Uranium
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2008-07-22T09:02:54Z
Kelson
678
/* Notes et références */
{{Élément/Uranium}}
L''''uranium''' est un [[élément chimique]] de [[liste des éléments par symbole|symbole]] U et de [[numéro atomique]] 92. C'est un élément naturel assez fréquent: plus abondant que l'[[argent]], autant que le [[molybdène]] ou l'[[arsenic]], quatre fois moins abondant que le [[thorium]]. On le trouve partout à l'état de traces, y compris dans l'eau de mer.
== Découverte de l'uranium ==
[[Image:UraniumUSGOV.jpg|thumb|left|Minerai d'uranium.]]
L'uranium est mis en évidence en [[1789]] par le [[chimiste]] [[Prusse|prussien]] [[Martin Heinrich Klaproth]] qui examine un morceau de roche qu'on lui a apporté de [[Jáchymov|Saint Joachchimsthal]]<ref>{{ouvrage
|éditeur=André Bonne Paris
|collection=L'homme et l'univers
|titre=Uranium
|titre vo=Uranium
|auteur=Erwin Erasmus Koch
|trad=André Pougetoux
|langue=français
|lieu=Paris
|année=1960
|pages=225
|passage=15
}}</ref>. Cette roche est de la [[pechblende]] (UO<sub>2</sub>), un [[minerai]] d'uranium. Klaproth donna le nom d'« urane » ou « uranite » au composé qu'il venait d'identifier, en référence à la découverte de la planète [[Uranus (planète)|Uranus]] faite par [[William Herschel]] 8 ans plus tôt ([[1781]]).
Ce n'est qu'en [[1841]] que le chimiste [[France|français]] [[Eugène-Melchior Péligot]] établit que l'urane était composé de deux atomes d'[[oxygène]] et d'un de [[métal]] qu'il isola et nomma uranium. Il estima alors<ref>Guide de la technique : l'énergie, Presses polytechniques et universitaires romandes, 1993.</ref> la masse volumique de l'uranium à {{unité|19|g/cm{{3}}}}.
[[Henri Becquerel]] ne découvrit la propriété [[radioactive]] de l’uranium que beaucoup plus tard, en [[1896]], lorsqu'il constata que des [[plaque photographique|plaques photographiques]] placées à côté de sels d'uranium avait été impressionnées sans avoir été exposées à la lumière. Les plaques avaient été noircies par les rayonnements émis par les sels : le Français Henri Becquerel avait découvert le phénomène de la [[radioactivité naturelle]].
== Caractéristiques ==
De symbole U, l'uranium est le dernier [[Élément chimique|élément]] [[naturel]] du [[tableau périodique]] de [[Mendeleïev]]. Chaque [[atome]] d'uranium possède 92 [[proton]]s et entre 126 et 150 [[neutron]]s.
A l'état pur, l'uranium solide est un [[métal]] [[radioactif]] gris à blanc (voire argenté), qui rappelle la couleur du [[nickel]]. Il est dur et très [[Densité|dense]]. De plus, l'uranium est l'atome le plus lourd (qui contient le plus de [[nucléon]]s) présent naturellement sur la [[Terre]].
=== L'uranium naturel ===
L'uranium naturel est présent dans pratiquement tous les milieux naturels : roches et [[eau]]. Il y a en effet 3 mg d'uranium par mètre cube d'eau de mer<ref>http://www.cea.fr/var/plain/storage/original/application/07eade098598d926eccc4627b584b173.pdf</ref>, ce qui représente 4,5 milliards de tonnes d'uranium dans les océans. <br> L'uranium est présent dans tous les types d'eau : le [[Rhône]] en charrie en effet près de 100 tonnes chaque année. Cet uranium provient du ruissellement des pluies sur les [[Alpes]]. L'extraction de l'uranium de l'eau est techniquement possible, mais non rentable en 2006.
L'uranium est répandu dans toute l'[[écorce terrestre]], notamment dans les terrains [[Granite|granitique]]s et [[sédimentaire]]s. La concentration d'uranium dans ces roches est de l'ordre de 3 g/tonne<ref>[http://www.debatpublic-dechets-radioactifs.org/actualite/Wc3024b26456a2.html Réponses aux questions<!-- Titre généré automatiquement -->]</ref>. À titre d'exemple, un jardin carré de 20 m de côté contient, pour une profondeur de 10 m, environ 24 kg d'uranium.
{{Article détaillé|Extraction de l'uranium}}
==== Autres propriétés chimiques====
En raison de son affinité pour l'oxygène, l'uranium s'enflamme spontanément dans l'air à température élevée, voire à température ambiante lorsqu'il se trouve sous forme de microparticules.
