L’uranium.

L’uranium est l’élément chimique de numéro atomique 92, de symbole U. Il fait partie de la famille des actinides.

L’uranium est le 48e élément naturel le plus abondant dans la croûte terrestre, son abondance est supérieure à celle de l’argent, comparable à celle du molybdène ou de l’arsenic, mais quatre fois inférieure à celle du thorium. Il se trouve partout à l’état de traces, y compris dans l’eau de mer.

C’est un métal lourd radioactif (émetteur alpha) de période très longue (~ 4,468 8 milliards d’années pour l’uranium 238 et ~ 703,8 millions pour l’
uranium 235). Sa radioactivité, additionnée à celle de ses descendants dans sa chaîne de désintégration, développe une puissance de 0,082 watt par tonne d’uranium, ce qui en fait, avec le thorium 232 (quatre fois plus abondant, mais trois fois moins radioactif) et le potassium 40, la principale source de chaleur qui tend à maintenir les hautes températures du manteau terrestre, en ralentissant de beaucoup son refroidissement.

Uranium, entier postal, Roumanie.

L’isotope 235U est le seul isotope fissile naturel. Sa fission libère une énergie voisine de 202,8 MeV par atome fissionné dont 9,6 MeV d’énergie non récupérable, communiquée aux neutrinos produits lors de la fission. L’énergie récupérable est plus d’un million de fois supérieure à celle des combustibles fossiles pour une masse équivalente. De ce fait, l’uranium est devenu la principale matière première utilisée par l’industrie nucléaire.

La production mondiale d’uranium s’est élevée à 54 742 tonnes en 2019, réparties pour l’essentiel entre le Kazakhstan (41,7 %), le Canada (12,7 %), l’Australie (12,1 %), la Namibie (10 %), l’Ouzbékistan (6,4 %), le Niger (5,4 %), la Russie (5,3 %) et la Chine (3,4 %). En 2020, la production a chuté à 47 731 tonnes. Pour son utilisation dans les réacteurs nucléaires, les ressources récupérables à un coût inférieur à 130 dollars/kg d’uranium étaient estimées en 2019 par l’AIEA à 6,15 millions de tonnes dans le monde, réparties essentiellement entre l’Australie (28 %), le Kazakhstan (15 %), le Canada (9 %), la Russie (8 %) et la Namibie (7 %).


L’uranium fut mis en évidence en 1789 par le chimiste prussien Martin Heinrich Klaproth à partir de l’analyse d’un morceau de roche qu’on lui avait apporté de la mine de Saint Joachimsthal. Cette roche était de la pechblende, un minerai d’uranium qui contient principalement de l’U3O8. Klaproth parvint en la chauffant à en extraire un corps gris métallique. Dans sa communication du 24 septembre 1789 à l’Académie royale prussienne des sciences et intitulée « Ueber den Uranit, ein neues Halbmetall », il proposa le nom d’« urane » ou « uranite » au composé qu’il venait d’identifier (un oxyde d’uranium et non le corps pur), en référence à la découverte de la planète Uranus faite par William Herschel en 1781. Cet oxyde, rebaptisé uranium en 1790, avait comme propriété de donner une fine fluorescence aux verres et une couleur jaune verdâtre aux émaux, si bien que la pechblende était extraite de la mine de Joachimsthal et de mines d’étain en Cornouaille et des uranates alcalins utilisés (diuranate d’ammonium et de sodium) par les verriers de Bohême et les céramistes saxons.

Ce n’est qu’en 1841 que le chimiste français Eugène-Melchior Péligot put l’isoler à l’état de pureté en réduisant le tétrachlorure d’uranium (UCl4) par le potassium. Il établit que l’urane était composé de deux atomes d’oxygène et d’un métal qu’il isola. L’uranium entra dans la nomenclature de la chimie. Il estima alors11 la masse volumique de l’uranium à 19 g/cm3.

Le Français Henri Becquerel ne découvrit la radioactivité de l’uranium que beaucoup plus tard, le 28 février 1896, lorsqu’il constata que des plaques photographiques placées à côté de sels d’uranium (extraits d’un lot de pechblende de Joachimsthal) avaient été impressionnées sans avoir été exposées à la lumière. Les plaques avaient été noircies par les rayonnements émis par les sels : c’était la manifestation d’un phénomène jusqu’alors inconnu, la radioactivité naturelle. Pierre et Marie Curie isolèrent deux éléments nouveaux naturellement radioactifs, le polonium et le radium.

Le minerai d’uranium est appelé uraninite, ou pechblende. Les cinq plus gros producteurs au monde sont le Kazakhstan, le Canada, l’Australie, le Niger et la Namibie. À proximité des mines, l’uranium est concentré sous forme de yellowcake. Il est néanmoins trop peu concentré en isotope fissile pour être utilisé directement dans les centrales nucléaires de type à eau pressurisée (PWR, pour pressurized water reactor). C’est la raison pour laquelle il est souvent enrichi en uranium 235 par diffusion gazeuse ou centrifugation. Les centrales de type CANDU utilisent l’uranium non enrichi mais exigent beaucoup d’eau lourde comme modérateur.

Un Centre de recherche sur la géologie de l’uranium (Cregu) a été créé dans les années 1980, à Vandœuvre-lès-Nancy pour mieux connaitre la géologie et la géochimie de l’uranium et faciliter l’accès des prospecteurs à cette ressource13, par exemple en le reliant aux discordances géologiques connues ou à découvrir.

