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 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) qui constitue avec d'autres éléments comme le thorium 232 et le potassium 40 la principale source de chaleur du manteau terrestre.
L'isotope est le seul isotope fissile naturel. Sa fission libère une énergie voisine de par atome fissionné dont 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 en 2022, répartie pour l'essentiel entre le Kazakhstan (43 %), le Canada (14,9 %), la Namibie (11,4 %), l'Australie (9,2 %), l'Ouzbékistan (6,7 %), la Russie (5,1 %), le Niger (4,1 %) et la Chine (3,4 %). Pour son utilisation dans les réacteurs nucléaires, les ressources récupérables à un coût inférieur à d'uranium étaient estimées en 2021 par l'Agence internationale de l'énergie atomique à de tonnes dans le monde, réparties essentiellement entre l'Australie (28 %), le Kazakhstan (13 %), le Canada (10 %), la Russie (8 %) et la Namibie (8 %).
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 %Réserves d'uranium naturel dans le monde, Connaissance des énergies, 17 avril 2014., pouvant exceptionnellement approcher les 20 %Cigar Lake, nouvel Eldorado de l’uranium canadien, Connaissance des énergies, 18 avril 2014.. 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' accompagné de 0,7202 % d' et d'une quantité infime d' (0,0055 %).
Découverte vignette|L'uraninite, ou pechblende, est le minerai d'uranium le plus commun. vignette|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. 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 à l'Académie royale prussienne des sciences et intitulée « », 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. 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.
vignette|Section polie de pechblende. vignette|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 métallique 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 alorsGuide de la technique : l'énergie, Presses polytechniques et universitaires romandes, 1993. la masse volumique de l'uranium à .
Le Français Henri Becquerel ne découvrit la radioactivité de l’uranium que beaucoup plus tard, le , 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 yellowcakeCourrier international, du 21 au 27 mars 2013, .. Il est néanmoins trop peu concentré en isotope fissile pour être utilisé directement dans les centrales nucléaires de type à eau pressurisée (PWR, pour ). C'est la raison pour laquelle il est souvent enrichi en 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 ressourceQuelques publications (avec openlibrary.org), par exemple en le reliant aux discordances géologiques connues ou à découvrirLes 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.
Au niveau mondial, l'uranium est extrait à 57 % 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.
Abondance et répartition
L'uranium est répandu dans les profondeurs du globe terrestre. La désintégration et 235 et d'autres radionucléidesAvant la découverte de la radioactivité, Lord Kelvin avait estimé l'âge de la Terre à quelque 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). comme le et le entretient encore en énergie thermique le noyau terrestre, mais surtoutL'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. le manteau rocheux terrestre, et donc toute la géothermie.
L'uranium est le naturel le plus abondant dans la croûte terrestre Argonne National Laboratory, Uranium Quick Facts. Il est plus abondant dans la nature que l'or ou l'argent Depleted Uranium: Sources, Exposure and Health Effects - Full Report, Organisation mondiale de la santé, Genève, 2001 (WHO/SDE/PHE/01.1).
Il est également présent dans toute l'écorce terrestre, surtout dans les terrains granitiques et sédimentaires, à des teneurs d'environ CNDP Commission particulière du débat public Gestion des Déchets Radioactifs : Débat public sur les déchets radioactifs ; Réponses aux questions (soit ). Ainsi, le sous-sol d'un jardin sur un carré de de côté peut-il en contenir, sur une profondeur de , environ , 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 dans les carbonates à dans les phosphatesÉtude sur l’origine du marquage par l’uranium dans la nappe alluviale de la plaine du Tricastin, IRSN, septembre 2010.
L'eau de mer contient environ d'uranium par mètre cube selon le CEA et la COGEMA Les défis du CEA ; décembre-janvier 2002 par Olivier Donnars., soit 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 (soit un demi-milligramme par mètre cube, ou ). La masse d’uranium transitant chaque jour dans le Rhône peut ainsi être estimée à environ ., soit près de trente tonnes par an, provenant essentiellement du ruissellement (lixiviation) des roches uranifères des Alpes.
Le rapport « Uranium 2026 » de l'Agence pour l'énergie nucléaire (AEN) de l’OCDE et l’Agence internationale de l'énergie atomique (AIEA) recense plus de (millions de tonnes) d’uranium récupérables à un coût inférieur à , soit 100 dollars par livre d’U₃O₈, volume en progression de 2,1 % par rapport à l’édition précédente. Les besoins annuels des 418 réacteurs en exploitation commerciale étaient évalués à environ d’uranium naturel. À l’horizon 2050, le rapport étudie deux scénarios : dans le scénario bas, la puissance nucléaire mondiale augmenterait d’environ 42 % et les besoins annuels atteindraient d’uranium ; dans le scénario haut, la capacité installée serait multipliée par 2,3 et la demande atteindrait par an. Les ressources identifiées en 2026 seraient épuisées dans les années 2080 pour le scénario haut et dans les années 2120 pour le scénario bas. Mais l'évolution des campagnes d’exploration, des connaissances géologiques, des technologies d’extraction et des conditions économiques peuvent accroître ces réserves et Ludovic Dupin, Uranium : des ressources suffisantes, à condition d’investir dès maintenant, selon le Red Book 2026, SFEN, 15 septembre 2026..
Les ressources dites « identifiées » récupérables à un coût inférieur à étaient évaluées en 2021 à , dont de réserves « raisonnablement assurées » et de réserves « présumées » (en anglais : ). Les ressources récupérables à un coût inférieur à étaient évaluées à , dont 27,7 % en Australie, 13,4 % au Kazakhstan, 9,7 % au Canada, 7,9 % en Russie, 7,7 % en Namibie, 5,3 % en Afrique du Sud, 5,1 % au Niger, 4,6 % au Brésil, 3,7 % en Chine, 2,4 % en Mongolie, 2,2 % en Ouzbékistan, etc (seulement 1,0 % aux États-Unis). Des ressources additionnelles (« présagées » et « spéculatives ») sont estimées à , dont 23 % en Mongolie, 12,3 % au Canada, 12,1 % en Afrique du Sud, 9,3 % en Russie, 8,8 % au Brésil, 6,6 % en Ukraine et 5,6 % au Vietnam.
+ Réserves mondiales prouvées récupérables d'uranium par pays(en milliers de tonnes d'uranium) Supply of Uranium - Uranium availability, World Nuclear Association, mis à jour en août 2023. Rang Pays Réserves 2007% Réserves 2013% Réserves 2021%1 725 22,0 29 282 378 11,5 679 12 815 133 329 10,0 494 8 588 104 172 5,2 506 9 481 85 176 5,3 383 6 470 86 284 8,6 338 6 321 57 243 7,4 405 7 311 58 157 4,8 276 5 277 59 ndnd 199 4 224 410 ndnd nd nd 145 211 ndnd nd nd 131 212 ndnd nd nd 107 213 ndnd nd nd 87 114 334 10,3 207,4 4 59 115 ndnd nd nd 58 116 ndnd nd nd 52 1 autres ndnd nd nd 267 5 Total monde 100 100 100