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 Modèle:48e 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 (Modèle:Unité d'années pour l'Modèle:Nobr et Modèle:Unité pour l'Modèle:Nobr). Sa radioactivité, additionnée à celle de ses descendants dans sa chaîne de désintégration, développe une puissance de Modèle:Unité 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.

L'isotope ²³⁵U est le seul isotope fissile naturel. Sa fission libère une énergie voisine de Modèle:Unité par atome fissionné dont Modèle:Unité 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 Modèle:Unité 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 Modèle:Unité. Pour son utilisation dans les réacteurs nucléaires, les ressources récupérables à un coût inférieur à Modèle:Unité d'uranium étaient estimées en 2019 par l'AIEA à Modèle:Unité de tonnes dans le monde, réparties essentiellement entre l'Australie (28 %), le Kazakhstan (15 %), le Canada (9 %), la Russie (8 %) et la Namibie (7 %).

Uranium naturel

Le minerai d'uranium exploité dans des gisements granitiques ou sédimentaires possède une teneur moyenne en uranium pouvant varier de 0,1 % à 2 %<ref>Réserves d'uranium naturel dans le monde, Connaissance des énergies, 17 avril 2014.</ref>, pouvant exceptionnellement approcher les 20 %<ref>Cigar Lake, nouvel Eldorado de l’uranium canadien, Connaissance des énergies, 18 avril 2014.</ref>. L'uranium est dit naturel quand il est constitué d'isotopes dans leur proportion d'origine (identique pour tous les minerais d'uranium) : soit 99,2743 % d'Modèle:Nobr accompagné de 0,7202 % d'Modèle:Nobr et d'une quantité infime d'Modèle:Nobr (0,0055 %).

Découverte

Fichier:Pichblende.jpg

L'uraninite, ou pechblende, est le minerai d'uranium le plus commun.

Fichier:UraniumUSGOV.jpg

Minerai d'uranium.

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<ref>Modèle:Ouvrage</ref>. 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 Modèle:Date- à l'Académie royale prussienne des sciences et intitulée « Modèle:Langue », 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<ref>Modèle:Ouvrage</ref>. 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<ref>Modèle:Ouvrage</ref>.

Fichier:Section polie de pechblende. La Commanderie, Vendée, France.jpg

Section polie de pechblende.

Fichier:Becquerel plate.jpg

Papier photographique original irradié par le rayonnement de sel d'uranium (Expérience de Becquerel).

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 alors<ref>Guide de la technique : l'énergie, Presses polytechniques et universitaires romandes, 1993.</ref> la masse volumique de l'uranium à Modèle:Unité.

Le Français Henri Becquerel ne découvrit la radioactivité de l’uranium que beaucoup plus tard, le Modèle:Date, 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.

Gisements et exploitation

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<ref>Courrier international, Modèle:N° du 21 au 27 mars 2013, Modèle:P..</ref>. Il est néanmoins trop peu concentré en isotope fissile pour être utilisé directement dans les centrales nucléaires de type à eau pressurisée (PWR, pour Modèle:Langue). C'est la raison pour laquelle il est souvent enrichi en Modèle:Nobr 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 ressource<ref>Quelques publications (avec openlibrary.org)</ref>, par exemple en le reliant aux discordances géologiques connues ou à découvrir<ref>Les gisements d'uranium liés spatialement aux discordances (mémoire), 1983, dans la série Géologie et géochimie de l'Uranium, document présenté à un séminaire du Centre de recherche sur la géologie de l'uranium (Cregu, 26 au 28 octobre 1982), mis en ligne par l'AIEA</ref>.

Au niveau mondial, l'uranium est extrait à 57 %<ref>Modèle:Lien web</ref> au moyen du procédé de lixiviation in situ qui consiste à injecter une solution acide dans le gisement, puis à la pomper par un autre puits<ref>Modèle:Lien web</ref>.

Abondance et répartition

Modèle:Article connexe L'uranium est répandu dans les profondeurs du globe terrestre. La désintégration Modèle:Nobr et 235 et d'autres radionucléides<ref group=n>Avant la découverte de la radioactivité, Lord Kelvin avait estimé l'âge de la Terre à quelque Modèle:Nobr d'années, en supposant que la seule source d'énergie capable de s'opposer au refroidissement était la chaleur résiduelle, initialement produite lors de la formation de la Terre. Un âge de seulement quelques dizaines de millions d'années fut considéré beaucoup trop court par les géologues, et un vif débat s'ensuivit entre géologues et physiciens. Celui-ci ne devait prendre fin qu'une vingtaine d'années après la découverte de la radioactivité, trop tard pour Kelvin de faire amende honorable. Plus tard, les physiciens ont pu apporter aux géologues des méthodes de datation absolue des roches qui se basent sur la radioactivité et les abondances actuelles de certains radioéléments et de leurs produits de désintégration (voir Radiochronologie).</ref> comme le Modèle:Nobr et le Modèle:Lnobr entretient encore en énergie thermique le noyau terrestre, mais surtout<ref group=n>L'uranium est présent sur Terre essentiellement sous forme d'oxydes, donc incorporé dans les roches et très peu dans le noyau métallique. Mais la chaleur dégagée dans le manteau retarde le refroidissement du noyau.</ref> le manteau rocheux terrestre, et donc toute la géothermie.

L'uranium est le Modèle:48e naturel le plus abondant dans la croûte terrestre<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Argonne National Laboratory, Uranium Quick Facts</ref>. Il est plus abondant dans la nature que l'or ou l'argent<ref name="WHO2001"> Depleted Uranium: Sources, Exposure and Health Effects - Full Report, Organisation mondiale de la santé, Genève, 2001 (WHO/SDE/PHE/01.1)</ref>.

Il est également présent dans toute l'écorce terrestre, surtout dans les terrains granitiques et sédimentaires, à des teneurs d'environ Modèle:Unité<ref>CNDP Commission particulière du débat public Gestion des Déchets Radioactifs : Débat public sur les déchets radioactifs ; Réponses aux questions</ref> (soit Modèle:Unité). Ainsi, le sous-sol d'un jardin sur un carré de Modèle:Unité de côté peut-il en contenir, sur une profondeur de Modèle:Unité, environ Modèle:Unité, ce qui fait de l'ordre du millier de milliards de tonnes rien que pour l'écorce terrestre, sans compter le manteau.

En ce qui concerne les réserves mondiales, cependant, l'immense majorité de cette masse est inexploitable dans les conditions économiques actuelles. La teneur du minerai varie beaucoup selon les roches, de Modèle:Unité dans les carbonates à Modèle:Unité dans les phosphates<ref name="IRSN2010">Étude sur l’origine du marquage par l’uranium dans la nappe alluviale de la plaine du Tricastin, IRSN, septembre 2010</ref>.