L’uranium est répandu dans les profondeurs du globe terrestre. La désintégration d’uranium 238 et 235 et d’autres radionucléides comme le thorium 232 et le potassium 40 entretient encore en énergie thermique le noyau terrestre, mais surtout le manteau rocheux terrestre, et donc toute la géothermie.

Il est plus abondant dans la nature que l’or ou l’argent. Il est également présent dans toute l’écorce terrestre, surtout dans les terrains granitiques et sédimentaires, à des teneurs d’environ 2,7 g/t16 (soit 2,7 ppm). Ainsi, le sous-sol d’un jardin sur un carré de 20 m de côté peut-il en contenir, sur une profondeur de 10 m, environ 24 kg, ce qui fait de l’ordre du millier de milliards de tonnes rien que pour l’écorce terrestre, sans compter le manteau.

En termes de réserve mondiale, cependant, l’immense majorité de cette masse est inexploitable dans les conditions économiques actuelles. La teneur du minerai varie beaucoup selon les roches, de 0,1 ppm dans les carbonates à 350 ppm dans les phosphates.

L’eau de mer contient environ 3,3 mg d’uranium par mètre cube selon le CEA et la COGEMA18, soit 4,5 milliards de tonnes d’uranium dissous dans les océans.

Les eaux douces en contiennent souvent aussi en diverses concentrations. La concentration moyenne du Rhône en uranium est de 0,5 μg/l (soit un demi-milligramme par mètre cube). La masse d’uranium transitant chaque jour dans le Rhône peut ainsi être estimée à environ 80 kg, soit près de trente tonnes par an, provenant essentiellement du ruissellement des roches uranifères des Alpes.

Les ressources dites « identifiées » récupérables à un coût inférieur à 260 dollars/kg U étaient évaluées en 2019 à 8 070 kt, dont 4 724 kt de réserves « raisonnablement assurées » et 3 346 kt de réserves « présumées » (en anglais : inferred). Les ressources récupérables à un coût inférieur à 130 dollars/kg U étaient évaluées à 6 148 ktb 1, dont 27,5 % en Australie, 14,7 % au Kazakhstan, 9,2 % au Canada, 7,9 % en Russie, 7,3 % en Namibie, 5,2 % en Afrique du Sud, 4,5 % au Brésil, 4,5 % au Niger, 4 % en Chine, 2,3 % en Mongolie, 2,2 % en Ouzbékistan, etc (seulement 0,8 % aux États-Unis)b 2. Des ressources additionnelles (« présagées » et « spéculatives ») sont estimées à 5 614 kt, dont 23 % en Mongolie, 12,5 % au Canada, 12 % en Afrique du Sud, 9,6 % en Russie, 9 % au Brésil, 6,7 % en Ukraine et 5,7 % au Vietnam.

En 2017, la production mondiale est proche de 60 000 tonnes auxquels s’ajoutent 17 000 tonnes de ressources de « deuxième main » (combustible retraité MOX, militaire…), alors que la consommation d’uranium stagne autour de 65 000 tonnes/an ; le cours du minerai a été divisé par deux en 2016 et les principaux producteurs réduisent fortement leur production.

La production industrielle a commencé après 1945 pour atteindre 10 000 t/an dès 1953, 50 000 t en 1958, décroit jusqu’à 30 000 t en 1965, remonte jusqu’à un plateau de 65 000 en 1980, redescend jusqu’à 30 000 t dans les années 1990 et remonte dans les années 2000.

La production mondiale 2012 était estimée par l’AIEA à 58 816 tonnes d’uranium, dont 36 % extraites du Kazakhstan, 15 % du Canada, 12 % de l’Australie, 8,2 % du Niger, 7,9 % de Namibie, 5 % de Russie, 4 % d’Ouzbékistan et 3 % des États-Unis23. Des estimations plus récentes de l’Association nucléaire mondiale évaluent la production 2015 à 60 514 tonnes U, dont 39 % du Kazakhstan, 22 % du Canada, 9 % de l’Australie, 7 % du Niger, 5 % de Russie, 5 % de Namibie, 4 % d’Ouzbékistan, 3 % de Chine et 2 % des États-Unis.

Le Kazakhstan a connu une forte hausse de production dans les années 2000, passant de 3 300 t en 2001 à 17 803 t en 2003. Cette hausse s’est poursuivie en faisant du pays le leader du marché avec 33 % de la production mondiale (soit 17 803 tonnes en 2010) et d’importantes réserves minières (17 % de la réserve mondiale). Selon l’OCDE, l’intensification de la production de ce pays a permis une augmentation de plus de 25 % de la production mondiale de 2008 à 2010.

L’uranium est une ressource non renouvelable (comme tous les métaux). Les réserves facilement accessibles sont en léger recul, mais il reste des réserves plus coûteusement accessibles pour 135 ans selon l’OCDE et l’AIEA. La quantité d’énergie extractible à partir de l’uranium naturel pourrait théoriquement être multipliée jusqu’à près de cent fois grâce à la surgénération et au retraitement, qui permettraient de fissionner l’uranium 238, beaucoup plus répandu que l’uranium 235.

Source : Wikipédia.

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