Ainsi dans la nature, l'élément uranium se retrouve toujours en combinaison avec d’autres éléments, tels l'[[oxygène]], l'[[azote]], le [[soufre]], le [[carbone]] ; en [[oxyde]]s, [[nitrate]]s, [[sulfate]]s ou [[carbonate]]s. On le trouve, par exemple, en combinaison avec l'oxygène dans l'[[uranite]] et la [[pechblende]], deux des principaux minerais d'uranium, constitués d'oxyde uraneux (UO<sub>2</sub>).
Enfin, les ions uranyles (<math>UO_2^{2+}</math>) se dissolvent très bien dans la plupart des [[acide]]s, comme dans l'[[acide nitrique]] ou [[acide fluorhydrique|fluorhydrique]] en donnant des sels d'uranyle tels que le nitrate d'uranyle. L'équation de la dissolution de l'ion uranyle en sel uranyle dans l'acide nitrique est la suivante :
<math>UO_2^{2+} + 2NO_3^- \longrightarrow UO_2(NO_3)_2</math>
==== Radioactivité - La principale source de la chaleur interne de la [[Terre]] ====
A l'époque géologique actuelle, la [[énergie thermique|chaleur]] interne de la Terre provient principalement de la désintégration de corps radioactifs, notamment l'uranium 238 et 235 (et bien d'autres). Ceci peut s'expliquer de façon relativement simple : lors de leur désintégration radioactive, l'uranium 238 et l'uranium 235 vont émettre des [[rayonnement γ|rayonnements <math>\gamma</math>]], qui sont des photons de très haute énergie. Des milliards de milliards de désexcitations <math>\gamma</math> ont lieu chaque seconde à l'intérieur de la Terre, cette énergie est alors convertie en chaleur. Ce raisonnement est aussi valide pour les autres types de radioactivité, dont l'énergie de la particule émise est transférée aux atomes voisins. Puis diffusée de proche en proche. <br>
{{référence souhaitée|On comprend facilement pourquoi la radioactivité est à l'origine de près de 87%}} de l'énergie thermique de la Terre.
==== Les isotopes de l'uranium naturel ====
L'uranium a 17 [[isotope]]s, tous [[radioactif]]s, dont 3 seulement sont présents à l'état naturel : {{exp|238}}U ; {{exp|235}}U et {{exp|234}}U.
Quelles que soient les teneurs en uranium des milieux, les proportions entre les trois isotopes formant l'uranium naturel sont (presque) exactement les mêmes : <sup>238</sup>U : 99,28% ; <sup>235</sup>U : 0,71% ; <sup>234</sup>U : 0,0054%.
On trouve donc dans une tonne d'uranium naturel pur 7,1 kg d'uranium 235 et 54 g d'uranium 234, le reste étant de l'uranium 238. <br>
L'isotope 234 est toujours présent sur Terre, à l'état de traces, bien qu'il ait une demi-vie de seulement 245 500 ans ; car il est constamment généré par désintégration radioactive de l'isotope 238 (après 3 étapes : une [[radioactivité α|transition α]] donnant <sup>234</sup>Th, puis deux [[Radioactivité β|transitions β<sup>-</sup>]] donnant <sup>234</sup>Pa, puis <sup>234</sup>U).
L'isotope 236 s'est "éteint" depuis longtemps, par désintégration α en [[thorium|<sup>232</sup>Th]], bien qu'ayant une demi-vie presque du centuple de celle de l'isotope 234.
=== Activité massique ===
L'uranium pur est [[radioactif]], son [[activité massique]] dépendant à la fois de son enrichissement, et de la fraîcheur de sa purification chimique.
Si l'on considère les isotopes purs de l'uranium, l'U238 a une [[activité massique]] de 12.4 Bq/mg ; l'U235 de 80 Bq/mg; et l'U234 de 230 Bq/µg, soit 230000 Bq/mg - quatre ordre de grandeur au-dessus des précédents.
* L'uranium naturel chimiquement purifié (essentiellement composé d'U238 en équilibre avec son descendant l'U234) a une activité spécifique de l'ordre de 25 Bq/mg. En amont, la radioactivité d'un minerai d'uranium, où il est en équilibre avec tous les éléments radioactifs de sa [[chaîne de désintégration]], est naturellement trois (si le [[Radon]] peut s'échapper) à sept fois plus importante.
* L'uranium enrichi est plus actif, partiellement du fait de l'activité plus importante de l'U235 (6.33 fois plus radioactif que l'U238), mais surtout à cause de la concentration différentielle en U234 (dix mille fois plus radioactif que l'U238), toujours présent à l'état de traces dans la chaine de désintégration de l'U238. Elle atteint typiquement 2500 Bq/mg pour un enrichissement de 90% (uranium dit de qualité militaire). Pour les enrichissements de l'ordre de 3%, destinés aux centrales nucléaires, l'activité spécifique est de l'ordre de 60 Bq/mg.