L'eau de mer contient environ Modèle:Unité d'uranium par mètre cube selon le CEA et la COGEMA<ref>Modèle:Lien brisé Les défis du CEA ; décembre-janvier 2002 Modèle:N° Modèle:P. par Olivier Donnars.</ref>, soit Modèle:Unité 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 Modèle:Unité (soit un demi-milligramme par mètre cube). La masse d’uranium transitant chaque jour dans le Rhône peut ainsi être estimée à environ Modèle:Unité<ref>Étude sur l’origine du marquage par l’uranium dans la nappe alluviale de la plaine du Tricastin, IRSN, 2010.</ref>, 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 Modèle:Unité étaient évaluées en 2019 à Modèle:Unité, dont Modèle:Unité de réserves « raisonnablement assurées » et Modèle:Unité de réserves « présumées » (en anglais : Modèle:Lang). Les ressources récupérables à un coût inférieur à Modèle:Unité étaient évaluées à Modèle:Unité<ref group=b name=p15>Modèle:P.</ref>, 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)<ref group=b name=p18>Modèle:P.</ref>. Des ressources additionnelles (« présagées » et « spéculatives ») sont estimées à Modèle:Unité, 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<ref group=b name=p32>Modèle:P.</ref>.

indicationDeLangue}} Supply of Uranium - Uranium availability, World Nuclear Association, mis à jour en septembre 2021.</ref>

Rang	Pays	Réserves 2007	%	Réserves 2013	%	Réserves 2019	%
1	Modèle:Pays	725	22,0	1 706	29	1 693	28
2	Modèle:Pays	378	11,5	679	12	907	15
3	Modèle:Pays	329	10,0	494	8	565	9
4	Modèle:Pays	172	5,2	506	9	486	8
5	Modèle:Pays	176	5,3	383	6	448	7
6	Modèle:Pays	284	8,6	338	6	321	5
7	Modèle:Pays	157	4,8	276	5	276,8	4,5
8	Modèle:Pays	243	7,4	405	7	276,4	4,5
9	Modèle:Pays	nd	nd	199	4	249	4
10	Modèle:Pays	nd	nd	nd	nd	143	2
...
16	Modèle:Nobr	334	10,3	207,4	4	47,9	1
	Total monde	3 300	100	5 903	100	6 148	100

indicationDeLangue}} « Uranium production figures, 20011-2020 », World Nuclear Association, septembre 2021.</ref>

	Pays	2004	2014	Variation 2014/2004 (%)	% 2014	2019	Variation 2019/2014 (%)	% 2019	2020
1	Modèle:Pays	3 719	23 127	+522	41,1	22 808	-1,4	41,7	19 477
2	Modèle:Pays	11 597	9 134	−21	16,2	6 938	-24	12,7	3 885
3	Modèle:Pays	8 982	5 001	−44	8,9	6 613	+32	12,1	6 203
4	Modèle:Pays	3 038	3 255	+7	5,8	5 476	+68	10,0	5 413
5	Modèle:Pays (est.)	2 016	2 400	+19	4,3	3 500	+46	6,4	3 500
6	Modèle:Pays	3 282	4 057	+24	7,2	2 983	-26	5,4	2 991
7	Modèle:Pays	3 200	2 990	−7	5,3	2 911	-3	5,3	2 846
8	Modèle:Pays (est.)	750	1 500	+100	2,7	1 885	+26	3,4	1 885
9	Modèle:Pays	800	926	+16	1,7	800	-14	1,5	400
10	Modèle:Pays	nd	573		1,0	346	-40	0,6	250
11	Modèle:Pays (est.)	nd	385		1,0	308	-20	0,6	400
12	Modèle:Pays (est.)	nd	573		1,0	71	-88	0,1	71
13	Modèle:Nobr	878	1 919	+119	3,4	58	-97	0,1	6
	Total mondial	40 178	56 041	+40	100	54 742	-2,3	100	47 731

En 2017, la production mondiale est proche de Modèle:Unité auxquels s'ajoutent Modèle:Unité de ressources de « deuxième main » (combustible retraité MOX, militaire…), alors que la consommation d'uranium stagne autour de Modèle:Unité ; le cours du minerai a été divisé par deux en 2016 et les principaux producteurs réduisent fortement leur production<ref>L’industrie minière s’adapte aux niveaux bas des cours de l’uranium, Les Échos, 10 novembre 2017.</ref>.

La production industrielle commence après 1945 pour atteindre Modèle:Unité dès 1953, Modèle:Unité en 1958, décroit jusqu'à Modèle:Unité en 1965, remonte jusqu’à un plateau de Modèle:Unité en 1980, redescend jusqu’à Modèle:Unité/30000 dans les années 1990 et remonte dans les années 2000.

La production mondiale est estimée en 2012 par l'Agence internationale de l'énergie atomique (AIEA) à Modèle:Unité 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-Unis<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Uranium 2014: Resources, Production and Demand, Agence pour l'énergie nucléaire (OCDE) et Agence internationale de l'énergie atomique, 2014, Modèle:P..</ref>. Des estimations plus récentes de l'Association nucléaire mondiale évaluent la production de 2015 à Modèle:Unité, 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<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} World Uranium Mining Production, Association nucléaire mondiale, 19 mai 2016.</ref>.

Le Kazakhstan connait une forte hausse de production dans les années 2000, passant de Modèle:Unité en 2001 à Modèle:Unité en 2003. Cette hausse se poursuit, faisant du pays le leader du marché avec 33 % de la production mondiale (soit Modèle:Unité en 2010)<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} World Uranium mining, World Nuclear Association.</ref> et d'importantes réserves minières (17 % de la réserve mondiale). Selon l'OCDE, l'intensification de la production de ce pays permet une augmentation de plus de 25 % de la production mondiale de 2008 à 2010<ref name=OCDE2012>Communiqué OCDE, Des approvisionnements mondiaux en Uranium assurés à long terme, Press Room NEA/COM(2012)5, Paris/Vienne, le 26 juillet 2012.</ref>.

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 Modèle:Nobr selon l'OCDE et l'AIEA<ref group=b name=p14>Modèle:P..</ref>. La quantité d'énergie extractible à partir de l'uranium naturel pourrait théoriquement être multipliée jusqu'à près de cent fois<ref>Superphénix, Connaissance des énergies (consulté le 5 juillet 2016).</ref> grâce à la surgénération et au retraitement, qui permettraient de fissionner l'Modèle:Nobr, beaucoup plus répandu que l'Modèle:Nobr.

Dans l'eau de mer et les eaux naturelles

Les concentrations en uranium (l'élément chimique uranium) dans les eaux « naturelles » sont les suivantes<ref>L’uranium de l’eau de mer : véritable ressource énergétique ou mythe ?, Revue des ingénieurs, janvier 2003.</ref> :

• l'eau de mer : Modèle:Unité ;
• le Rhône : Modèle:Unité (débit annuel d’uranium = Modèle:Unité/2) ;
• l'Indus : Modèle:Unité ;
• le Gange : Modèle:Unité ;
• le fleuve Jaune : Modèle:Unité.

Dans les eaux de boisson :

• eau de Badoit : Modèle:Unité à la source, Modèle:Unité après traitement<ref>P. Doremus et J.-P. Pierre (IRSN), Retour d’expérience des interventions de l’IRSN – Présentation de quelques cas (chaufferie, industrie métallurgique, industrie du verre, eaux minérales) Modèle:Pdf</ref> ;
• eau de Vichy : Modèle:Unité<ref>Eaux minérales gazeuses, trop chargées en uranium ?, Principes de santé, 3 mars 2010.</ref>.

Le seuil OMS pour les eaux de boisson était fixé jusqu'en 2011 à Modèle:Unité<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Directives pour la qualité de l'eau de boisson, Modèle:3eModèle:Éd.</ref>, puis en 2011 la quatrième édition des « Directives pour la qualité de l'eau de boisson » l'a fixé à Modèle:Unité<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Directives pour la qualité de l'eau de boisson, Modèle:4eModèle:Éd.</ref>.

Cinétique hydrogéologique

La solubilité de l’uranium est liée aux conditions d’oxydoréduction du milieu. Dans des conditions oxydantes (augmentation de la concentration en oxygène dissous), l’uranium devient plus facilement soluble (passage de la Modèle:Nobr à la Modèle:Nobr). Les conditions oxydantes favorisent la complexation de l’uranium en solution avec certains ligands<ref name="IRSN2010"/>. Les principaux ligands sont, par ordre d’affinité décroissante :

• les carbonates ;
• les groupes hydroxyle ;
• les nitrates<ref>Jason Nolan et Karrie A. Weber, « Natural Uranium Contamination in Major U.S. Aquifers Linked to Nitrate », Environ. Sci. Technol. Lett., 2015, 2, 215−220.</ref> ;
• les phosphates.

