Nous avons ouvert en tranches des particules radioactives provenant d’un sol en Australie-Méridionale et découvert qu’elles pouvaient contenir du plutonium.

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Près de 60 ans après la fin des essais nucléaires britanniques, des particules radioactives contenant du plutonium et de l’uranium contaminent toujours le paysage autour de Maralinga, dans l’outback de l’Australie du Sud.

Ces particules chaudes ne sont pas aussi stables que nous le supposions autrefois. Nos recherches montrent qu’elles libèrent probablement de minuscules morceaux de plutonium et d’uranium qui peuvent être facilement transportés dans la poussière et l’eau, inhalés par les humains et la faune, et absorbés par les plantes.

Un terrain de jeu nucléaire britannique

Après les bombardements atomiques américains d’Hiroshima et Nagasaki en 1945, d’autres nations se sont précipitées pour construire leurs propres armes nucléaires. La Grande-Bretagne était à la recherche d’emplacements pour effectuer ses essais. Lorsqu’elle a approché le gouvernement australien au début des années 1950, l’Australie n’était que trop désireuse d’accepter.

Entre 1952 et 1963, la Grande-Bretagne a fait exploser 12 bombes nucléaires en Australie. Il y en avait trois dans les îles Montebello, au large de l’Australie occidentale, mais la plupart se trouvaient dans l’outback de l’Australie du Sud: deux à Emu Field et sept à Maralinga.

Les essais nucléaires britanniques ont laissé un héritage radioactif. Archives nationales d’Australie

Outre les détonations nucléaires à grande échelle, il y a eu des centaines d’essais sous-critiques destinés à tester les performances et la sécurité des armes nucléaires et de leurs composants. Ces essais consistaient généralement à faire exploser des dispositifs nucléaires avec des explosifs conventionnels ou à les enflammer.

Les essais sous-critiques ont libéré des matériaux radioactifs. À eux seuls, les essais Vixen B (sur le site d’essai de Taranaki à Maralinga) ont répandu 22,2 kilogrammes de plutonium et plus de 40 kilogrammes d’uranium dans le paysage aride. À titre de comparaison, la bombe nucléaire larguée sur Nagasaki contenait 6,4 kilogrammes de plutonium, tandis que celle larguée sur Hiroshima contenait 64 kilogrammes d’uranium.

Ces essais ont entraîné une contamination radioactive durable de l’environnement. L’ampleur de la contamination n’a été réalisée qu’en 1984, avant que les terres ne soient rendues à leurs propriétaires traditionnels, le peuple Maralinga Tjarutja.

Pommes de terre chaudes

Malgré les nombreux efforts de nettoyage, du plutonium et de l’uranium résiduels subsistent à Maralinga. La plupart sont présents sous la forme de particules chaudes. Il s’agit de minuscules grains radioactifs (bien plus petits qu’un millimètre) dispersés dans le sol.

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Le plutonium est un élément radioactif principalement fabriqué par les humains, et le plutonium de qualité militaire utilisé dans les essais nucléaires britanniques a une demi-vie de 24 100 ans. Cela signifie que même 24 100 ans après les essais Vixen B qui se sont terminés en 1963, il y aura encore près de deux bombes de Nagasaki de plutonium répandu autour du site d’essai de Taranaki.

Le plutonium émet un rayonnement alpha qui peut endommager l’ADN s’il pénètre dans un corps en mangeant, en buvant ou en respirant.

Dans leur état d’origine, les particules de plutonium et d’uranium sont plutôt inactives. Cependant, avec le temps, lorsqu’elles sont exposées à l’atmosphère, à l’eau ou aux microbes, elles peuvent s’altérer et libérer du plutonium et de l’uranium dans la poussière ou les tempêtes de pluie.

Jusqu’à récemment, nous savions peu de choses sur la composition interne de ces particules chaudes. Il est donc très difficile d’évaluer avec précision les risques environnementaux et sanitaires qu’elles représentent.

Megan Cook, doctorante à Monash (l’auteur principal de notre nouvel article), a relevé ce défi. Ses recherches visaient à identifier la façon dont le plutonium s’est déposé lorsqu’il a été transporté par les courants atmosphériques après les essais nucléaires (certains ont voyagé jusqu’au Queensland!), les caractéristiques des particules chaudes de plutonium lorsqu’elles ont atterri, et les mouvements potentiels dans le sol.

