Quarante ans après la catastrophe nucléaire de 1986, des chercheurs allemands ont découvert que le combustible nucléaire présent dans de minuscules particules de Tchernobyl a conservé une structure cristalline largement intacte. Cette stabilité chimique inattendue, révélée par des examens aux rayons X poussés, modifie la compréhension de la dispersion des éléments radioactifs dans l’environnement ukrainien.
L’accident du réacteur numéro 4 de la centrale de Tchernobyl, survenu en Ukraine le 26 avril 1986, a propulsé dans l’atmosphère et les sols environnants des milliards de débris hautement radioactifs, connus sous le nom de particules chaudes. Parmi ces vestiges, des fragments microscopiques mesurant entre 8 et 50 micromètres — soit plus fins qu’un cheveu humain — jonchent encore la terre de la zone d’exclusion, où l’accès reste soumis au port de combinaisons de protection intégrales, selon les observations de terrain.
Une équipe conjointe de l’Université Leibniz de Hannover et du Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) s’est penchée sur six de ces fragments prélevés dans deux secteurs distincts. Leurs travaux, publiés dans le Journal of Hazardous Materials, montrent que le combustible ne s’est pas dégradé après quatre décennies d’exposition aux intempéries.
Des chercheurs scrutent six fragments au synchrotron de Grenoble
Pour percer le secret de ces poussières, les chercheurs ont dû isoler chaque spécimen du sol ukrainien et les fixer délicatement sur des électrodes en tungstène. Les échantillons, placés sous de multiples couches de blindage protecteur, ont ensuite été acheminés vers le synchrotron de Grenoble en France pour y subir des examens poussés par diffraction des rayons X. C’est au cœur de la ligne de lumière de Rossendorf que le physicien et doctorant Tobias Weissenborn et le cristallographe Christoph Hennig ont mené les manipulations.
L’expérimentation a exigé une précision extrême. Le faisceau de rayons X, calibré à 100 micromètres, s’avérait plus large que les particules elles-mêmes.
Pour contourner cette difficulté, les scientifiques ont appliqué une rotation complète aux échantillons selon trois axes différents. Chaque grain a ainsi été scanné sous 2 000 angles différents afin de capturer l’ensemble des réflexions internes et de cartographier la disposition des atomes au sein de la matière, d’après les détails techniques de l’étude.
Le combustible se divise en trois familles physiques
Les analyses ont confirmé que la dispersion des débris s’est opérée sous des formes variées lors de l’explosion et de l’incendie du réacteur. Les scientifiques répartissent ces poussières radioactives en trois grandes familles physiques et chimiques distinctes.
“Il y a trois classes de ces particules, […] premièrement, il y a des particules qui sont encore très similaires chimiquement et physiquement au combustible nucléaire dioxyde d’uranium. Ensuite, il y a des particules qui sont partiellement ou totalement enrobées, ou complètement fusionnées avec leur couche de zirconium.”
Tobias Weissenborn, physicien et doctorant à l’Université Leibniz de Hannover
La troisième catégorie trouve son origine dans la combustion prolongée du modérateur en graphite de la centrale. Ce feu, qui a fait rage pendant dix jours après le drame initial, a soumis les matériaux à des températures extrêmes. Le combustible s’est alors oxydé pour donner naissance à divers composés d’uranium, parmi lesquels le trioxyde d’octauranium, ou U₃O₈.
La structure cristalline emprisonne les produits de fission
La découverte d’une structure cristalline largement préservée au sein du dioxyde d’uranium apporte un éclairage rassurant mais nuancé. Un réseau cristallin intact emprisonne plus efficacement les produits de fission radioactifs, les empêchant de migrer massivement vers les nappes phréatiques et les sols environnants.
Cependant, les auteurs de l’étude appellent à la plus grande prudence quant aux conclusions à tirer pour l’ensemble du territoire contaminé. Leurs examens ne portent que sur six fragments exhumés de deux emplacements précis.
“Cependant, chaque particule individuelle a une structure différente et notre expérience n’a étudié que six de ces particules provenant de deux sites différents. Et même si nous obtenions des moyennes à un moment donné, nous ne pourrions toujours pas faire d’affirmations universelles sur les risques sanitaires dans la région.”
Tobias Weissenborn, physicien et doctorant à l’Université Leibniz de Hannover
L’altération environnementale ne suit pas non plus de règle linéaire. Les chercheurs relèvent que des particules prélevées dans un même espace restreint, comme près du village de Kopachi, affichent des degrés d’oxydation radicalement opposés — l’une apparaissant très oxydée tandis que sa voisine demeure presque intacte.
Ces nuances interdisent d’envisager un allègement des restrictions d’accès à la zone d’exclusion. Des rémanences transuraniques hautement radioactives font d’ailleurs l’objet de nouvelles investigations menées en laboratoire par le duo Weissenborn et Hennig, en parallèle avec la mise en service progressive des infrastructures de gestion des déchets solides sur le site ukrainien, dont le complexe ICSRM.
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