L’uranium présente une très forte affinité pour les oxyhydroxydes de fer<ref name="IRSN2010"/>. Cette adsorption peut s’effectuer très rapidement lors de changements des conditions d’oxydoréduction, une diminution de la teneur en oxygène (condition réductrice) engendre une précipitation rapide de l’uranium sous forme d’oxyde (UO₂)<ref name="IRSN2010"/>. C'est une telle précipitation qui est par exemple à l'origine du gisement d'Oklo.

Synthèse chimique des fluorures d'uranium (UFx)

Deux étapes sont nécessaires à la synthèse :

• le raffinage :
  1. Le minerai d'uranium pulvérisé « yellowcake » — est dissous dans l'acide nitrique, fournissant une solution de nitrate d'uranyle UO₂(NO₃)₂,
  2. Éventuellement filtration,
  3. Le nitrate d'uranyle pur est obtenu par extraction par solvant, avec une solution de TBP,
• cette étape permet d'obtenir un nitrate d'uranyle UO₂(NO₃)₂ de grande pureté (>99,95 %) ;
• la conversion en elle-même :
  1. Précipitation du nitrate d'uranyle par l'ammoniac gazeux pour obtenir du diuranate d'ammonium (NH₄)₂U₂O₇ (DUA),
  2. Calcination du diuranate d'ammonium, vers Modèle:Tmp, pour produire l'UO₃,
  3. Réduction de l'UO₃ par l'hydrogène pour obtenir de l'UO₂,
  4. Hydrofluoration d'UO₂ par l'acide fluorhydrique HF dans un four pour produire du tétrafluorure d'uranium UF₄,
  5. Réduction de l'UF₄ avec du calcium finalement pour obtenir du métal pur.

• Yellowcake + nitrate d'uranyle.

  Yellowcake + nitrate d'uranyle.

• + Diuranate.

  + Diuranate.

• + Dioxyde d'uranium.

  + Dioxyde d'uranium.

• Tetrafluorure d'uranium (UF4)

  Tetrafluorure d'uranium (UF₄)

• Uranium métallique

  Uranium métallique

Propriétés

Propriétés radiologiques

L'uranium est un métal lourd radioactif (émetteur alpha) de période très longue (Modèle:Unité d'années pour l'Modèle:Nobr et Modèle:Unité pour l'Modèle:Nobr). Sa radioactivité, additionnée à celle de ses descendants dans sa chaîne de désintégration, développe une puissance de Modèle:Unité 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<ref>Modèle:Article</ref>.

Produit fissile naturel

L'uranium 235 est le seul nucléide naturel qui soit fissile (ou, très rarement, fissible), autrement dit il peut, par capture de neutron, se scinder en deux noyaux fils avec émission de neutrons (fission nucléaire). Par suite, l'uranium enrichi en cet isotope est aujourd'hui utilisé comme combustible nucléaire dans les réacteurs nucléaires (voir Cycle du combustible nucléaire) ou encore dans les armes nucléaires, que ce soient les bombes atomiques, ou comme amorce dans les bombes H.

Au contraire de l'uranium 235, l'uranium 238, lorsqu'il capture un neutron, ne fissionne pas (sauf neutrons rapides). Il devient de l'Modèle:Nobr instable qui, par désintégration β⁻, va se transformer en Modèle:Nobr. Or ce dernier est lui aussi Modèle:Nobr, et va alors donner naissance à un nouveau noyau, le Modèle:Nobr. Ce radioisotope est fissile, comme l'Modèle:Nobr. L'Modèle:Nobr est un isotope fertile, qui peut produire des produits fissiles.

L'uranium 234 n'est, lui, ni fissile, ni fertile, et provient de la décomposition radioactive de l'Modèle:Nobr comme indiqué dans la précédente section.

La fission d'un atome d'uranium 235 libère de l'ordre de Modèle:Unité<ref group=n name="Fission">Voir Fission nucléaire.</ref> d'énergie récupérable en réacteur (la valeur exacte dépendant des produits de fission) et Modèle:Unité communiquée aux neutrinos inutiles et quasiment indétectables. De même, la fission d'un atome de Modèle:Nobr libère de l'ordre de Modèle:Unité<ref group=n name="Fission"/> d'énergie récupérable et Modèle:Unité communiquée aux neutrinos. Ces valeurs sont à comparer avec celles de la combustion de carburants fossiles, qui libèrent de l'ordre de Modèle:Unité/2 par molécule de [[Dioxyde de carbone|Modèle:CO2]] produit<ref>Données citées par la World Nuclear Association.</ref> : l'ordre de grandeur des énergies libérées par les combustibles nucléaires est un million de fois plus importante que celle des énergies fossiles chimiques.

Le potentiel d'énergie de l'uranium n'est exploité que très partiellement dans les réacteurs actuels, mais la différence reste nette : Modèle:Unité/2 d'uranium naturel permet la production d'environ Modèle:Unité<ref group=n>« Théoriquement » la fission complète d'Modèle:Unité d'uranium libère une chaleur de Modèle:Unité. Mais dans un réacteur nucléaire, seulement environ 1 % (à quelques %) de l'uranium initialement présents subit réellement la fission, avant d'être remplacé.</ref> dans un réacteur conventionnel, à comparer avec les Modèle:Unité obtenus par Modèle:Unité de gaz naturel, Modèle:Unité pour Modèle:Unité de pétrole, et Modèle:Unité pour le charbon<ref>Modèle:Lien brisé, débat parlementaire australien.</ref>.

Isotopes de l'uranium naturel

L'uranium possède 26 isotopes connus, tous radioactifs, dont trois seulement sont présents à l'état naturel : ²³⁸U, ²³⁵U et ²³⁴U. On trouve dans une tonne d'uranium naturel pur Modèle:Unité d'Modèle:Nobr et Modèle:Unité d'Modèle:Nobr, le reste étant de l'Modèle:Nobr.

Uranium 238 et uranium 235

Les isotopes ²³⁸U et ²³⁵U ont beaucoup d'applications, militaires notamment, mais aussi civiles, comme la datation de l'âge de la Terre à partir de la datation radiométrique par l'uranium-plomb ou par l'uranium-thorium.

Quelles que soient les teneurs en uranium des milieux, les proportions entre les deux principaux isotopes formant l'uranium naturel sont pratiquement les mêmes : ²³⁸U : 99,28 %, ²³⁵U : 0,72 %, ²³⁴U : 0,0056 %.

La proportion d'²³⁵U décroît à l'échelle des temps géologiques. Leur rapport de formation dans une supernova est de 1 à 1,65<ref>The Cosmic Origins of Uranium, World nuclear association.</ref>, c'était (approximativement) la proportion de l'uranium présent sur Terre il y a ~Modèle:Unité d'années, ce qui est juste inférieur à l'âge de la formation de ces isotopes (voir Formation et évolution du système solaire).

Il y a deux milliards d'années, lors de la période de fonctionnement du réacteur nucléaire naturel d'Oklo, la proportion d'²³⁵U était encore de près de 4 %, ce qui a permis à ce gisement d'atteindre la criticité, lors de la précipitation des composés dissous formant le nouveau minerai.

Uranium 234

Le troisième isotope, ²³⁴U, appartient à la chaîne de désintégration de l'²³⁸U.

L'isotope 234 est toujours présent sur Terre, à l'état de traces, bien qu'il ait une demi-vie de seulement Modèle:Unité ; car il est constamment créé par désintégration radioactive de l'isotope 238 (après trois étapes : une transition α donnant ²³⁴Th, puis deux transitions β⁻ donnant ²³⁴Pa, puis ²³⁴U). Quand il est à l'équilibre séculaire, la proportion entre ²³⁸U et ²³⁴U est égale au rapport des demi-vies, soit 0,0056 %.