Les nanotechnologies à la rescousse

Des études précédentes ont utilisé les rayons X super intenses générés par les sources de rayonnement synchrotron pour cartographier la distribution et l’état d’oxydation du plutonium à l’intérieur des particules chaudes à l’échelle du micromètre.

Pour obtenir plus de détails, nous avons utilisé les rayons X du synchrotron Diamond près d’Oxford au Royaume-Uni, une énorme machine de plus d’un demi-kilomètre de circonférence qui produit une lumière dix milliards de fois plus brillante que celle du Soleil dans un accélérateur de particules.

L’étude de la façon dont les particules ont absorbé les rayons X a révélé qu’elles contenaient du plutonium et de l’uranium dans plusieurs états d’oxydation différents – ce qui affecte leur réactivité et leur toxicité. Cependant, lorsque nous avons regardé les ombres que les particules projettent dans la lumière des rayons X (ou diffraction des rayons X), nous ne pouvions pas interpréter les résultats sans en savoir plus sur les différents produits chimiques à l’intérieur des particules.

Pour en savoir plus, nous avons utilisé une machine de l’université Monash capable de découper de minuscules échantillons avec un faisceau d’ions à haute énergie d’une largeur de l’ordre du nanomètre, puis d’analyser les éléments qui s’y trouvent et de réaliser des images de l’intérieur. C’est un peu comme si l’on utilisait un sabre laser pour découper une roche, mais à l’échelle la plus petite. Cela a révélé dans des détails exquis l’ensemble complexe de matériaux et de textures à l’intérieur des particules.

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Le plutonium et l’uranium apparaissent comme des grumeaux brillants noyés dans un alliage fer-aluminium plus sombre sur cette image de microscope électronique. Cook et al (2021), Scientific Reports, auteur fourni.

Une grande partie du plutonium et de l’uranium est distribuée en minuscules particules dont la taille est comprise entre quelques micromètres et quelques nanomètres, ou dissoute dans des alliages de fer-aluminium. Nous avons également découvert un composé plutonium-uranium-carbone qui serait détruit rapidement en présence d’air, mais qui est maintenu stable par l’alliage métallique.

Cette structure physique et chimique complexe des particules suggère qu’il s’agit de particules formées par le refroidissement de gouttelettes de métal fondu provenant du nuage d’explosion.

Au final, il aura fallu une équipe pluridisciplinaire répartie sur trois continents – comprenant des pédologues, des minéralogistes, des physiciens, des ingénieurs minéralistes, des scientifiques du synchrotron, des microscopistes et des radiochimistes – pour révéler la nature des particules chaudes de Maralinga.

Du feu à la poussière

Nos résultats suggèrent que les processus chimiques et physiques naturels dans l’environnement de l’outback peuvent provoquer la libération lente du plutonium des particules chaudes sur le long terme. Cette libération de plutonium est susceptible de contribuer à l’absorption continue de plutonium par la faune à Maralinga.

Même dans les conditions semi-arides de Maralinga, les particules chaudes se décomposent lentement, libérant leur cargaison mortelle. Les leçons tirées des particules de Maralinga ne se limitent pas à l’outback australien. Ils sont également utiles pour comprendre les particules générées par les bombes sales ou libérées lors d’incidents nucléaires sous-critiques.

Il y a eu quelques cas documentés de tels incidents. Il s’agit notamment des accidents de B-52 qui ont entraîné la détonation conventionnelle d’armes thermonucléaires près de Palomares en Espagne en 1966 et de Thulé au Groenland en 1968, ainsi que l’explosion d’un missile nucléaire armé et l’incendie qui s’en est suivi sur la base aérienne de McGuire aux États-Unis en 1960.

Des milliers d’armes nucléaires actives sont encore détenues par des nations du monde entier aujourd’hui. L’héritage de Maralinga montre que le monde peut difficilement se permettre des incidents impliquant des particules nucléaires.

Images utilisées avec l’aimable autorisation de Pexels/Pixabay.

Cet article est republié depuis The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l’article original.