Uranium appauvri

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Batteries de centrifugeuses utilisées pour l’enrichissement de l’uranium dans une usine américaine en 1984.

L’uranium appauvri est de l’uranium dont la composition isotopique comporte une faible abondance des isotopes légers, comprise entre 0,2 et 0,4 % de 235U (l'uranium naturel a une teneur de 0,7204 % en 235U). C’est un sous-produit des usines d’enrichissement de l'uranium et des centres de traitement du combustible usé.

Propriétés[modifier | modifier le code]

Les propriétés chimiques (en particulier la toxicité chimique) ne changent pas avec la composition isotopique.

L’activité radioactive de l’uranium appauvri est inférieure à celle de l’uranium naturel, en raison de la moindre proportion d’isotopes légers 234U et 235U, dont la période radioactive est plus courte que celle de l’isotope 238U. L'uranium appauvri n'ayant pas de composition définie, il n'est pas possible d'en donner une caractérisation précise, ses propriétés peuvent être à un point quelconque entre l'uranium naturel et l'uranium-238. De plus, pour mémoire, l'uranium appauvri se met progressivement en équilibre séculaire avec les composants de sa chaîne de désintégration, ce qui augmente progressivement l'activité radioactive d'un uranium appauvri supposé initialement chimiquement pur (d'un facteur quatre à échelle séculaire).

L’uranium naturel est relativement répandu dans la croûte terrestre, notamment dans les terrains granitiques et sédimentaires. La concentration d’uranium dans ces roches est de l’ordre de 3 g/tonne.

Chaîne de désintégration de l'uranium 238.

La chaîne de désintégration de l'238U montre la chaîne des désintégrations successives qu'un tel isotope va subir pour se transformer, avec le temps, en un élément stable, le plomb 206Pb. Chaque désintégration transforme l'isotope en un nouvel élément et voit l'émission d'une particule α (un noyau d'hélium) ou β (un électron).

Production[modifier | modifier le code]

Différents types d'uranium appauvri[modifier | modifier le code]

Dans la filière électronucléaire, l’usine d’enrichissement produit de l'uranium enrichi et de l'uranium appauvri

L'uranium a été produit par trois filières différentes, chaque filière conduisant à des compositions isotopiques (et des radiotoxicités) différentes.

La première production historique d'uranium appauvri a été celle des centrales nucléaires fonctionnant à l'uranium naturel, de type CANDU, UNGG ou RBMK, initialement destinées à la production de plutonium à des fins militaires (puis à la production électrique). Après traitement du combustible nucléaire usé permettant la séparation chimique du plutonium, des produits de fission et des autres actinides, l'uranium non consommé dans la centrale est un uranium de retraitement. Son taux en isotope 235 est de l'ordre de 0,2 %, variable suivant le taux de combustion du combustible usé. Par la suite, de l'uranium de retraitement a de même été produit par retraitement du combustible formé d'uranium enrichi, dont le taux isotopique est plus élevé (de l'ordre de 0,4 %). Cet uranium contient des traces de produits de fission, mais également des isotopes U-234 et U-236, beaucoup plus radioactifs, qui ne peuvent pas être séparés chimiquement du reste de l'uranium. Le nombre de recyclage est limité par l'accumulation progressive dans l'uranium de retraitement des isotopes U-234 et U-236 présents dans le combustible irradié, qui ne sont pas fissiles et sont de plus fortement radioactifs.

L’enrichissement de l’uranium à partir de l’uranium naturel a été ensuite développé, afin de produire l'uranium enrichi nécessaire aux bombes atomiques puis aux centrales nucléaires à eau pressurisée ou à eau bouillante. L'installation d'enrichissement sépare l'uranium en deux flux, l'un enrichi en isotope 235 (ce qui est le produit recherché), et l'autre appauvri, contenant donc moins d'uranium 235 (et pratiquement plus d'uranium 234). Après séparation isotopique, l'uranium reste un sous-produit du procédé. Il est rejeté avec un taux isotopique de l'ordre de 0,2 % à 0,3 %, l'optimum économique du procédé dépendant du rapport entre le coût de l'uranium naturel et celui de l'unité de travail de séparation.