Cependant, les rapports isotopiques peuvent varier légèrement d'un gisement à l'autre, entre 0,005 % et 0,006 % pour l'²³⁴U<ref>Uranium isotopes, Globalsecurity.</ref>, du fait d'une légère différence de comportement dans le changement U⁶⁺↔ U⁴⁺<ref>Modèle:Lien brisé.</ref>. Le rapport isotopique ²³⁴U/²³⁸U peut être perturbé par différents processus environnementaux, tandis que le rapport ²³⁵U/²³⁸U reste assez largement constant<ref name="WHO2001"/>.

Autres isotopes

L'industrie nucléaire produit deux autres isotopes artificiels de l'uranium, relativement stables à échelle humaine :

• l'isotope 236 est produit en réacteur par irradiation de l'isotope 235, qui dans près de 18 % des cas ne fissionne pas mais absorbe un neutron. Il tend à s'accumuler dans l'uranium de recyclage, dont il augmente fortement la radioactivité, et dont (étant neutrophage) il diminue le potentiel énergétique. Bien qu'ayant une demi-vie de Modèle:Unité d'années, presque du centuple de celle de l'isotope 234, cet isotope a disparu depuis longtemps dans la nature. Son produit est du Modèle:Nobr, qui s'est « confondu » avec le Modèle:Nobr « initial » et se trouve à présent majoritairement sous cette forme ainsi que des éléments de sa chaîne de désintégration ;
• l'isotope 233 est un élément fissile produit en réacteur par irradiation du thorium. Il est à la base du cycle du thorium. Sa demi-vie de Modèle:Unité est largement supérieure à celle du plutonium.

Activité massique

Fichier:Gammaspektrum Uranerz.jpg

Spectre gamma d'un minerai d'uranium, permet d'identifier la présence des radionucléides ²²⁶Ra, ²¹⁴Pb, ²¹⁴Bi de la chaîne de désintégration de ²³⁸U (lui-même non émetteur gamma).

L'uranium pur est radioactif, son activité massique dépendant à la fois de son enrichissement, et de la fraîcheur de sa purification chimique.

Si l'on considère les isotopes purs de l'uranium, ²³⁸U a une activité massique de Modèle:Unité, ²³⁵U de Modèle:Unité, et ²³⁴U de Modèle:Unité, soit Modèle:Unité — quatre ordres de grandeur au-dessus des précédents.

• L'uranium naturel, quand il est chimiquement purifié (essentiellement composé de ²³⁵U et de ²³⁸U en équilibre avec son descendant ²³⁴U), a une activité spécifique de l'ordre de Modèle:Unité. En amont, à poids égal d'uranium, la radioactivité d'un minerai, où il est en équilibre avec tous les éléments radioactifs de sa chaîne de désintégration, est naturellement 3 (si le radon peut s'échapper) à 7 fois plus importante.
• L'uranium enrichi est plus actif, partiellement du fait de l'activité plus importante de ²³⁵U (6,33 fois plus radioactif que l'²³⁸U), mais surtout à cause de la concentration différentielle en ²³⁴U (Modèle:Unité plus radioactif que ²³⁸U), toujours présent à l'état de traces dans la chaîne de désintégration de l'Modèle:Nobr. Elle atteint typiquement Modèle:Unité pour un enrichissement de 90 % (uranium dit de qualité militaire). Pour les enrichissements de l'ordre de 3 %, destinés aux centrales nucléaires, l'activité spécifique est de l'ordre de Modèle:Unité.
• Inversement, l'uranium appauvri est presque entièrement débarrassé non seulement de sa fraction de l'isotope 235, mais également de son descendant l'Modèle:Nobr. Immédiatement après l'enrichissement, son activité massique tend à se rapprocher de celle de ²³⁸U pur, c'est-à-dire de l'ordre de Modèle:Unité (en pratique, un peu plus du fait de la présence résiduelle d'²³⁵U). Cependant, l'équilibre entre ²³⁸U et ses deux premiers descendants (le Modèle:Nobr de période Modèle:Unité, et le Modèle:Nobr) est atteint rapidement, en Modèle:Unité. La radioactivité spécifique à l'équilibre (avec ses deux premiers descendants) étant déjà de Modèle:Unité<ref name="Uranium popriété et toxicité">Modèle:Lien brisé</ref>.

Sections efficaces

Aux neutrons thermiques, avec :
σ_a= section efficace d'absorption (= capture + fission le cas échéant)
σ_f= section efficace de fission

À Modèle:Tmp :
²³³U : σ_a = 585,9 barns ; σ_f = 532,8 barns
²³⁵U : σ_a = 676,1 barns ; σ_f = 568,4 barns
²³⁸U : σ_a = 2,72 barns

À Modèle:Tmp :
²³³U : σ_a = 587,3 barns ; σ_f = 534,9 barns
²³⁵U : σ_a = 647,0 barns ; σ_f = 543,1 barns
²³⁸U : σ_a = 2,60 barns

À Modèle:Tmp :
²³³U : σ_a = 588,9 barns ; σ_f = 536,1barns
²³⁵U : σ_a = 642,4 barns ; σ_f = 538,8 barns
²³⁸U : σ_a = 2,58 barns

Propriétés chimiques

Fichier:U Oxstufen.jpg

Valences Modèle:III (rouge), Modèle:IV (vert), Modèle:V (instable) et Modèle:VI (jaune) de l'uranium.

De symbole U, l'uranium est le dernier élément naturel du tableau périodique. Chaque atome d'uranium possède Modèle:Nombre et entre 125 et Modèle:Nombre.

À l'état pur, l'uranium solide est un métal radioactif gris à blanc (voire argenté), qui rappelle la couleur du nickel. Il est dur et très dense. De plus, l'uranium est l'atome le plus lourd (qui contient le plus de nucléons) présent naturellement sur la Terre.

En raison de son affinité pour l'oxygène, l'uranium s'enflamme spontanément dans l'air à température élevée, voire à température ambiante lorsqu'il se trouve sous forme de microparticules. Il est pyrophorique.

L’uranium a quatre valences possibles (+Modèle:III à +Modèle:VI), les valences Modèle:IV et Modèle:VI étant les plus répandues dans les minerais. Les conditions de passage de la Modèle:Nobr à la Modèle:Nobr dépendent du potentiel d'oxydoréduction du milieu<ref name="IRSN2010"/>.

Ainsi dans la nature, l'élément uranium se retrouve toujours combiné à d’autres éléments, tels l'oxygène, l'azote, le soufre, le carbone sous forme d'oxydes, de nitrates, de sulfates ou de carbonates. On le trouve, par exemple, combiné à l'oxygène dans l'uraninite et la pechblende, deux des principaux minerais d'uranium, constitués d'oxyde uraneux ([[dioxyde d'uranium|Modèle:Fchim]]).

Enfin, les ions uranyle Modèle:Fchim se dissolvent très bien dans la plupart des acides, comme dans l'acide nitrique Modèle:Fchim ou l'acide fluorhydrique HF en donnant des sels d'uranyle tels que le nitrate d'uranyle Modèle:Fchim. L'équation de la dissolution de l'ion uranyle en sel d'uranyle dans l'acide nitrique est la suivante :

[[Uranyle|Modèle:Fchim]] + 2 [[Nitrate|Modèle:Fchim]] → [[Nitrate d'uranyle|Modèle:Fchim]].

Dérivés organo-uraniens

Comme la plupart des métaux, l'uranium a une chimie organométallique et de nombreux complexes organométalliques, tels l'uranocène, sont connus.

