Filtrer les éléments radioactifs de l'eau
Il y a quelque temps, des chercheurs de l'ETH ont mis au point une membrane filtrante composée de protéines de lactosérum et de charbon actif. Ils montrent maintenant dans une nouvelle étude que cette membrane filtre aussi très efficacement les éléments radioactifs de l'eau contaminée.
La GAU de Fukushima est restée gravée dans la mémoire collective. Lors de cette catastrophe, de grandes quantités d'eau contaminée par la radioactivité se sont échappées et les exploitants de la centrale nucléaire ont dû la nettoyer. Pour ce faire, ils ont notamment utilisé la méthode de l'osmose inverse. Cette méthode est toutefois peu efficace. Elle permet certes de purifier jusqu'à 70 pour cent de l'eau contaminée par la radioactivité, mais dans les 30 pour cent restants, les éléments radioactifs, parfois fortement irradiés pendant des millénaires, s'accumulent. C'est cette eau - plus d'un million de litres au total - que le gouvernement japonais veut éliminer en 2022 dans l'océan Pacifique.
"Cela ne devrait pas être le cas s'ils utilisaient notre filtre", explique Raffaele Mezzenga, professeur de denrées alimentaires et de matériaux mous à l'ETH Zurich. Il y a quatre ans déjà, il avait présenté avec son maître-assistant Sreenath Bolisetty une membrane filtrante composée essentiellement de protéines de petit-lait dénaturées et de charbon actif.
Dans une publication, les chercheurs avaient alors démontré que cette membrane filtrante purifiait très efficacement l'eau des métaux lourds, de certains éléments radioactifs comme l'uranium et des métaux précieux comme l'or ou le platine. (cf. Actualités ETH 09.06.2017)
Les isotopes radioactifs sont également filtrés
Mezzenga et Bolisetty ont maintenant utilisé la membrane pour purifier les eaux usées des hôpitaux, qui sont contaminées par des éléments radioactifs. Lors de leur étude, les deux chercheurs ont constaté que leur filtre était également efficace pour ces substances. L'étude vient d'être publiée dans le journal "page externeEnvironmental Science : Water Research & Technology" publié.
Lors d'essais en laboratoire, la membrane peut éliminer de l'eau les radionucléides utilisés en médecine, à savoir le technétium-99m, l'iode-123 et le gallium-68, avec des taux d'efficacité de plus de 99,8%, et ce en une seule étape de filtration.
Les chercheurs ont également testé leur membrane filtrante avec un échantillon réel d'eaux usées provenant d'un hôpital suisse. Cet échantillon contenait de l'iode 131 radioactif et du lutécium 177, deux substances qui ont été presque entièrement éliminées de l'eau.
Le stockage de matières radioactives nécessite de l'espace
Les médecins utilisent des radionucléides pour les traitements contre le cancer ou comme agents de contraste dans les procédures d'imagerie. Ces substances ne sont généralement que faiblement radioactives et ont une courte demi-vie de quelques heures ou jours.
Néanmoins, les eaux usées ou même les excréments des patients traités avec ces substances ne doivent pas être jetés dans les égouts. Jusqu'à ce que la radioactivité soit retombée à des niveaux inoffensifs, les hôpitaux doivent stocker les eaux usées en toute sécurité dans des récipients spéciaux. Cela entraîne notamment des problèmes d'espace, mais pas seulement. Le personnel et l'environnement doivent également être protégés des radiations.
La membrane réduit massivement le volume des déchets
"Notre membrane permet de réduire massivement le volume des déchets et de stocker les éléments radioactifs sous forme de solides de manière compacte et sèche", explique Mezzenga. Dès que la capacité d'absorption de la membrane est épuisée, elle peut être remplacée et stockée de manière peu encombrante. Les liquides filtrés, en revanche, pourraient ensuite être évacués dans les égouts.
Le co-auteur de l'étude, Sreenath Bolisetty, prévoit maintenant, par le biais de sa société Bluact Technologies GmbH, un projet pilote avec un grand hôpital suisse qui souhaite tester le filtrage des eaux usées radioactives. Il est persuadé de pouvoir le lancer prochainement. Des négociations sont actuellement en cours pour savoir comment mettre en œuvre l'installation de filtrage en toute sécurité. Bluact a été fondée il y a quatre ans.
Par ailleurs, Bolisetty a entamé des négociations avec une entreprise japonaise qui participe à l'assainissement de Fukushima. Son objectif est de traiter un échantillon d'eaux usées contaminées avec la membrane filtrante afin de déterminer si celle-ci est fiable pour éliminer la plupart des éléments radioactifs et si elle peut également traiter de grands volumes.
La membrane filtrante a un effet à large spectre
Le professeur Mezzenga de l'ETH en est convaincu sur la base des résultats de leur étude actuelle : "La membrane filtrante élimine les isotopes radioactifs sur une large base". En principe, tous les isotopes radioactifs qui se situent dans le tableau périodique entre les extrêmes testés, le technétium et l'uranium, se lient à la membrane. En font également partie le césium, l'iode, l'argent et le cobalt radioactifs, présents dans les eaux usées de Fukushima. Seul le tritium, qui s'y trouve en grande quantité, ne se lie probablement pas à la membrane parce qu'il est trop petit.
"Si notre hypothèse se confirme, la membrane filtrante pourrait permettre de réduire massivement le volume des eaux usées de Fukushima, de sorte qu'il ne serait plus nécessaire de déverser de l'eau radioactive dans l'océan Pacifique", souligne Bolisetty. Les filtres saturés d'éléments fortement radioactifs pourraient être conservés sous forme solide, là où sont par exemple stockées les barres de combustible usé des centrales nucléaires.
La fabrication de la membrane filtrante n'est pas particulièrement difficile. La protéine de lactosérum utilisée est un déchet de l'industrie laitière, bon marché et disponible partout. Le composant de charbon actif est également facile à obtenir. "Je suis déjà convaincu que le Japon pourrait utiliser immédiatement la membrane filtrante et résoudre ainsi un grave problème environnemental", déclare Bolisetty.
Référence bibliographique
Bolisetty S, Coray NM, Pailka A, Prenosil GA, Mezzenga R. Amyloid Hybrid Membranes for Removal of Clinical and Nuclear Radioactive Wastewater. Environ. Sci. : Water Res. Technol., 2020, Advance Article, DOI : page externe10.1039/D0EW00693A