URANIUM

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Géochimie, métallurgie extractive

L'uranium a quatre valences possibles, les valences 4 et 6 étant les plus répandues dans les minerais. Les conditions de passage de la valence 4 à la valence 6 dépendent du potentiel d'oxydoréduction du milieu ; elles sont voisines des conditions de passage du fer ferreux au fer ferrique. L'uranium hexavalent est beaucoup plus soluble que l'uranium tétravalent ; il forme des complexes, les plus fréquents étant les uranylcarbonates et les uranylsulfates.

Distribution géochimique de l'uranium

Dans la lithosphère, la teneur moyenne en uranium est de 3 à 4 parties par million (p.p.m.), mais l'éventail est très large selon les matériaux.

En dehors des minéraux d'uranium proprement dits (tabl. 1), l'uranium se rencontre dans les minéraux majeurs ou accessoires sous forme d'inclusions ou d'additions isomorphiques, avec des teneurs en uranium de l'ordre de la fraction à la dizaine de p.p.m. pour les minéraux majeurs, et de l'ordre de la dizaine à la dizaine de milliers de p.p.m. pour les minéraux accessoires.

Minéraux uranifères

Tableau : Minéraux uranifères

Principaux minéraux uranifères. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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C'est dans les roches magmatiques acides que les teneurs en p.p.m. d'uranium sont les plus élevées : de 1 à 6 dans les granites et dans les syénites, de 2 à 7 dans les rhyolites et dans les trachytes, de 0,2 à 2 dans les gabbros et dans les diorites, de 0,2 à 4 dans les basaltes et dans les andésites, de 0,001 à 0,03 dans les roches ultrabasiques, de 0,1 à 30 dans les roches alcalines.

L'altération des sources primaires d'uranium a pour effet de le libérer sous forme hexavalente stable en solution aqueuse. Après un déplacement plus ou moins grand, il est susceptible de se déposer syngénétiquement avec certains sédiments et de se fixer épigénétiquement sous des formes qui dépendent des conditions chimiques du milieu, dans tous les types de roches, y compris les formations sédimentaires non consolidées. Les teneurs en p.p.m. d'uranium y sont de l'ordre de 1 à 13 dans les schistes, de 1 à 80 dans les schistes carburés, de 3 à 27 dans les bauxites, de 0,1 à 9 dans les carbonates, de 1 à 350 dans les phosphates.

Les sols constituent un matériau fixateur important. Leur teneur en uranium correspond généralement à un enrichissement épigénétique en provenance du substratum.

Les teneurs des eaux continentales varient selon la nature du substratum. Elles se situent entre 0,1 et 10 parties par milliard, l'uranium étant sous forme de complexes dont la nature chimique dépend du pH.

La teneur moyenne des eaux de mer est de l'ordre de 3 × 10—3 p.p.m., certains sédiments marins d'estuaire atteignant 60 p.p.m.

Prospection de l'uranium

Les concentrations d'uranium, pour être exploitables, doivent avoir des teneurs minimales supérieures à 0,2-0,1 p. 1 000. Dans certains cas, lorsque l'uranium coexiste avec un autre métal (en Afrique du Sud, par exemple, où or et uranium sont exploités sensiblement dans les mêmes formations), la teneur limite peut être basse. Les teneurs sont donc bien plus faibles que celles qui sont exigées pour l'exploitation des métaux usuels – plomb, zinc, cuivre –, qui sont de quelques unités pour cent. Environ 90 p. 100 des ressources mondiales présentent des teneurs inférieures à 1 p. 100, et plus des deux tiers se situent au-dessous de 0,1 p. 100. Toutefois, des gisements à très haute teneur existent. Par exemple, au Canada, à Cigar Lake ou à Mac Arthur, on relève, au début de l'exploitation des gisements, des teneurs de 10 à 12 p. 100.

La prospection de l'uranium, comme toute prospection de métaux, nécessite des études géologiques : pétrographie, stratigraphie, sédimentologie, paléogéographie, études structurales sont mises à contribution. Ces études sont complétées et facilitées par la géophysique, l'émanométrie et la prospection géochimique.

Les techniques diverses de la géophysique groupent la mesure de la résistivité des roches, qui permet de repérer failles et filons, et parfois les mesures sismiques. Mais la méthode géophysique de choix pour la détection des gisements d'uranium est la radiométrie, qui consiste à déceler avec des tubes Geiger-Müller ou des scintillomètres le rayonnement γ émis par les descendants de l'uranium qui existent dans tout minerai uranifère. La radiométrie peut se faire à pied, en prospection autoportée, aéroportée ou héliportée. Dans le cas de prospection aéroportée, une caméra à défilement continu, synchronisée avec l'enregistrement des anomalies, permet de mieux les localiser. La radiométrie est d'ailleurs utilisée non seulement en prospection mais aussi lorsqu'il s'agit de délimiter, d'évaluer un gisement, de guider son exploitation et de calculer sa production.

L'émanométrie consiste à étudier les concentrations de radon dans le sol par mesure du rayonnement α qu'il émet. Cette technique est particulièrement utile dans le cas de gisements aveugles, non décelables par radiométrie classique.

La prospection géochimique, grâce à l'étude de la teneur des eaux, des sols ou des alluvions, permet de circonscrire des zones d'intérêt, puis de remonter au gisement.

Répartition géographique des gisements

Les réserves officielles au début du xxie siècle sont classées par rapport à leurs coûts de production : coût inférieur à 40 dollars par kilogramme d'uranium et coût compris entre 40 et 80 dollars par kilogramme, ou entre 80 et 130 dollars par kilogramme.

Dans chaque gamme, on distingue les réserves assurées, les réserves probables et les réserves à découvrir qui correspondent à une extrapolation des gisements connus.

Les réserves assurées de coût inférieur à 130 dollars par kilogramme d'uranium seraient au total de plus de 3 millions de tonnes, dont les deux tiers à moins de 40 dollars par kilogramme. Plus de 80 p. 100 de ces réserves se trouvent dans des gisements stratiformes.

L'Australie, qui détient 22 p. 100 de ces réserves assurées dans la partie nord du Territoire du Nord et du Queensland, est au cinquième rang en production cumulée, les exploitations importantes n'ayant démarré qu’après celles d’autres pays.

Le Kazakhstan est au deuxième rang des réserves assurées (15 p. 100) et au sixième en production cumulée.

Au Canada (10,5 p. 100 des réserves assurées), les réserves les plus riches – teneurs de plusieurs pour-cent dans les minerais – se trouvent dans le nord du Saskatchewan. Il existe aussi des réserves importantes, mais à teneurs beaucoup plus basses, dans la région de Blind River (Ontario). Le Canada est, en produ [...]

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Otto Hahn Fritz Strassmann et Fritz Haber

Otto Hahn Fritz Strassmann et Fritz Haber
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Hiroshima et la capitulation du Japon, 1945

Hiroshima et la capitulation du Japon, 1945
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Minéraux uranifères

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Uranium : production minière

Uranium : production minière
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Écrit par :

  • : ingénieur au Commissariat à l'énergie atomique
  • : ingénieur École nationale supérieure de géologie, Nancy, chargé de mission à la Direction des mines et usines
  • : Ingénieur au Centre d'études nucléaires, Saclay
  • : professeur d'université à l'I.U.F.M. de Créteil, chercheur au Centre d'études de chimie métallurgique (C.N.R.S.)

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Pour citer l’article

Bernard BOUDOURESQUES, Jean CARALP, Jeanne LEHMANN, Jean-Louis VIGNES, « URANIUM », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 02 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/uranium/