Applications

Utilisations historiques

Fichier:U glass with black light.jpg

Plateau en ouraline fluorescent : sous de la lumière noire, ce verre d'uranium absorbe le rayonnement ultraviolet et le restitue à une fréquence différente dans le visible, émettant de la fluorescence dans le vert.

Le minerai d'uranium a été utilisé comme pigment dans la verrerie, la céramique et la faïence, sous forme de diuranate de sodium ou d'ammonium<ref name="WHO2001"/>. Dans le verre, l'uranium est typiquement utilisé à des concentrations de 0,1 % à 2 % en masse pour produire de l'ouraline, solide d'un jaune fluorescent ou légèrement vert facile à identifier<ref name="WHO2001"/>. Il a été utilisé pour colorer des céramiques dentaires à de très faibles concentrations<ref name="WHO2001"/>. Il produit une pigmentation jaune à faibles concentrations, puis crème, orange, brune, verte, ou noire, quand la concentration augmente<ref name="WHO2001"/>.

Il sert également de catalyseur dans certaines réactions chimiques spécialisées et dans des films photographiques<ref name="WHO2001"/>.

L'uranium appauvri a également été utilisé pour ces emplois physico-chimiques<ref name="WHO2001"/>. Sous forme d'acétate d'uranyle et de zinc (réactif de Blanchetière), il donne des cristaux jaune-vert fluorescents avec les ions sodium Na⁺. Il permet donc de caractériser facilement ce métal lors des analyses en chimie minérale.

En métallurgie, il a été utilisé comme élément d’alliage dans la fabrication d'aciers rapides. D'appréciables quantités de ferrouranium ont été produites entre 1914 et 1916<ref>Modèle:Ouvrage</ref>. À la fin des années 1950, l'apparition d'importants stocks d'uranium appauvri aux États-Unis relance la recherche sur la production et l'utilisation d'alliages d'acier contenant de l'uranium, mais aucun débouché majeur n'est identifié<ref>Modèle:PdfModèle:Ouvrage</ref>.

Industrie nucléaire

Fichier:Nuclear fuel pellets.jpeg

Pastilles de combustible nucléaire d'uranium.

Historiquement, la première utilisation du minerai d'uranium par l'industrie nucléaire a été d'en extraire le radium, pour des applications médicales.

Le principal usage contemporain de l'uranium exploite ses propriétés nucléaires.

• L'uranium 235 est le seul isotope fissile naturel, ce qui permet l'exploitation de l'uranium dans les réacteurs nucléaires (après un éventuel enrichissement), ainsi que pour la fabrication d'armes nucléaires (après un fort enrichissement).
• L'uranium 238 est à la fois fissible dans les réacteurs à neutrons rapides, et fertile : par capture neutronique, il se transforme finalement en Modèle:Nobr, fissile. Il est envisagé d'exploiter cette double possibilité dans le cycle du combustible nucléaire, pour des cycles fondés sur la combustion du plutonium.
• L'uranium 233, qui peut être artificiellement produit par irradiation du thorium, est également fissile en neutrons thermiques. Cette possibilité est à la base d'un cycle surgénérateur fondé sur le thorium.

Contrôle des matières nucléaires

L'uranium est une matière nucléaire dont la détention est réglementée (Article R1333-1 du code de la défense).

Uranium appauvri

L'uranium appauvri, un sous-produit de l'enrichissement de l'uranium, est remarquable par sa dureté et sa densité.

Usage militaire

L'uranium appauvri n'est pas employé pour son aspect radioactif mais pour ses propriétés mécaniques. Il est pyrophorique, employé comme arme antichar dotée d'un fort pouvoir à la fois pénétrant et incendiaire : à très haute vitesse, il perfore aisément les blindages en s'enflammant lors de l'impact, provoquant un incendie qui fait exploser le véhicule touché. Ainsi, des munitions à base d'uranium appauvri (obus de 20 à Modèle:Unité/2 des avions ou hélicoptères chasseurs de chars) ont été utilisées lors des guerres du Golfe (guerre du Koweït et guerre en Irak) et du Kosovo. L'uranium appauvri est également utilisé pour faire des plaques de blindages<ref name="WHO2001"/>.

Concernant sa toxicité, l'Organisation Mondiale de la Santé précise que "Dans les zones de conflit où l’uranium appauvri a été utilisé, il n’est pas nécessaire de soumettre les populations à un dépistage ou à un contrôle généralisé des effets éventuels sur leur santé. Les personnes qui pensent avoir été exposées à des doses excessives doivent aller consulter leur médecin qui les examinera, les traitera si elles ont des symptômes et assurera le suivi"<ref name="OMS">Uranium appauvri: sources, exposition et effets sur la santé - Organisation Mondiale de la Santé</ref>. Concernant les militaires, les études de suivi des vétérans blessés par des fragments d'uranium appauvri, encore inclus dans leur organisme, révèlent des "concentrations décelables d’uranium appauvri dans leurs urines, mais sans effet indésirable apparent pour la santé"<ref name="OMS" />. Plus de 95 % de l'uranium pénétrant dans l'organisme n'est pas absorbé et est éliminé via les selles et les urines (en 24 heures pour l'uranium sanguin)<ref name="OMS" />.

Usage civil

L'uranium appauvri constitue un combustible nucléaire appelé « combustible MOX » lorsqu'il est complété par du plutonium. Il sert d'élément fertile dans les réacteurs, où l'²³⁸U se transforme par irradiation en ²³⁹Pu fissile. Le MOX contribue ainsi au recyclage du plutonium.

L'uranium appauvri a autrefois été utilisé comme contrepoids en aviation, sur les premiers Boeing 747, les McDonnell Douglas DC-10, les Lockheed L-1011 TriStar par exemple<ref name="WHO2001"/>, ce qui pose le problème du recyclage de ces avions qui, pour beaucoup, arrivent en fin de vie. Dans cet emploi, il est progressivement remplacé par le tungstène<ref name="WHO2001"/>. La quille de certains voiliers de compétition a contenu de l'uranium appauvri avant que la réglementation n'interdise son usage. Il enfin utilisé pour les écrans de protection radiologique où il est également plus efficace que le plomb<ref name="WHO2001"/>.

Concernant sa toxicité, Modèle:Cita<ref name="OMS" />. Modèle:Cita<ref name="OMS" />.

Imprégnation des populations humaines

Elle est a priori plus élevée dans les régions de mines d'uranium et chez les travailleurs de l’industrie nucléaire (en particulier impliqués dans l'extraction, le raffinage, la production de combustible nucléaire et son retraitement). Certains militaires (exposés aux vapeurs ou particules de munitions à uranium appauvri ont aussi été potentiellement exposés, sachant que par exemple 20 261 militaires français ont participé aux opérations extérieures dans le Golfe Persique en 1990-1991), potentiellement susceptibles d'avoir développé un « syndrome de la guerre du Golfe »<ref name=Salamon2004>Salamon R (2004) [Rhttps://hal-lara.archives-ouvertes.fr/hal-01571608/document Rapport de l'enquête française sur la guerre du Golfe et ses conséquences sur la santé ; Répondant à la lettre de mission du 6 juin 2001 adressée par le cabinet du Ministre du Ministère de la Défense] ; [Rapport de recherche INSERM], 286 p., bibliographie p. 276-277, tableaux, graphiques. hal-01571608</ref> ; dans les années 1990-2000, les auteurs n’ont souvent pas particulièrement retenu le rôle de l’uranium appauvri dans ce syndrome <ref>Gray GC, Kaiser KS, Hawksworth AW, Hall FW, Barrett-Connor E. Increased postwar symptoms and psychological morbidity among U.S. Navy Gulf War veterans. Am J Trop Med Hyg 1999;60(5):758-66.</ref><ref>Kang HK, Mahan CM, Lee KY, Magee CA, Murphy FM. Illnesses among United States veterans of the Gulf War: a population-based survey of 30,000 veterans. J Occup Environ Med 2000;42(5):491-501.</ref><ref name=Salamon2004/>