* Inversement, l'uranium appauvri est débarassé non seulement de sa fraction d'U235, mais également du descendant U234. Immédiatement après l'enrichissement, son [[activité massique]] tend à se rapprocher de celle de l'U238 pur, c'est à dire de l'ordre de 12.5 Bq/mg (en pratique, un peu plus du fait de la présence d'U235). Cependant, l'équilibre entre U238 et ses deux premiers descendants (Thorium 234, de période 24 jours, et Protactinium 234) est atteint rapidement, en deux mois, la radioactivité spécifique à l'équilibre (avec ses deux premiers descendants) étant déjà de 41.5 Bq/mg.<ref>D'après [http://www.sfrp.asso.fr/MAN/pdf/Metivier.ppt l'Uranium, propriété et toxicité].</ref>
===Produit fissible naturel===
L'uranium 235 est le seul [[nucléide]] naturel qui soit [[fissile]], ou [[fissible]], autrement dit il peut par capture de neutron se scinder en deux noyaux fils avec émission de neutrons ([[fission nucléaire]]). Par suite, l'[[Enrichissement de l'uranium|uranium enrichi]] en cet isotope est aujourd'hui utilisé comme [[combustible nucléaire]] dans les [[réacteur nucléaire|réacteurs nucléaires]] (voir [[cycle du combustible nucléaire]]) ou encore dans les [[Arme nucléaire|armes nucléaires]], que ce soient les [[Bombe A|bombes dites "atomiques"]] (ou « bombes à fission »), ou comme "amorce" dans les [[bombe H|bombes H]] (« bombes à fusion » ou « à hydrogène »).
Au contraire de l'uranium 235, l'uranium 238, lorsqu'il capture un [[neutron]], ne fissionne pas (sauf [[réacteur à neutrons rapides|neutrons rapides]]). Il devient de l'uranium 239 instable, qui par [[désintégration]] <math>\beta-</math>, va se transformer en [[neptunium]] 239. Or ce dernier est lui-aussi [[radioactif]] <math>\beta-</math>, et va alors donner naissance à un nouveau [[noyau atomique|noyau]], le [[plutonium]] 239. Ce [[radioisotope]] est fissile, comme l'uranium 235. L'uranium 238 est un [[isotope fertile]], qui peut produire des produits fissiles.
L'uranium 234 n'est lui ni fissile, ni fertile, et provient de la [[décomposition radioactive]] de l'uranium 238 comme indiqué dans la précédente section.
La fission d'un atome d'uranium 235 libère de l'ordre de 200 MeV (la valeur exacte dépendant des produits de fission). De même, la fission d'un atome de plutonium 239 libère de l'ordre de 210 MeV. Ces valeurs sont à comparer avec celles de la combustion de carburants fossiles, qui libèrent de l'ordre de 5 eV par atome de CO2 produit<ref>Données citées par la [http://www.world-nuclear.org/info/inf35.html World Nuclear Association.</ref>: l'ordre de grandeur des énergies libérées par les combustibles nucléaires est un million de fois plus importante que celle des énergies fossiles chimiques.
== Utilisation ==
[[Image:Nuclear fuel pellets.jpeg|200px|thumb|left|Pastilles de combustible nucléaire d'uranium.]]
À l'origine, le minerai d'uranium était utilisé dans la [[céramique]] et la [[faïence]] pour ses pigments jaune, orange et vert.
Les isotopes 238 et 235 ont beaucoup d'applications, militaires notamment, mais aussi civiles comme, par exemple, la datation de l'âge de la Terre à partir de la [[datation radiométrique]] à l'[[Datation à l'uranium-plomb|uranium-plomb]] ou à l'[[Datation à l'uranium-thorium|uranium-thorium]].
===Contrôle des matières nucléaires===
L'uranium est une matière nucléaire dont la détention est réglementée (Article R1333-1 du code de la défense).
=== Uranium appauvri ===
L'[[uranium appauvri]], un sous-produit de l'[[enrichissement de l'uranium]], est très prisé pour sa [[dureté]] et sa [[densité]]. De plus, il est [[feu|pyrophorique]] et il est donc employé comme arme antichar ayant un fort pouvoir pénétrant et incendiaire. À très haute vitesse, il perfore aisément les blindages en s'enflammant lors de l'impact, provoquant un incendie qui fait exploser le véhicule visé. Ainsi, des munitions à base d'uranium appauvri (obus de 20 à 30 mm des avions ou hélicoptères chasseurs de chars) ont été utilisées lors des guerres du Golfe ([[Guerre du Koweït (1990-1991)|guerre du Koweït]] et [[Guerre en Irak (2003-2006)|guerre en Irak]]) et du [[guerre du Kosovo|Kosovo]].
L'uranium appauvri est aussi utilisé, avec un complément de [[plutonium]], comme nouveau [[combustible nucléaire]] ([[combustible MOX]]).
