Déchets ou merveilles de la nature ?

Un seul de ces trois objets est un verre volcanique… Saurez-vous le retrouver ?

Comparées aux 7 000 trésors des collections de minéralogie-cristallographie à l’Université Claude Bernard Lyon 1 (sel rose de Roumanie, hématite en “grappe de raisin”…), ces trois pièces identiques sont presque anodines.

A mieux les regarder, blocs lisses et luisants d’un noir profond, elles recèlent un certain mystère. De quoi s’agit-il ? Des roches, des minéraux ? De la matière synthétique ? Non, du verre ! Trois verres à la fois semblables et différents par leur composition et leur provenance.

Du point de vue physique, un verre est un matériau amorphe, c’est à dire non ordonné, à l’inverse d’un cristal qui possède une structure atomique périodique (décrite notamment par Auguste Bravais et ses fameux réseaux). Dans la composition chimique du verre entrent des éléments, dits modificateurs de réseau, qui l’empêchent de cristalliser : sodium, calcium ou potassium par exemple. Voilà pour les points communs entre ces trois fragments.

REFIOM, R7T7 et Obsidienne (de gauche à droite sur la photo) sont donc proches par leur composition, mais un seul est un verre naturel. Lequel ?

Fragment n°1 : REFIOM

Nom de code : REFIOM, ou Résidu de fumées d’incinération d’ordures ménagères. On parle plus justement de “verre de REFIOM”.

La cendre obtenue une fois que les ordures ménagères ont brûlé est toxique : elle contient tous les composés minéraux de la combustion : chrome, zinc, plomb, cadmium… Très volatile, elle est dangereuse car elle peut être inhalée ou absorbée. On la stabilise donc en la vitrifiant : on la fait fondre entre 1100 et 1200 degrés Celsius, on la refroidit rapidement et on obtient un bloc de verre homogène. Les éléments toxiques ne sont pas “enfermés” dans le verre : ils en font partie intégrante.

Le verre lui-même n’est pas toxique car il résiste à l’eau et au passage du temps. On l’utilise pour l’empierrement des routes et des autoroutes, ou pour fabriquer des dalles de pavement.

REFIOM est donc un déchet (valorisé), mais il sait se rendre utile !

Fragment n°2 : R7T7

Avec un nom pareil, R7T7 pourrait être le petit frère de R2D2, le gentil robot de Star Wars. Mais non. C’est un verre nucléaire ou verre de confinement. R7T7 est né dans les ateliers les usines Cogema de La Hague, centre de retraitement du combustible nucléaire usé.

On le sait, la fission nucléaire produit des déchets. Environ 0,5% de la masse totale de ces déchets sont dits de “type C”  : les déchets de haute activité à vie longue, très radioactifs avec une période d’environ 1 million d’années. Comme pour les déchets ménagers, le plus grand risque est qu’ils se disséminent. Ils sont donc eux aussi vitrifiés, et ils deviennent R7T7, un verre aussi radioactif que l’était le produit de fission mais dans lequel les éléments radioactifs sont confinés.

Notre morceau de R7T7, heureusement, ne vient pas de La Hague : c’est un échantillon d’étude dans lequel les actinides mineurs, produits par la fission, sont remplacés par des terres rares qui ont la même composition mais ne sont pas radioactives.

Cet échantillon “light” permet aux chercheurs de l’Institut Lumière Matière travaillant sur l’aval du cycle nucléaire d’étudier, en partenariat avec l’équipe ACE de l’Institut de physique nucléaire, comment le R7T7 se comporte dans le temps : son vieillissement chimique (de quelle manière le contact répété avec l’eau affecte sa composition) et son vieillissement physique (comment il réagit à l’auto-irradiation).

Les autorités de sûreté nucléaire considèrent en effet que les déchets enfouis dans le sol peuvent, après 300 à 500 ans, être mis au contact avec de l’eau de ruissellement même s’ils sont placés dans des conteneurs en acier. Notre R7T7 d’étude permet donc aux chercheurs de faire des expériences pour réaliser des projections sur son évolution dans le temps et améliorer le stockage des déchets.

R7T7 est donc dangereux (en tout cas le vrai), mais il aide les chercheurs à réduire les risques liés aux déchets nucléaires !

Fragment n°3 : Obsidienne

Le seul fragment de verre naturel, c’est elle ! L’obsidienne est une roche volcanique amorphe, et ce fragment provient de l’île sicilienne de Lipari, en Italie.

Notre échantillon a 10 000 ans et fait donc office d’analogue naturel aux deux autres fragments : elle sert de point de comparaison pour étudier leur vieillissement.