À l'intérieur des réacteurs détruits de Fukushima reposent des centaines de tonnes de combustible fondu — un mélange d'uranium, de zirconium, de fer et de produits de fission. Ces débris sont appelés débris de combustible. Ils devront être extraits, transportés et emballés de manière sûre pour des décennies. Mais comment ce mélange potentiellement explosif se comportera-t-il sous l'effet de la chaleur, de la compression ou d'un choc accidentel ? Pour répondre, il faut des chiffres précis, pas des suppositions.
L'un des composants clés des débris est le composé d'uranium et de fer UFe₂. Le fer est abondant dans le réacteur : il constitue les tuyauteries, les éléments de cuve, les fixations. À des températures supérieures à 2500 °C, l'uranium a fusionné avec le fer pour former un intermétallique résistant. Des chercheurs japonais ont créé un échantillon presque pur de UFe₂ — par fusion à l'arc et frittage plasma par étincelage — et l'ont soumis à une série de tests. Le résultat a surpris : à 306 K (environ 33 °C), l'alliage conduit la chaleur comme l'acier — 10 W/(m·K), et à 1073 K (800 °C), sa conductivité thermique atteint 25 W/(m·K) — plus que beaucoup de ses congénères ferreux.
Les tests mécaniques ont montré le tableau inverse : UFe₂ est un matériau malléable. Son module d'Young (rigidité en traction) n'est que de 69 GPa — comme les alliages d'aluminium. Pour comparaison : celui du fer pur est d'environ 210 GPa. La dureté Vickers est de 5,6 GPa, presque deux fois inférieure à celle de Fe₂Zr et Fe₂B. En pratique, cela signifie que l'outil de découpe des débris rencontrera moins de résistance, et que le matériau lui-même se fissurera moins sous les chocs thermiques. Ces deux facteurs sont critiques lors du démantèlement à distance.
Ces chiffres serviront de base aux simulations informatiques du démantèlement des réacteurs. Les ingénieurs pourront calculer plus précisément les efforts des cutters, la vitesse de refroidissement des conteneurs et le risque de fissuration spontanée. Un petit lingot testé en laboratoire raccourcit le chemin vers l'extraction sûre de centaines de tonnes de débris réels.
La conductivité thermique de UFe₂ augmente presque linéairement avec la température — un comportement atypique pour les métaux, chez lesquels elle diminue généralement en raison de l'intensification des vibrations du réseau cristallin.