Ces personnes sont plus exposés au risque d'incorporation d'uranium, principalement par inhalation, ingestion, ou à la suite d'une blessure<ref>Guseva Canu, I. (2008). Etude épidémiologique des travailleurs exposés au risque d'incorporation d'uranium (Doctoral dissertation, Paris 6) (résumé).</ref>. On cherche rétrospectivement à reconstituer<ref>Boice JD, Leggett RW, Dupree Ellis ED, et al. A comprehensive dose reconstruction methodology for former rocketdyne/atomics international radiation workers. Health Phys 2006;90(5):409-30.</ref> leur niveau d'exposition à l'uranium pur, et/ou aux composés suivants : NU (Nitrate d'uranyle) ; UF6 (Hexafluorure d’uranium) ; UF4 (Tétrafluorure d'uranium) ; U – TBP (tributylphosphate d'uranium) ; DAU (Diuranate d'ammonium) ; UO2F2 (Fluorure d'uranyle) ; UO2 (Dioxyde d'uranium) ; UO3 (Trioxyde d'uranium) ; UO4 (Tétraoxyde d'uranium) ; UF6 (Hexafluorure d'uranium) ; Effluents uranifères acides ; U3O8 (Sesquioxyde d'uranium) ; UO2F2 (Fluorure d'uranyle...)<ref>IRSN (2007)Etude épidémiologique des travailleurs exposés au risque d’incorporation d'uranium. Reconstitution de l’exposition à l’uranium et aux produits chimiques associés ; Journées des thèses IRSN, 1-5 octobre 2007 Irina GUSEVA CANU, 2ème année de thèse</ref>.

Au milieu des années 2000-2010, si les effets de l’irradiation externe sont déjà bien explorés via l'épidémiologiques à grande échelle<ref>Cardis E, Vrijheid M, Blettner M, et al. Risk of cancer after low doses of ionising radiation: retrospective cohort study in 15 countries. Br Med J 2005;331(7508):77</ref>, les effets (en termes de risque de cancer notamment)<ref name=expositionInterne2007>Guseva Canu I, Dupree Ellis E, Tirmarche M. Cancer risk in nuclear workers occupationally exposed to uranium. Emphasis on internal exposure. Health Phys 2007 </ref><ref>Guseva Canu I, Rogel A, Samson E, et al. Cancer mortality risk among biology research workers in France: first results of two retrospective cohort studies. Int Arch Occup Environ Health 2007</ref> de l'exposition interne induite par l’incorporation des particules d'uranium (et d'autres éléments émetteurs alpha) sont encore mal évalués<ref>Cardis E, Vrijheid M, Blettner M, et al. The 15-Country Collaborative Study of Cancer Risk Among Radiation Workers in the Nuclear Industry: Estimates of radiation Related Cancer Risk. Radiat Res 2007;167(4):396-416.</ref>. En France AREVA a développé en son sein le projet Alpha risk project dans cet esprit<ref>Alpha risk project (AREVA): http://www.alpha-risk.org/.</ref>. Le tabagisme et l'ingestion de boissons alcoolisées sont aussi des sources d'intégration d'uranium<ref name=expositionInterne2007/>.

En 2018 en France le « Volet périnatal » du programme national de biosurveillance a publié une évaluation de l'imprégnation des femmes enceintes dont pour l'uranium (et douze autres métaux ou métalloïdes ainsi que quelques polluants organiques). Le dosage de l'uranium a été fait dans les urines de 990 femmes enceintes au moment de leur arrivée à la maternité. Elles faisaient toutes partie de la « Cohorte Elfe », un pannel ne comprenant que des femmes ayant accouché en France en 2011 hors Corse et TOM<ref name=EtudeF2011>: métaux et métalloïde des recherches de la cohorte Elfe ; Décembre 2016 ; SANTÉ PUBLIQUE France / Imprégnation des femmes enceintes par les polluants de l’environnement en France en 2011]. Volet périnatal du programme national de biosurveillance|PDF, 224p|aussi disponible à partir de l’URL : www.santepubliquefrance.fr</ref>. Seules 28 % de ces 990 femmes présentaient une quantité détectable d'uranium dans leurs urines (Modèle:95e centile de la distribution : Modèle:Unité, pour Modèle:Unité de créatinine)<ref name=EtudeF2011/>. Ces quantités évoquent les mêmes ordres de grandeur que d'autres études faites en France et à l’étranger chez les femmes adultes (à cause du faible taux de quantification de cet élément, l'étude de 2018 n'a pas recherché les déterminants d’imprégnation<ref name=EtudeF2011/>).

Toxicité

Toxicité chimique

Elle est du même ordre que celle du plomb (autre métal lourd). La dose létale pour l'homme semble être de quelques grammes<ref>Health Physics, résumé : Modèle:Vol., février 2008, Modèle:P.</ref>.

Chez un humain adulte et en bonne santé, le système digestif absorbe globalement entre 0,2 et 2 % de l’uranium présent dans l'eau et les aliments.

Les composés solubles de ce métal sont plus facilement absorbés que les composés insolubles<ref name="OMS2001"/>. Plus de 95 % de l'uranium ingéré ne sont pas absorbés par la muqueuse intestinale, éliminés dans les fèces. Puis environ 67 % de l'uranium passé dans le sang sera filtré par les reins et excrété dans les urines (dans les Modèle:Unité)<ref name="OMS2001"/>. Les deux tiers de l'uranium restant seront intégrés par l'organisme ; par accumulation dans les os et pour 16 % dans le foie, pour 8 % dans les reins et 10 % dans les autres tissus<ref name="OMS2001">Uranium appauvri : sources, exposition et effets sur la santé, OMS 2001</ref>.

Selon l'OMS, le contenu attendu en uranium d'un corps humain en équilibre avec son environnement est d'environ Modèle:Unité/2 d'uranium<ref>Modèle:Lien brisé sur l'uranium appauvri]</ref>. Il résulte d'un apport journalier de l'ordre de Modèle:Unité/2 par l'eau courante et l'alimentation.

Le rein est l'organe critique en termes de toxicité chimique. Le suivi de cohortes de professionnels exposés à l'uranium a mis en évidence des troubles rénaux (néphrites), avec une gravité dépendant de la dose<ref name=Tissand2007/>.

À forte dose, l'uranium induit une néphropathie sévère, due à la dégradation des tubules proximaux, et à l'atteinte des structures glomérulaires<ref name=Diamond1989>Diamond G.L., Morrow P.E., Panner, B.J., Gelein R.M. et Baggs R.B. (1989), Reversible uranyl fluoride nephrotoxicity in the Long Evans, Rat. Fundam. Appl. Toxico. l13, 65- 78</ref><ref name=Kobayashi1984>Kobayashi S., Nagase M., Honda N. et Hishida A. (1984), Glomerular alterations in uranyl acetate-induced acute renal failure in rabbits, Kidney Int. 26, 808-15</ref><ref>Priest N.D. (2001), Toxicity of depleted uranium, Lancet 357, 244-6</ref>. L'observation histologique et morphologique montre que l'architecture de l'épithélium des structures glomérulaires est altérée<ref name=Kobayashi1984/>. Puis l'épithélium tubulaire proximale se nécrose<ref name=Diamond1989/>. Certaines données<ref name="OMS2001"/><ref name=Diamond1989/> ont un temps fait croire que ces troubles n'avaient qu'un caractère transitoire, car une expérience sur l'animal a montré un retour à une situation rénale apparemment normale après élimination de la source d’une exposition excessive. L'épithélium lésé peut effectivement se régénérer après la disparition des apports en uranium, y compris après plusieurs injections de fluorure d'uranyle Modèle:Fchim (à Modèle:Unité de poids corporel (chez l'animal)<ref name=Diamond1989/> ; cependant l'observation histologique a montré (chez le rat) que les cellules mortes ou lésées sont remplacées par des cellules structurellement anormales, et dépourvues de certaines capacités fonctionnelles<ref>Wrenn, M.E., Durbin P.W., Howard B., Lipsztein J., Rundo J., Still E.T. et Willis D.L. (1985), Metabolism of in gested U and Ra, Health Phys. 48, 601-33</ref>.

