Uranium, du minerai au combustible nucléaire

Résumé du document

L'uranium fut identifié en 1789 dans le minerai de pechblende par l'Allemand Klaproth, et peu après découvert à Autun en France, soit à peine 15 ans après l'identification de l'oxygène et le début de la chimie scientifique par Lavoisier.

L'uranium est l'élément le plus lourd qu'on trouve dans la nature, jamais à l'état métallique, mais toujours en combinaison avec l'oxygène, sous forme d'oxydes ou de silicates. C'est un métal dur, dense, malléable et d'un blanc argenté. C'est un élément assez commun de la croûte terrestre. Il est moins abondant que le cuivre, le nickel ou le zinc, mais il est 500 fois plus abondant que l'or. On le trouve à peu près partout en quantités infimes : dans les océans, les cours d'eau et les eaux souterraines, dans la plupart des sols et des roches, et même dans la nourriture et les tissus humains (...)

Extraits

[...] La force centrifuge conduit à une ségrégation radiale des deux espèces 238UF6 et 235UF6. Deux écopes, placées sur des rayons différents et aux deux extrémités du bol, recueillent la fraction enrichie et la fraction appauvrie. Une pompe maintient le vide entre le bol tournant et l'enveloppe externe afin de réduire les frottements. Le facteur de séparation est fonction de la vitesse de rotation du bol. C'est pourquoi les bols sont fabriqués en matériau composite fibre de carbone-époxyde, qui offre une vitesse limite supérieur aux aciers les plus résistants (770 m/s contre 420 m/s). [...]

[...] Gisements Les gisements les plus courants appartiennent à deux grands types. - Les gisements de type filonien ont une minéralisation subverticale dans des failles (comme en Vendée, le Forez ou le Limousin), ils se trouvent dans les roches cristallines comme le granite. Leur potentiel est assez limité (moins de t). - Les gisements de type sédimentaire sont étalés en couche subhorizontale, souvent à faible profondeur (comme dans l'Hérault). Ils se trouvent dans les roches d'altération continentale, comme le grès. Ils constituent d'importantes ressources et sont la source majeure de la production mondiale actuelle. [...]

[...] UO3 + 2 HF UO2F2 + H2O La réaction de fluoration est conduite dans réacteur en Monel, alliage de nickel (63 et de cuivre (30 très résistant à la corrosion, maintenu sous dépression. UF4 + F2 UF6 Cette synthèse s'accompagne des réactions secondaires de l'uranium n'ayant pas réagit lors des étapes précédentes : UO2 + 3 F2 UF6 + O2 et UO2F2 + 2 F2 UF6 + O2 L'hexafluorure d'uranium UF6 est piégé par refroidissement dans un cristallisoir à -15°C. Il est ensuite purifié par distillation en colonnes. [...]

[...] L'UTS (unité de travail de séparation isotopique) est l'unité de compte commerciale de l'enrichissement. Le réacteur "typique" de 900 MWe consomme environ UTS/an, à raison de 5 UTS/ kg de enrichi à à partir d'uranium naturel. Bilan matière de l'enrichissement Diffusion gazeuse L'enrichissement se fait par différence de vitesse de diffusion moléculaire du gaz UF6 à travers une barrière à très petits pores (0,01 µm). En équilibre thermique, toutes les molécules ont la même énergie cinétique moyenne = 0,5 M Ce qui fait que la vitesse moyenne des molécules augmente quand la masse moléculaire diminue. [...]

[...] Une série de laminages de précision à froid permettent d'obtenir la gaine au dimension requises (diamètre externe = 9,5 mm / épaisseur = 0,57 mm). De nombreux contrôles sont effectués, notamment la recherche de défauts par ultrasons. Les gaines sont d'abord équipées de leur bouchon inférieur qui est soudé, puis les pastilles sont introduites. Un ressort complète la colonne pour maintenir les pastilles en place. Avant de fermer par soudure le bouchon supérieur, on remplie le crayon d'hélium à 25 30 bar pour améliorer le transfert thermique. [...]