Dioxyde d'uranium

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Dioxyde d'uranium
CaF2 polyhedra.png
__ U4+     __ O2-
Structure du dioxyde d'uranium
Identification
Nom IUPAC Dioxyde d'uranium
No CAS 1344-57-6
No EINECS 215-700-3
No RTECS YR4705000
SMILES
InChI
Apparence cristaux noirs à bruns ou poudre noire à brune[1]
Propriétés chimiques
Formule brute O2UUO2
Masse molaire[2] 270,0277 ± 0,0006 g/mol
O 11,85 %, U 88,15 %,
Propriétés physiques
fusion 2 865 °C[1]
Solubilité dans l'eau : nulle[1]
Masse volumique 11,0 g·cm-3[1]
Cristallographie
Structure type fluorite (CaF2)[3]
Précautions
Matériau radioactif
Composé radioactif
Directive 67/548/EEC[4]
Très toxique
T+
Dangereux pour l’environnement
N



SGH[4]
SGH06 : ToxiqueSGH08 : Sensibilisant, mutagène, cancérogène, reprotoxiqueSGH09 : Danger pour le milieu aquatique
Danger
H300, H330, H373, H411,
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Le dioxyde d'uranium ou oxyde d'uranium IV est l'oxyde d'uranium de formule chimique UO2. C'est un solide noir dont la maille cristalline est constituée d'atomes d'uranium en sous-réseau cubique à faces centrées et d'atomes d'oxygène en sous-réseau cubique.

Production et propriétés chimiques[modifier | modifier le code]

C'est le constituant naturel de la pechblende, qui est le principal minerai d'uranium.

On le prépare industriellement à partir du trioxyde d'uranium UO3 lors des processus d'enrichissement de l'uranium et de traitement des déchets nucléaires :

UO3 + H2 → UO2 + H2O à 450 °C.

Le dioxyde d'uranium a la même structure cristalline que la fluorine CaF2, qui est également celle des dioxydes de neptunium et de plutonium.
Il s'oxyde en octaoxyde de triuranium U3O8 par chauffage au contact de l'oxygène de l'air :

3 UO2 + O2U3O8 à 700 °C.

Conductivité thermique[modifier | modifier le code]

Conductivité thermique du dioxyde d'uranium comparée à celle du zirconium en fonction de la température

L'une des propriétés remarquables du dioxyde d'uranium est sa très faible conductivité thermique qui conduit à devoir limiter le diamètre des crayons combustibles de façon à plafonner la valeur de la température à cœur des crayons. Elle peut aussi engendrer des surchauffes locales au cœur du combustible nucléaire.


Utilisations[modifier | modifier le code]

Le dioxyde d'uranium est essentiellement utilisé dans les barres de combustible nucléaire, principalement sous forme UO2 ou mélangé au dioxyde de plutonium PuO2 pour donner du combustible MOX.

Il peut également être employé comme catalyseur, notamment dans la dégradation des composés organiques volatils en phase gazeuse, l'oxydation du méthane en méthanol et la désulfuration des pétroles. Dans cet usage, il se montre plus efficace et plus stable que les catalyseurs du marché employés dans le retraitement des COV, tels que les métaux précieux, le rutile TiO2 et l'oxyde de cobalt(II,III) CoO•Co2O3.

À partir d'uranium appauvri, il peut être utilisé à des fins de radioprotection, notamment en entrant dans la composition de bétons où il sert de grave.

Le dioxyde d'uranium est un matériau semi-conducteur aux propriétés particulièrement intéressantes[5] :

  • son coefficient Seebeck à température ambiante est de l'ordre de 750 µV/K, près du triple de celui de la plupart des matériaux étudiés pour les applications thermoélectriques ;
  • tout comme l'octaoxyde de triuranium U3O8, le dioxyde d'uranium UO2 est une céramique résistante aux températures élevées, jusqu'à pas moins de 2 300 °C, ce qui le rend apte à servir pour des applications à haute température ;

Les propriétés électriques du dioxyde d'uranium sont très sensibles à sa stœchiométrie. Ainsi, la conductivité électrique du UO1,994 est inférieure de plusieurs ordres de grandeur à celle du UO2,001. Ceci, avec la difficulté à maîtriser le dopage de ce matériau, constitue un obstacle au développement du dioxyde d'uranium comme matériau semiconducteur.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a, b, c et d DIOXYDE D'URANIUM, fiche de sécurité du Programme International sur la Sécurité des Substances Chimiques, consultée le 9 mai 2009
  2. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  3. (en) Bodie E. Douglas, Shih-Ming Ho, Structure and Chemistry of Crystalline Solids, Pittsburgh, PA, USA, Springer Science + Business Media, Inc.,‎ 2006, 346 p. (ISBN 0-387-26147-8)
  4. a et b Entrée de « Uranium compounds » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais), accès le 14 septembre 2011 (JavaScript nécessaire)
  5. [PDF] Semiconductive Properties of Uranium Oxides