L’extraction de
l’uranium
L’uranium est un
élément chimique de symbole U et de numéro atomique 92. C’est un
élément radioactif de période très longue (~ 4.4668 milliard d'années
pour l'uranium 238 et ~ 703.8 million pour l'uranium 235).Il dégage beaucoup
d’énergie c’est pour ça l'uranium est devenu la principale matière
première utilisée par l'industrie nucléaire.
Traitement de
l’uranium
Les roches sont d’abord concassées et finement
broyées, puis l’uranium est extrait par diverses opérations chimiques. Le
concentré fabriqué a l’aspect d’une pâte jaune appelée “yellow cake".
L’uranium est un métal
qui s’oxyde très rapidement au contact de l’oxygène de l’air, se transformant
en oxyde d’uranium.
Le concentré
d’uranium ne peut pas être utilisé tel quel dans les réacteurs nucléaires.
L’oxyde d’uranium doit
d’abord être débarrassé des impuretés par différentes étapes de purification pour
les raisons suivantes :
ü certaines
sont des absorbants neutroniques et mettent donc en cause le fonctionnement des
réacteurs (bore et cadmium, par exemple).
ü certaines
entraînent des risques de corrosion (fluorures, chlorures).
ü certaines
rendent le raffinage et la conversion onéreux.
Après plusieurs
transformations chimiques et un
raffinage on obtient enfin un uranium complètement pur. Très pur, il est
ensuite converti en tétrafluorure d’uranium (UF4) constitué de quatre atomes de
fluor et d’un atome d’uranium.
L'enrichissement,
augmenter la proportion d'U-235
Le minerai d’uranium ne
constitue pas directement le combustible nucléaire nécessaire à la production
d’électricité. La plupart des réacteurs utilisent comme combustible un uranium contenant entre 3 et 5 %
d'uranium 235. L'uranium naturel n'en contient que 0,7 %. Il convient
donc d'augmenter la concentration en
uranium 235 pour obtenir une matière utilisable dans les réacteurs
nucléaires : c'est l'enrichissement.
Deux procédés
industriels d’enrichissement de l'uranium sont exploités au niveau mondial
: la diffusion gazeuse et la centrifugation.
Diffusion gazeuse
Avant son enrichissement par ce procédé,le
tétrafluorure d’uranium, obtenu après extraction du minerai et raffinage, sera
transformé en hexafluorure d’uranium (UF6) qui a la propriété d’être gazeux à
partir de 56 °C.
Le procédé par diffusion gazeuse consiste à faire passer l’UF6 à l’état
gazeux à travers une multitude de “barrières” qui sont des membranes percées de
trous minuscules. Les molécules d’hexafluorure d’uranium 235, plus légères que
celles d’hexafluorure d’uranium 238, traversent un peu plus rapidement chaque
barrière, ce qui permet d’enrichir peu à peu l’uranium.
L’opération doit être répétée 1400 fois pour produire un uranium assez
enrichi en uranium 235, alors utilisable dans des centrales nucléaires
classiques.
Ce principe de
séparation utilise une centrifugeuse qui, telle une essoreuse à salade tournant
à grande vitesse, projette plus vite à sa périphérie l’hexafluorure d’uranium
238 que l’hexafluorure d’uranium 235 qu’elle contient.
La très légère différence de masse entre les deux molécules permet ainsi d’augmenter petit à petit la concentration en uranium 235.
La très légère différence de masse entre les deux molécules permet ainsi d’augmenter petit à petit la concentration en uranium 235.
Là encore, de nombreuse étapes successives sont nécessaire pour obtenir un enrichissement suffisant.
Après enrichissement, l’hexafluorure d’uranium est converti en oxyde d’uranium sous la forme d’une poudre noire.
L’uranium sera compressé en pastille de 7g, cuite à très haute température. Les pastilles sont enfilées dans des tubes en métal de 4 m de long dont les extrémités sont bouchées, pour constituer ce que l'on appelle des crayons.
Chaque crayon
sera ensuite assemblé avec plusieurs autres en fagots afin de former
l’assemblage de combustible.
Ces
"assemblages" sont introduits dans le cœur du réacteur pour alimenter
la réaction en chaîne pendant 2 à 3 ans.
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