Le seuil de toxicité chimique rénale est estimé à Modèle:Unité de poids corporel ou Modèle:Unité de rein (limite de Modèle:Unité de rein pour la protection des travailleurs)<ref>Présentation de l'ISPN, Modèle:Lien brisé</ref>. La dose Modèle:Nobr (DL₅₀) par voie orale est de Modèle:Unité chez le rat de laboratoire (la souris s'y montre un peu plus résistante avec de Modèle:Unité comme dose létale (DL₅₀) par voie orale. En 1959, la Commission Internationale de Protection Radiologique (CIPR) recommandait de ne pas dépasser Modèle:Unité dans le rein, mais cette valeur-seuil est aujourd'hui controversée, car des doses bien inférieures suffisent à induire des dégâts dans les tubules proximaux (avec protéinurie et enzymurie, par exemple pour Modèle:Unité/2 d'uranium par gramme de rein<ref name=Diamond1989/>.

Dans tous les cas, c'est la toxicité chimique rénale (néphrite tubulaire aiguë) qui entraîne la mort de l'animal<ref name=Domingo1987/>. Le mécanisme toxique est expliqué comme suit : l'uranium non-excrété par le rein y est réabsorbé et s'y accumule, en se fixant sur les cellules tubulaires proximales<ref name=Legget1989>Leggett R.W. (1989), The behavior and chemical toxicity of U in the kidney: a reassessment, Health Phys. 57, 365-83</ref> où en raison de l'acidité du milieu, le complexe uranium-uranyle se dissocie pour éventuellement se combiner avec certains composants de la membrane luminale. Les ions uranyle peuvent alors pénétrer la cellule. Ils s’accumulent notamment dans les lysosomes. Ils y forment des aiguilles de phosphate d’uranyle, ainsi que dans les mitochondries<ref name=Legget1989/>. On a aussi montré in vitro que l'uranium à haute dose peut induire l'apoptose (suicide cellulaire) en activant certains enzymes (Modèle:Nobr et 9, protéases à cystéine) via des signaux intrinsèques des mitochondries<ref>Thiebault C., Carriere M., Milgram, S., Simon A., Avoscan L. et Gouget B. (2007), Uranium Induces Apoptosis and Is Genotoxic to Normal Rat Kidney (NRK- 52E) Proximal Cells, Toxicol. Sci. 98, 479-87</ref>. Les symptômes de la néphropatie sont accompagnés d'anomalies fonctionnelles (polyurie, enzymurie, protéinurie, élévation sanguine de la créatinine et de l'urée<ref name=Domingo1987>Domingo, J.L., Llobet, J.M., Tomas, J.M. et Corbella J. (1987), Acute toxicity of uranium in rats and mice, Bull. Environ. Contam. Toxico. l39, 168-74</ref><ref name=Diamond1989/><ref>Blantz, R.C. (1975), The mechanism of acute renal failure after uranyl nitrate, J. Clin. Invest. 55, 621-35</ref><ref>Haley D.P. (1982), Morphologic changes in uranyl nitrate-induced acute renal failure in saline- and water-drinking rats, Lab. Invest. 46, 196–208</ref>. Les lésions sont moindres et plus réversibles si le taux rénal d'uranium est bas et le temps d’exposition court.

Perturbation endocrinienne  : des expériences sur modèle animal ont montré qu'une exposition chronique à de faibles doses d'uranium appauvri (ce n'est donc pas la radiotoxicité qui est ici en cause) se traduit par une diminution du taux de 1,24,25(OH)₃D₃ (ou Modèle:Nobr, une forme hormonalement active de la vitamine D)<ref name=Tissand2007>Tissandie E., Étude des effets des radionucléides (uranium et césium 137) sur le métabolisme de la vitamine D chez le rat Modèle:Pdf, thèse de doctorat (sciences de la vie et de la santé), université d'Auvergne, 8 novembre 2007</ref>.

Cette diminution est accompagnée de modifications moléculaires des enzymes de types cytochromes P450 (CYPs), enzymes protéiques importantes pour le métabolisme, présente chez presque toutes les espèces animales, végétales, fongiques, et qui jouent un rôle important pour la détoxication de l'organisme. On observe aussi des modifications des récepteurs nucléaires associés<ref name=Tissand2007/>. La même étude que ci-dessus a montré que l'uranimum appauvri et – de la même manière – l'uranium enrichi affectent l'expression de VDR (Modèle:Nobr receptor) et de Modèle:Nobr (Modèle:Nobr receptor alpha), ce qui signifie que l'uranimum (enrichi ou non) peut perturber l'expression des gènes cibles de la Modèle:Nobr (impliqués dans le transport du calcium au niveau rénal)<ref name=Tissand2007/>.

Radiotoxicité

Contrairement à la radioactivité, qui se mesure en becquerels, la radiotoxicité de l'uranium (c'est-à-dire l'effet de son rayonnement ionisant sur l'homme) se mesure en microsieverts (μSv).

Quel que soit son enrichissement, la radioactivité de l'uranium est toujours du type alpha, de l'ordre de Modèle:Unité. Sa radiotoxicité dépend donc de son activité massique et faiblement de sa composition. Elle est de l'ordre de Modèle:Unité (F) à Modèle:Unité (S) en inhalation, Modèle:Unité (F) à Modèle:Unité (S) en ingestion, les poumons et les os étant alors les organes critiques<ref>Publication Modèle:Numéro avec majuscule de la CIPR, citée par l'IPSN dans sa présentation.</ref>.

La radiotoxicité de l'uranium serait du même ordre de grandeur que celle de la toxicité chimique : elle l'emporte pour des enrichissements supérieurs à 6 %, la toxicité chimique étant sinon prépondérante<ref name="Uranium popriété et toxicité"/>.

Effets sur la reproduction

L'uranium est aussi reprotoxique via notamment un effet délétère sur les organes reproducteurs ; soit du fait de sa radioactivité, soit du fait de sa chimiotoxicité, et peut-être des deux.

L'uranium a chez l'animal des effets démontrés ; sur le système reproducteur : chez le rongeur de laboratoire, la barrière hémato-testiculaire (ou BHT) qui était réputée protéger le testicule peut en être franchie par le plutonium, l'américium et le polonium au moins grâce à la transferrine.

• De l'uranium est significativement trouvé dans les testicules de rats ayant reçu un implant d'uranium dans le muscle d'une des pattes. Les récepteurs à la transferrine présent dans l'épithélium séminifère humain pourrait donc expliquer la présence d'uranium dans le sperme de soldats blessés par des munitions à l'uranium appauvri.
• Des rats ayant des implants sous-cutanés d'uranium, et des souris abreuvées d'eau contenant de l'uranium produisent des cellules de Leydig altérées, ce qui perturbe la production d'hormones stéroïdes et se traduit par un sperme dégradé (spermatozoïdes moins nombreux et moins mobiles), expliquant les observations faites dès 1949 de diminution du nombre de portées et du nombre de petits par portée chez plusieurs espèces d'animaux ayant régulièrement ingéré de faibles doses de nitrate d'uranyle<ref>J.L. Domingo, 2001, Reprod Toxicol. 15, 603-9</ref><ref>Arfsten D.P. Modèle:Et al., 2001, Toxicology in Health, 17 5610</ref>.