Enfin, l'uranium de retraitement peut lui-même être enrichi, à la place d'uranium naturel, pour récupérer l'uranium 235 qu'il contient si les conditions économiques rendent cette opération intéressante. L'enrichissement isotopique tend à séparer l'U-234 avec la fraction enrichie, mais l'U-236, plus lourd, tend à rester avec la composante appauvrie. Cette concentration en isotope radioactif rend l'uranium de retraitement appauvri beaucoup plus dangereux sur le plan de la radiotoxicité que son homologue obtenu à partir d'uranium naturel.

Inventaire mondial[modifier | modifier le code]

Cet uranium appauvri ne peut pas être utilisé dans les réacteurs nucléaires actuels, mais peut servir de combustible dans des réacteurs surgénérateurs.

Inventaire mondial de l'uranium appauvri

Pays Organisation Stocks d'UA (tonnes) Date
États-Unis DOE 480 000 2002
Russie FAEA 460 000 1996
France Areva NC 190 000 2001
Royaume-Uni Traitement du combustible usé 30 000 2001
Allemagne URENCO 16 000 1999
Japon JNFL 10 000 2001
Chine CNNC 2 000 2000
Corée du Sud KAERI 200 2002
Afrique du Sud NECSA (en) 73 2001
TOTAL 1 188 273 '
Source {en}: Projet WISE-Uranium

Utilisation[modifier | modifier le code]

Usage nucléaire : l’uranium appauvri peut être transformé en oxyde d'uranium vendu comme combustible pour réacteur à neutrons rapides.
En Russie, Atomenergoprom a annoncé fin 2009 le démarrage à Zelenogorsk (région de Krasnoïarsk) par une de ses filiales associée à AREVA et sur la base du procédé Areva NC d'une première unité de conversion d’uranium appauvri (DUF) en oxyde d’uranium 238U (10 000 t/an prévues) [1]

Usage non nucléaire : l’uranium appauvri est à présent employé pour la quasi-totalité des utilisations non nucléaires de l’uranium car ses propriétés physiques sont très voisines de celles de l’uranium naturel.

La masse volumique élevée (19 050 kg/m3) de l’uranium appauvri et son coût relativement peu élevé le font préférer aux autres métaux de densité voisine (osmium 22 610 kg/m3 ; iridium 22 562 kg/m3 ; platine 21 090 kg/m3 ; rhénium 21 020 kg/m3 ; or, 19 300 kg/m3 ; tungstène 19 250 kg/m3 ) pour certaines applications, malgré sa toxicité.

Il est également pyrophorique.

Parmi les principales applications :

  • lest pour quilles de bateaux de compétition ;
  • blindages (pour les chars Abrams notamment) ;
  • composant de projectiles d'armes de guerre.
Article détaillé : Munition à uranium appauvri.

Autrefois, l’uranium appauvri servait de contrepoids dans les parties mobiles de la queue et des ailes d'avions, avant d'être supplanté dans cet usage dans les années 1980 par le tungstène. On trouve, par exemple, un peu moins de 400 kg d'UA dans les premières versions du Boeing 747[2].

Effets sur la santé/toxicité[modifier | modifier le code]

Études épidémiologique[modifier | modifier le code]

Toxicité chimique[modifier | modifier le code]

La toxicité chimique de l'uranium appauvri est globalement identique à celle de l'uranium naturel.

Toxicité radiologique[modifier | modifier le code]

La radiotoxicité de l'uranium appauvri dépend très fortement de sa filière d'origine :

  • L'uranium appauvri provenant de l'enrichissement de l'uranium naturel est le moins radiotoxique, au point qu'il peut être lui-même utilisé comme protection radiologique ;
  • L'uranium de retraitement est au contraire plus fortement irradiant, à cause de la présence des isotopes U-234 et U-236.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Source : Communiqué Atomenergoprom, repris par Enerpress n) 9976, 23 décembre 2009.
  2. Raphael Stephan, « De l'uranium appauvri dans les avions de ligne », [[Science et Vie|Science et Vie]], no 646,‎ décembre 2000, p. 36-41 (ISSN 0036-8369)

Annexes[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

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