Uranium, Uranium naturel, Uranium enrichi

jeudi 06 mai 2010 Écrit par  Yves Heuillard

Uranium naturel, uranium enrichi, uranium appauvri, ces termes sont nécessaires à la compréhension des technologies mises en oeuvre dans la filière industrielle de l'électronucléaire. Voici quelques bases accessible à tous.

L'uranium est un métal légèrement radioactif, relativement répandu à la surface de la Terre(1). C'est l'élément qui a donné naissance à la bombe atomique, puis à la filière industrielle de l'électronucléaire. à la fin de cet article vous ne serez certes pas un savant atomique, mais vous saurez l'essentiel sur l'uranium.

L'uranium naturel, celui qu'on extrait des mines, contient en proportion significative deux variantes du même élément chimique ; les scientifiques disent plutôt deux isotopes et ils répèrent les isotopes par un nombre. Ci-dessous photo d'une mine d'uranium à ciel ouvert en Australie. La teneur du minerai est généralement de l'ordre de 1 à 5 kg par tonne.

Mine d'uranium à ciel ouvert (Photo raguy @Flickr)Les deux principaux isotopes contenus dans l'uranium naturels sont l'uranium 238 et de l'uranium 235. Ces deux isotopes sont radioactifs, mais seul l'uranium 235 est capable d'entretenir la réaction en chaine dans un réacteur (ou dans une bombe). Si vous avez quelques restes de cours de physique, les nombre 238 et 235 correspondent au nombre de masse de l'atome d''uranium (nombre de protons + nombre de neutrons) mais ceci n'est pas nécessaire pour la compréhension de cet article.

Enrichir ici, appauvrit là.

L'uranium 235 est rare, puisqu'il ne représente que 0,7% de l'uranium naturel, constitué principalement d'uranium 238. Pour fonctionner, un réacteur classique, comme l'un de ceux de l'électricien français EDF, exige d'enrichir la proportion d'uranium 235 dans l'uranium naturel à 3,5 %, une opération très couteuse, et très énergivore.

De plus, une usine d'enrichissement pour produire du combustible nucléaire, diffère très peu d'une usine d'enrichissemnt nécessaire à la fabrication d'une bombe atomique. Evidemment la production d'uranium enrichi donne naissance à de l'uranium appauvri, c'est à dire de l'uranium presque uniquement constitué d'uranium 238 (plus de 99%). Une tonne d'uranium naturel donne de l'ordre de 140 kg d'uranium enrichi et 860 k d'uranium appauvri.

Le cycle complet de l'uranium depuis son enrichissement, puis son utilisation dans les réacteurs, jusqu'au retraitement du combustible usé produit ainsi par an, entre autres déchets et sous-produits, 50 000 tonnes d'uranium appauvri, dont on ne sait pas quoi faire sauf les entreposer (on en fait aussi des ogives d'obus) avec l'objectif d'en faire le combustible abondant et bon marché d'une quatrième génération de réacteur nucléaire. Le réacteur de Terrapower, dont nous avons parlé dans nos colonnes, fonctionne avec cet uranium appauvri, dont plus de 1,5 millions de tonnes sont stockés ici et là dans le monde. 

Le réacteur qui fabrique son combustible 

Nous l'avons vu, dans un réacteur nucléaire classique, c'est la petite dose d'uranium 235 (3,5%) qui est le combustible. L'essentiel de l'uranium, l'uranium 238, même s'il ne participe pas directement à la production d'énergie, ne reste pas pour autant inerte : sous l'effet des réactions nucléaires, il se transforme petit à petit en un élément nouveau, le plutonium 239.

Le plutonium est un corps qui n'existe pas à l'état naturel sur la Terre. Sa toxicité dépasse l'entendement humain, puisque l'ingestion d'une simple poussière de plutonium suffit à provoquer un cancer. Mais miracle de la physique atomique (ou malédiction selon les points de vue), comme l'uranium 235, le plutonium peut lui même servir de combustible dans une centrale nucléaire (ou d'explosif dans une bombe atomique). Un réacteur nucléaire type en produit de l'ordre de 300 kg par an.