Effets sur le développement

L'uranium induit une toxicité fœtale et embryonnaire chez la souris chez laquelle un implant d'uranium a été posé dans le muscle d'une patte. Il est tératogène à doses plus élevées, provoquant la mort de l'embryon exposé à une concentration Modèle:Unité/2 durant 9 jours, 20 % inférieure à la dose létale pour l'adulte. Une souris gestante abreuvée avec une eau correspondant à une ingestion de Modèle:Unité d'uranium par kilogramme et par jour produit moins de jeunes. Ceux-ci ont ensuite des problèmes de développement et de survie<ref>S. Barillet, M. Carrière, H. Coffigny, V. Rouiller Fabre, B. Lefèvre, R. Habert, Article de la Revue Biofutur, Modèle:P. du Dossier spécial Toxicologie nucléaire.</ref>.

La plupart des études et réglementations se fondent sur les effets sur l'animal, or les premières études ex vivo permises par les nouvelles techniques de cultures cellulaires laissent penser que les gonades humaines seraient plus sensibles à l'uranium que ne le sont celles des rongeurs utilisés en laboratoire. Le testicule fœtal humain pourrait aussi être plus sensible que ceux des rongeurs de laboratoire<ref>S. Barillet, M. Carrière, H. Coffigny, V. Rouiller Fabre, B. Lefèvre, R. Habert, Article de la Revue Biofutur, in Conclusion Modèle:P. du Dossier spécial Toxicologie nucléaire.</ref>.

Normes

Il n'y a pas de consensus sur les normes ni la NOAEL (dose sans effet nocif observé) de l'uranium, certains estimant que les effets délétères de la radioactivité peuvent exister quelle que soit la dose.

Pour la potabilité de l'eau, l'OMS a fixé une teneur maximale de Modèle:Unité/2<ref>LENNTECH, Modèle:Lien brisé.</ref>, tout en recommandant dans ses lignes directrices une concentration en uranium cent fois plus faible, inférieure à Modèle:Unité, pour les eaux de boisson courante<ref>Tableau des recommandations de l'OMS.</ref>. Au Canada, l'eau potable possède une concentration maximale acceptable de 0,02 milligramme d'uranium par litre (mg/L)<ref>Modèle:Lien web.</ref>.

Prix

Fichier:MonthlyUraniumSpot.png

Prix « spot » mensuel de l'uranium en US$<ref>NUEXCO Exchange Value (Monthly Uranium Spot)</ref>.

Le prix de l'uranium a baissé dans les années 1980 et 1990 pour plusieurs raisons :

• les politiques d'économie d'énergie ont permis de limiter la consommation d'électricité ;
• des gisements d'uranium économiquement exploitable ont été découverts ;
• les stocks d'uranium militaire constitués dans le contexte de la guerre froide ont été convertis en stocks civils et utilisés dans les réacteurs nucléaires à la suite de l'assouplissement des tensions américano-soviétiques.

Le prix de l'uranium a atteint un minimum en Modèle:Date- à Modèle:Unité par kilogramme de U₃O₈<ref>Modèle:Lien brisé</ref>.

Le prix de l'uranium a progressivement augmenté depuis 2001 pour atteindre un pic à Modèle:Unité/kg en Modèle:Date-. Ce pic s'explique par la diminution des stocks, la faible augmentation de production, et par des événements ponctuels tels que l'inondation de la mine de Cigar Lake au Canada et l'incendie de la mine Olympic Dam en Australie<ref>Modèle:Lien brisé</ref>.

L'uranium est redescendu à Modèle:Unité/kg en Modèle:Date-. En Modèle:Date-, il se situait à environ Modèle:Unité/kg. Il est à prévoir une tendance à la hausse en raison de l'épuisement des stocks militaires prévu vers 2015<ref>Modèle:Lien web</ref>.

En Modèle:Date- le cours de l'uranium est au plus bas : aux alentours de 52,9 $/kg de U₃O₈. Ceci s'explique par le faible coût de production des mines du Kazakhstan et par l'offre qui surpasse la demande<ref>Modèle:Article</ref>.

Fichier:PrixU.png

Prix spot de l'uranium en dollars par livre.

Le prix de revient du kilowatt-heure est peu sensible au prix de l’uranium. Certes, le coût du cycle du combustible représente environ 20 % du prix de revient du kilowatt-heure, mais ce cycle comprend toutes les transformations physiques et chimiques qu’il faut faire subir à l’uranium naturel pour en faire un combustible utilisable. Le coût du combustible nucléaire constitue environ 5 % du prix final du kilowatt-heure nucléaire en 2014<ref>D’où vient l’uranium naturel importé en France ?, Connaissance des énergies, 12 mai 2014.</ref>. Cependant, des études économiques montrent que le prix de l'uranium commence à avoir un effet significatif sur le coût du kWh d'électricité nucléaire à partir de 110 ou Modèle:Unité par kilogramme de U₃O₈<ref>Prix de l'uranium et coût de l'électricité nucléaire.</ref>.

En 2023, le prix de la livre d'uranium (U₃O₈) augmente de 30 % en neuf mois, atteignant Modèle:Dollar, et retrouve ainsi son niveau d'avant l'accident de Fukushima en 2011. Cette augmentation s'explique pas l'accélération de la mise en service de nouveaux réacteurs. Selon les projections de l'Association nucléaire mondiale (WNA) publiées en septembre, les capacités de production nucléaires devraient augmenter de 75 % d'ici à 2040, à Modèle:Unité. En Chine, Modèle:Nobr sont en cours de construction. Les États-Unis et la France, de leur côté, prolongent la durée de vie de leurs centrales et envisagent d'en construire de nouvelles. Au Japon, près d'un tiers des Modèle:Nobr mis à l'arrêt après l'accident de Fukushima a été reconnecté au réseau. Les progrès de la filière des petits réacteurs modulaires soutiennent également les perspectives de demande d'uranium, qui devrait presque doubler à Modèle:Unité par an d'ici à 2040, contre Modèle:Unité en 2023<ref>Le regain d'intérêt pour le nucléaire électrise les cours de l'uranium, Les Échos, 22 septembre 2023.</ref>.

Commerce

La France importe plus que la consommation d'uranium qui lui est nécessaire et exporte ses surplus sous différentes formes, d'après les douanes françaises. En 2014, le prix moyen à la tonne à l'export était de Modèle:Euro<ref>Douane française, Statistiques nationales du commerce extérieur.</ref>.

Notes et références

Références

• {{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Uranium 2020: Resources, Production and Demand, Modèle:P., Agence pour l'énergie nucléaire (NEA-OCDE) et Agence internationale de l'énergie atomique, 23/12/2020.

• Autres références

Voir aussi

Bibliographie

• Modèle:Ouvrage
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Articles connexes

• Contrôle des matières nucléaires
• Énergie nucléaire
• Tableau périodique des éléments
• Table des isotopes
• Extraction de l'uranium
• Cycle du combustible nucléaire
• Réacteur nucléaire naturel d'Oklo
• Datation par l'uranium-thorium

Liens externes

• Note d'information. L'uranium et les risques associés Modèle:Pdf, IRSN, Modèle:Date-
• {{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Uranium resources and nuclear energy Modèle:Pdf (Ressources d'uranium et énergie nucléaire)
• Tableau des données concernant l'uranium
• Modèle:Lien brisé
• {{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Toxicological Profile for Uranium, ATSDR, U.S. Department of Health and Human Services
• Modèle:Lien web, avec en sous-pages les données connues pour chaque isotope