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L’uranium est un élément chimique fascinant. Il peut être utilisé pour produire de l’énergie ou pour fabriquer des armes de destruction massive. Il suscite de nombreux mythes, car il est à l’origine des bombes atomiques et des accidents nucléaires les plus dramatiques de l’histoire. Mais il a aussi un rôle essentiel dans la formation de la Terre et dans la fourniture d’une grande partie de l’électricité mondiale. Comment cet élément est-il extrait, transformé et utilisé ? Quelles sont ses caractéristiques et ses propriétés ? Quels sont les enjeux et les risques liés à son utilisation ? Nous allons tenter de répondre à ces questions en explorant les différentes facettes de l’uranium.
Qu’est-ce que l’uranium et comment se présente-t-il ?
L’uranium doit son nom à la planète Uranus, découverte peu de temps avant lui. L’uranium se note “U” et porte le numéro atomique 92 dans la famille des actinides du tableau périodique. Il a 92 protons dans son noyau, ce qui en fait l’élément chimique naturel le plus lourd.
L’uranium pur est rare dans la nature. Il se combine avec d’autres éléments chimiques. C’est un métal gris qui a les propriétés des métaux : il est malléable et ductile, mais il conduit mal l’électricité.
L’uranium est surtout connu pour sa radioactivité. Cela signifie que son noyau est instable et se désintègre rapidement en libérant de l’énergie. En se désintégrant, il se transforme en différents éléments. Il cherche toujours à avoir le noyau le plus stable possible.
Mais l’uranium a aussi une densité très élevée. Il pèse 19,1 kilos par litre. Il aurait été créé par des supernovae il y a environ 6,6 milliards d’années. Sa désintégration radioactive lente provoque la convection et même la dérive des continents. C’est la principale source de chaleur à l’intérieur de la Terre.
Quels sont les différents isotopes de l’uranium et pourquoi sont-ils importants ?
L’uranium existe sous plusieurs formes légèrement différentes, appelées isotopes. Ils se différencient par le nombre de neutrons qu’ils ont dans leur noyau.
L’uranium naturel
L’uranium 238 (U-238) et l’uranium 235 (U-235) sont les deux isotopes qui constituent l’uranium naturel. L’U-235 est le plus important pour l’énergie nucléaire, mais il ne représente que 0,7 % de l’uranium naturel. L’U-238 en représente 99,3 %.
L’uranium fissile
L’U-235 est important parce que c’est un isotope fissile. Il peut provoquer une réaction nucléaire en chaîne. Pour cela, il faut que son noyau soit brisé par des neutrons et qu’il se sépare en deux ou plusieurs noyaux plus petits. C’est ce qu’on appelle la “fission”.
Cette fission libère beaucoup d’énergie sous forme de chaleur. Quand l’U-235 se fissionne en deux morceaux, les neutrons supplémentaires libérés par le noyau fissionné provoquent d’autres fissions. C’est la réaction en chaîne qui libère encore plus d’énergie.
Cette énergie est utilisée pour faire fonctionner les réacteurs nucléaires. La chaleur est transformée en vapeur qui fait tourner les générateurs et les turbines pour produire de l’électricité. Mais cette même réaction peut aussi être à l’origine de l’explosion d’armes nucléaires.
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Comment l’uranium est-il extrait, transformé et utilisé ?
Avant d’être utilisé comme combustible, l’uranium doit subir plusieurs opérations industrielles. Après avoir été utilisé, il doit aussi être éliminé ou recyclé. L’ensemble de ces opérations s’appelle le cycle du combustible nucléaire.
L’uranium est extrait de la croûte terrestre et transformé en une poudre jaune appelée “yellowcake”. Le yellowcake est ensuite converti en une forme qui peut être enrichie.
L’uranium naturel contient très peu d’U-235. Il faut recourir à l’enrichissement pour augmenter la proportion de cet isotope indispensable. Il existe différentes méthodes d’enrichissement, mais les centrifugeuses sont souvent utilisées. Elles séparent l’U-235 de l’U-238 en se basant sur leurs différences de masse.
La matière est ensuite soumise à la fabrication de combustible. Elle est transformée en pastilles et recouverte de métal pour former des assemblages de combustible. Il faut qu’il y ait une quantité suffisante d’U-235. Le combustible doit être traité avec précaution une fois qu’il a été consommé. Il ne peut plus alimenter les réactions nucléaires en chaîne.
Le processus de retraitement comprend souvent plusieurs étapes. Il y a la dissolution, la séparation, la purification et la fabrication des matières récupérées en nouveaux assemblages de combustible. Ce processus permet de recycler le combustible nucléaire et de l’utiliser plus efficacement. Il permet aussi de réduire les déchets et d’optimiser le potentiel énergétique des ressources nucléaires.