Si vous m'avez suivi, dans un réacteur nucléaire, l'uranium 235 "brûle", mais en même temps une partie de l'uranium 238 devient lui même combustible, en se transformant en plutonium. Autrement dit plus on brûle du combustibe (l'uranium 235) et plus on fabrique un autre combustible, le plutonium ! Pourrait-on alors imaginer que l'on fabrique plus de combustible que l'on en brûle. La réponse est oui, c'est le principe des surrégénérateurs, dont le réacteur français Superphénix aujourd'hui arrêté est un prototype ; principe aussi à la base des réacteurs dits de 4ème génération.

Déchets et jeu de mots

Que contient le combustible usé d'un réacteur ? Le sujet est un peu technique, mais souvenez-vous. A l'origine on a un mélange d'uranium 238 et, en faible proportion, d'uranium 235. Ce qui produit l'énergie à l'intérieur du réacteur c'est la fission des atomes d'uranium 235 par des neutrons. Fission veut dire que les atomes sont cassés pour former d'autre atomes. Ces autres atomes, résultats de la fission de l'uranium-235, sont appelés produits de fission. Mais les atomes d'uranium 238 peuvent aussi absorber des neutrons sans se casser, ce qui produit de nouveaux corps, appelé actinides, dont fait partie le plutonium. Restons-en là pour le moment. Le profane gardera en tête qu'en fin de cycle, le combustible usé d'un réacteur contient

1) des restes du combustible initial qui n'est pas "brûlé" (le mot est inexact, mais il est couramment employé même par les spécialistes).

2) des produits de fission, qui sont les véritables "cendres" de la réaction nucléaire. Ils sont majoritairement très radioactifs, donc dangereux, dégagent une forte chaleur, mais leur radioactivité décroit vite dans le temps. Après quelques dizaines d'années, seuls subsistent les produits de fission dont la durée de vie est très longue, des millions d'années.

3) des actinides, dont le plutonium et d'autres actinides dit mineurs et qui constitue la majorité des déchets dits de haute activité à vie longue (HAVL).

Pour l'industrie, ce combustible usé pourrait un jour faire l'objet d'un retraitement et ce n'est donc pas un déchet à part entière, mais une matière valorisable. Pour les écologistes, qui doutent qu'un jour on puisse le faire sans générer d'autres déchets - si tant est qu'on y trouve un intérêt -, ces matières posent un risque majeur de santé et de sécurité publique par leur caractère éminemment dangereux. Le réacteur TWR transforme de l'uranium appauvri, faiblement radioactif et relativement peu dangereux, en combustible usé, peu intéressant économiquement, et très dangereux.  

 

 

On y trouve des atomes d'à peu près tous les éléments connus, et des éléments inconnus ou disparus. Certains des produits de fissions sont stables (non radio-actifs) mais dans une grande majorité les produits de fission sont très radioactifs, dégagent une forte chaleur, et sont dangereux. Mais beaucoup de ses prouits de fission ont des durée de demi-vie courtes ce qui fait que leur radioactivité décroît rapidement. D'autres ont des demi-vie à quelques millions d'années.

Nous avons vu que la réaction nucléaire produit aussi du plutonium par tranformation d'un atome d'uranium 238. Le plutonium, qui n'existe pas naturellement est considéré comme un actinide. L'uranium est un actinide, le thorium un autre élément qui existe dans la nature, est aussi un actinide. dans le réacteur nucléaire, outre le plutonium majoritaire se forme d'autre actinides.

Les joutes entre industriels du nucélaire et écologistes portent sur deux points : le rejet de radiocativité des installations de la filière nucléaire (de l'extraction du minerai jusqu'au retraitement du combustible use) dont les rejets des centrales nucléaire l'air et dans l'eau ; le problème du stockage des déchets. Mais le terme déchets n'a pas le même sens pour tout le monde. Pour l'industrie, est considéré  comme déchet un corps radioactifs issu de du combustible usé des réacteurs nucléaires. Ainsi, l'uranium appauvri et le plutonium ne sont pas considérés comme des déchets/ 

fast reactor databases

http://en.wikipedia.org/wiki/Depleted_uranium

http://www.youtube.com/watch?v=lnVt_Xe5UnI 

http://web.ead.anl.gov/uranium/guide/

Aeia

 

Laissez un commentaire

Assurez-vous d'indiquer votre nom.
Le code HTML n'est pas autorisé.