(Archives nationales d'Australie) 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'arrière-pays australien.
Ces «particules chaudes» ne sont pas aussi stables que nous le supposions autrefois. Notre rechercher montre qu'ils 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.
Les essais nucléaires britanniques ont laissé un héritage radioactif. (Archives nationales d'Australie)
Un terrain de jeu nucléaire britannique
Après les bombardements atomiques américains d'Hiroshima et de Nagasaki en 1945, d'autres nations se sont précipitées pour construire leurs propres armes nucléaires. La Grande-Bretagne cherchait des emplacements pour effectuer ses tests. 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'arrière-pays de l'Australie-Méridionale : deux à Emu Field et sept à Maralinga.
Outre les explosions nucléaires à grande échelle, il y a eu des centaines d'essais « sous-critiques » conçus pour tester les performances et la sécurité des armes nucléaires et de leurs composants. Ces essais impliquaient généralement de faire exploser des dispositifs nucléaires avec des explosifs conventionnels ou de les incendier.
Les essais sous-critiques ont libéré des matières radioactives. Les seuls 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 à travers 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 tests ont entraîné une contamination radioactive durable de l'environnement. L'ampleur de la contamination n'a été réalisée qu'en 1984, avant que la terre ne soit rendue à ses propriétaires traditionnels, le peuple Maralinga Tjarutja.
Pommes de terre chaudes
Malgré de nombreux efforts de nettoyage, il reste du plutonium et de l'uranium résiduels à Maralinga. La plupart se présente sous la forme de « particules chaudes ». Ce sont de minuscules grains radioactifs (beaucoup plus petits qu'un millimètre) dispersés dans le sol.
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 de Vixen B qui se sont terminés en 1963, il y aura encore près de deux bombes de Nagasaki contenant du plutonium autour du site d'essai de Taranaki.
Le plutonium émet un rayonnement alpha qui peut endommager l'ADN s'il pénètre dans le corps en mangeant, en buvant ou en respirant.
Dans leur état d'origine, les particules de plutonium et d'uranium sont plutôt inactives. Cependant, au fil du temps, lorsqu'ils sont exposés à l'atmosphère, à l'eau ou aux microbes, ils peuvent s'altérer et libérer du plutonium et de l'uranium sous forme de poussière ou d'orages.
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'ils posent.
L'étudiante au doctorat de Monash, Megan Cook (l'auteur principal de notre nouvel article) a relevé ce défi. Ses recherches visaient à identifier comment le plutonium s'était déposé lors de son transport par les courants atmosphériques à la suite des essais nucléaires (une partie a voyagé jusqu'au Queensland !), les caractéristiques des particules chaudes de plutonium lors de leur atterrissage et les mouvements potentiels dans le sol.
(Cook et al., Rapports scientifiques, 2021)
Au dessus: Le plutonium et l'uranium apparaissent sous forme de morceaux brillants incrustés dans un alliage fer-aluminium plus foncé dans cette image au microscope électronique.
La nanotechnologie à la rescousse
Des études antérieures ont utilisé les rayons X super intenses générés par des sources de lumière 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, un énorme machine plus d'un demi-kilomètre de circonférence qui produit une lumière dix milliards de fois plus brillante que le Soleil dans un accélérateur de particules.
L'étude de la façon dont les particules absorbaient 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 examiné les ombres projetées par les particules 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 un machine à l'Université Monash qui peut trancher de minuscules échantillons avec un faisceau d'ions à haute énergie d'un nanomètre de large, puis analyser les éléments à l'intérieur et faire des images de l'intérieur. C'est un peu comme utiliser un sabre laser pour couper un rocher, seulement à la plus petite échelle. Cela a révélé dans des détails exquis la gamme complexe de matériaux et de textures à l'intérieur des particules.
Une grande partie du plutonium et de l'uranium est distribuée en minuscules particules de quelques micromètres à quelques nanomètres, ou dissoute dans des alliages fer-aluminium. Nous avons également découvert un composé plutonium-uranium-carbone qui serait détruit rapidement en présence d'air, mais qui était maintenu stable par l'alliage métallique.
Cette structure physique et chimique complexe des particules suggère les particules formées par le refroidissement des gouttelettes de métal fondu du nuage d'explosion.
En fin de compte, il a fallu une équipe multidisciplinaire sur trois continents - comprenant des pédologues, des minéralogistes, des physiciens, des ingénieurs miniers, des scientifiques synchrotron, des microscopistes et des radiochimistes - pour révéler la nature des particules chaudes de Maralinga.
Du feu à la poussière
Nos résultats suggèrent que des processus chimiques et physiques naturels dans l'environnement de l'arrière-pays peuvent provoquer la libération lente de plutonium à partir 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'arrière-pays 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 exemples 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 a suivi à la base aérienne de McGuire aux États-Unis. en 1960.
Des milliers d'armes nucléaires actives sont toujours détenues par des nations du monde entier aujourd'hui. L'héritage de Maralinga montre que le monde ne peut pas se permettre des incidents impliquant des particules nucléaires. 
Barbara Etschmann , Agent de recherche, Université Monash ; Joël Brugger , professeur de géosciences synchrotron, Université Monash , et Vanessa Wang , Professeur agrégé, Université Monash .
Cet article est republié de La conversation sous licence Creative Commons. Lis le article original .