Nucléaire et Uranium
Les nouveaux enjeux des centrales nucléaires en cette période de crise électrique font ressurgir ceux de l’uranium.
Le sort réservé à l’énergie nucléaire il y a 20 ans pour satisfaire un électorat minoritaire semble révolu alors que l’ensemble des citoyens se retrouve en pleine crise énergétique.
Comme les Terres rares, l’uranium est aussi très présent dans le sous-sol de la Terre.
Par contre, c’est un métal radioactif comme beaucoup d’autres minéraux.
Ce minerai d’uranium, plus répandu que l’argent ou l’or, se niche dans d’autres minerais qu’il faut extraire (gisements à ciel ouvert et galeries souterraines).
Ainsi votre jardin de 400 m2 peut contenir, sur une profondeur de 10 m, environ 24 kg d’uranium.
Et c’est bien cet uranium qui sert de combustible dans les réacteurs des centrales nucléaires.
Il n’existe d’ailleurs pas de sources d’uranium.
Ses atomes, trop lourds pour se stabiliser dans le temps, se transforment spontanément en d’autres éléments radioactifs plus légers : uranium 238 en thorium 234 par exemple.
Uranium et Yellow Cake
Pour obtenir un bon uranium bien frais, on commence par broyer le minerai extrait des mines.
Et cela en petits morceaux très très fin.
Un peu comme le café finalement.
Ce sont des opérations chimiques qui permettent ensuite d’extraire l’uranium concentré proprement dit.
Cet uranium prend alors la forme d’une poudre jaune bien connue sous le nom de yellow cake.
Mais rien à voir avec le célèbre gâteau au citron qui accompagne le café…
Le yellow cake ou yellowcake nécessite également ensuite une opération de raffinage pour éliminer toutes ses impuretés.
C’est à partir de ce moment que l’on considère l’uranium comme pur.
Donc à ce moment le nucléaire et l’uranium sont au rendez-vous.
Globalement, pour obtenir 10 tonnes de Yellowcake, il faut extraire 1000 tonnes de minerai.
Ces 10 tonnes de Yellow cake fournissent ensuite 75 % d’uranium.
Ce sont ces 75 % d’uranium qui seront enrichis pour devenir le combustible de centrales nucléaires..
A ce stade des opérations de traitement, 1 kg d’uranium naturel contient 993 g d’uranium 238 et 7 g d’uranium 235.
L’uranium 238 plus stable que l’uranium 235 est d’ailleurs peu fissile.
Mais il est «également fertile car transformable par absorption d‘un neutron.
L’uranium 238 devient ainsi du plutonium 239 qui est plus fissile que l’uranium 235.
Crayons noirs d’uranium
L’uranium 235 étant le seul fissile, il en faut donc une quantité importante de l’ordre de 30 et 50 g (voir les catégories d’uranium).
C’est l’opération d’enrichissement qui permet d’utiliser cet uranium dans un réacteur nucléaire.
Pour cela on transforme l’uranium en poudre noire.
On la comprime ensuite pour être cuite au four (comme un Cake pour le café).
La cuisson fournit ainsi des petits cylindres de 1 cm de long que l’on nomme pastilles.
Ces pastilles d’un poids de 7 g peuvent fournir autant d’énergie qu’une tonne charbon.
Pour finir, on enfile les pastilles dans des tubes de 4 m de long qui forment alors les crayons que l’on place dans le réacteur atomique.
Les crayons se changent tous les 5 ans et on récupère les crayons usés pour les enrichir de nouveau après traitement.
La poudre redevient un combustible enrichi : environ 95 % du combustible usé se réutilise.
Seule la partie du combustible usé ne pouvant plus servir deviendra un déchet nucléaire ultime.
En France, l’exploitation des 56 réacteurs nucléaires des 18 centrales nécessite chaque année 7800 tonnes d’uranium naturel.
Ressources mondiales d’Uranium
Contrairement aux énergies carbonées dont les ressources sont en général géographiquement concentrées, l’uranium est reparti sur l’ensemble de la planète.
Tout comme les Terres Rares d’ailleurs.
On identifie donc les ressources mondiales selon leurs coûts d’extraction.
Ainsi, les ressources dont le coût d’extraction est inférieur à 130 USD/kg représentent plus de 5,9 millions de tonnes (Mt).
Les ressources dont le coût d’extraction est inférieur à 260 USD/kg (non exploitable en l’état actuel du marché) représente 7,63 Mt de réserves prouvées ou induites.
En dehors des mines d’uranium, il existe d’autres sources que l’on nomme « sources secondaires ».
Ce sont d’abord les stocks d’uranium datant des années 1980 soit 3 164 tonnes.
Ensuite, il existe également du stock provenant du retraitement des combustibles usés.
En 2020, le stock d’uranium appauvri entreposé en France était de l’ordre de 318 000 tonnes (voir Agence Internationale de l’énergie Atomique (AIEA)).
Plus surprenant, il existe aussi des stocks résultants du désarmement militaire de la Russie et des États-Unis (rien ne se perd, en principe).
Il faut noter que les gisements actuellement répertoriés ne tiennent pas comptes d’autres ressources.
C’est le cas avec les cendres de charbon, les lignites, les phosphates, les schistes noirs, le thorium et l’eau de mer.
Les catégories de déchets nucléaires
Les centrales nucléaires génèrent des déchets.
Ils résultent de l’exploitation des centrales (outils, machines, etc) et du recyclage du combustible usé.
Le traitement des combustibles à uranium enrichi du parc nucléaire français génère environ 140 m3 par an de déchets HA conditionnés.
Ce chiffre doit être distingué du chiffre global de 1,54 million de mètres cubes de déchets radioactifs selon leurs durées de vie :
- 1 – Vie très courtes (VTC)
- 2 – Très faible activité (TFA),
- 3 – Faible et moyenne activité à vie courte (FMA-VC),
- 4 – Faible activité à vie longue (FA-VL),
- 5 – Moyenne activité à vie longue (MA-VL),
- 6 – Haute activité (HA)
Par contre, c’est à la sortie du réacteur que les déchets nucléaires sont les plus dangereux.
C’est en effet à moment là qu’ils émettent le plus de rayonnement et de chaleur.
Le combustible usé se compose ainsi de :
- 94 % d’uranium 238 ;
- 1 % d’uranium 235 ;
- 1 % de plutonium ;
- 4 % de produits de fission (brome 90, xénon 143)
- 0,2 % d’actinides mineurs (,américium, curium, neptunium).
On conditionne ensuite ces déchets ultimes dans du verre avant le stockage.
Ironie du sort avec la guerre en Ukraine, la Russie est le troisième fournisseur du marché européen avec 19,69 % des parts du marché.
Et cela derrière le Niger avec 24,26 % et le Kazakhstan avec 22,99 %.
Sinon dans la monde, et à eux seuls, la Russie, le Niger, le Kazakhstan, l’Australie et le Canada fournissent 96 % de l’uranium naturel de l’Europe.
La France entrepose 1 640 000 m3 de déchets radioactifs (2018) dont 90 % sont des déchets TFA (Très Faible Activité) ou des déchets FMA-VC (Faible et Moyenne Activité à Vie Courte).
Article : P. du Chélas
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