haut niveau radioactif (HLW) pourrait être isolé et traité séparément.
A l'aide du synchrotron, Advanced Photon Source du Laboratoire National d'Argonne, les chercheurs ont pu produire des cartographies de la distribution du barium, du strontium, du calcium et de plusieurs autres éléments dans les cellules. Ils ont également été en mesure de déterminer la composition des cristaux synthétisés dans les vacuoles intracellulaires. Ce type d'expérimentations (distribution intracellulaire des composés absorbés) est, selon le professeur Derk Joester, auteur sénior de l'étude, seulement réalisable dans trois infrastructures de radiation synchrotron au monde : l'Advanced Photon Source, l'Installation Européenne de Rayonnement Synchrotron en France et le SPring-8 au Japon.
Les chercheurs ont par la suite fait varier les quantités de barium et de strontium dans l'environnement des algues et ont mesuré les quantités de strontium absorbées dans les cellules. Ceci leur a permis de mettre en évidence que le ratio barium/strontium dans l'eau affectait la quantité de strontium incorporée dans chaque cristal. Selon la composition du milieu, la quantité de strontium dans un cristal varie entre 1 et 45%. Ceci offre aux chercheurs la possibilité de rendre le procédé plus sélectif pour le strontium.
En conclusion, l'exploitation de l'énergie nucléaire pose un problème certain bien connu, celui du traitement des déchets, dont les volumes avoisinent les 30 millions de m3 . Afin de réduire ces volumes colossaux, les scientifiques explorent des voies technologiques comme la bioremédiation. La phytoremédiation en particulier semble une solution prometteuse comme le suggèrent les résultats des travaux de chercheurs de l'Université de Northwestern. Les récents incidents survenus au Japon en mars dernier, ont ravivé les inquiétudes et les interrogations sur l'avenir de l'utilisation du nucléaire aux Etats Unis. Cependant nous sommes encore loin d'une décision semblable à celle de l'annonce officielle de la sortie du nucléaire de l'Allemagne. Ainsi, le pays, qui dispose de 17 réacteurs produisant 22% de l'électricité nationale, a annoncé le 30 mai 2011 vouloir fermer ses derniers réacteurs en 2022 [4].
[1] World Nuclear Association - mars 2011 - http://www.world-nuclear.org/info/inf41.html
- [2] World Nuclear Power Reactors & Uranium Requirements - World Nuclear Association - http://www.world-nuclear.org/info/reactors.html
- [3] IAEA - NEWMDB - http://newmdb.iaea.org/datacentre.aspx?ByCountry=US&ByYear=0
- [4] Allemagne : une sortie du nucléaire progressive - Le Monde - 30/05/2011 -http://redirectix.bulletins-electroniques.com/m5w72
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