== Gisements et exploitation ==
{{Article détaillé|Extraction de l'uranium}}
== Toxicité et radiotoxicité ==
Sur le plan chimique, l'Uranium présente la toxicité habituelle pour un [[métal lourd]] et est du même ordre de toxicité que le plomb. La dose léthale pour l'homme semble être de quelque grammes.<ref>Voir [http://www.health-physics.com/pt/re/healthphys/abstract.00004032-200802000-00008.htm Health Physics - Abstract: Volume 94(2) February 2008 p 170-179].</ref> Le contenu normal d'un corps humain en équilibre avec son environnement est de l'ordre de 90 à 150 µg d'uranium, résultant d'un apport journalier de l'ordre de 1 à 2 µg/jour par l'eau courante et l'alimentation. Les deux tiers s'accumulent dans les os.
Le rein est l'organe critique pour la toxicité chimique. Le seuil de toxicité chimique rénale est estimé à 70µg/kg de poids corporel ou 16µg/g de rein (limite de 3µg/g de rein pour la protection des travailleurs).<ref>D'après présentation de l'ISPN, [http://www.sfrp.asso.fr/MAN/pdf/Metivier.ppt L’uranium, propriétés et toxicité].</ref>
Quel que soit son enrichissement, la [[radioactivité]] de l'uranium est toujours du type alpha de l'ordre de 4.5MeV. De ce fait, sa radiotoxicité dépend simplement de son [[activité massique]], et faiblement de sa composition. Elle est de l'ordre de 0.6 µSv/Bq (F) à 7 µSv/Bq (S) en inhalation, 0.05µSv/Bq (F) à 0.008µSv/Bq (S) en ingestion, les poumons et les os étant les organes critiques.<ref>Publication N° 68 de la CIPR, citée par l'IPSN dans sa présentation.</ref>
La [[radiotoxicité]] de l'uranium est donc du même ordre de grandeur que celle de la toxicité chimique: la radiotoxicité l'emporte pour des enrichissements supérieurs à 6%, la toxicité chimique est prépondérante sinon.<ref>D'après [http://www.sfrp.asso.fr/MAN/pdf/Metivier.ppt l'Uranium, propriété et toxicité].</ref>
L'[[OMS]] donne comme limite de potabilité une concentration maximale en uranium de de 1.4 mg/l.<ref>http://www.lenntech.com/fran%E7ais/Norme-eau%20potable-OMS-UE.htm.</ref> Elle recommande dans ses lignes directrices une concentration en uranium cent fois plus faible, inférieure à 15 µg/l, pour les eaux de boisson courante.<ref>Voir le tableau des recommendations de l'OMS [http://www.lenntech.com/fran%E7ais/Normes-OMS-eau-potable.htm].</ref>
==Voir aussi==
{{Commons|Uranium|Uranium}}
{{Wiktionnaire}}
* [[Contrôle des matières nucléaires]]
* [[Énergie nucléaire]]
* [[Tableau périodique des éléments]]
* [[Table des isotopes]]
* [[Extraction de l'uranium]]
* [[Cycle du combustible nucléaire]]
== Notes et références ==
{{références}}
===Liens externes===
* {{fr}} [http://www.irsn.org/stats/phpmyvisites.php?url=http%3A//www.irsn.org/document/site_1/fckfiles/File/Internet/Dossiers/socatri/IRSN-NI-Uranium-090708.pdf&id=1&pagename=FILE:Telechargement/Dossiers/socatri/uranium090708 Document de l'IRSN sur L'uranium et les risques associés]
* {{fr}} [http://www.geopolis-fr.com/doss.html L'uranium et ses gisements en France]
* {{en}} [http://www.lbst.de/publications/studies__e/2006/EWG-paper_1-06_Uranium-Resources-Nuclear-Energy_03DEC2006.pdf Ressources d'uranium et énergie nucléaire (Uranium resources and nuclear energy)]
* {{fr}} [http://www.ktf-split.hr/periodni/fr/u.html Tableau exhaustif des données concernant l'uranium]
* {{fr}} [http://francenuc.org/fr_mat/uranium_f1.htm Caractéristiques de l'Uranium]
* {{en}} [http://www.atsdr.cdc.gov/toxprofiles/tp150.html Toxicological Profile for Uranium], ATSDR, U.S. Department of Health and Human Services
{{ElementsChimiques}}
{{Portail chimie}}
{{Lien AdQ|en}}
[[Catégorie:Uranium|*]]
{{Lien BA|cs}}
[[als:Uran]]
[[ar:يورانيوم]]
[[az:Uran (element)]]
[[be:Уран, хімічны элемент]]
[[be-x-old:Уран (хімічны элемэнт)]]
[[bg:Уран (елемент)]]
[[bn:ইউরেনিয়াম]]
[[bs:Uranijum]]
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