C’est élémentaire
L’uranium a été découvert par Martin Heinrich Klaproth, un chimiste allemand, dans le minéral pitchblende (principalement un mélange d’oxydes d’uranium) en 1789. Bien que Klaproth, ainsi que le reste de la communauté scientifique, ait cru que la substance qu’il avait extraite de la pechblende était de l’uranium pur, il s’agissait en fait de dioxyde d’uranium (UO2). Après avoir remarqué que l’uranium « pur » réagissait bizarrement avec le tétrachlorure d’uranium (UCl4), Eugène-Melchoir Péligot, un chimiste français, a isolé l’uranium pur en chauffant le dioxyde d’uranium avec du potassium dans un creuset en platine. La radioactivité a été découverte pour la première fois en 1896 lorsque Antoine Henri Becquerel, un physicien français, l’a détectée à partir d’un échantillon d’uranium. Aujourd’hui, l’uranium est obtenu à partir de minerais d’uranium tels que la pechblende, l’uraninite (UO2), la carnotite (K2(UO2)2VO4-1-3H2O) et l’autunite (Ca(UO2)2(PO4)2-10H2O) ainsi qu’à partir de roches phosphatées (Ca3(PO4)2), de lignite (charbon brun) et de sable monazite ((Ce, La, Th, Nd, Y)PO4). Comme la demande d’uranium métal est faible, l’uranium est généralement vendu sous forme de diuranate de sodium (Na2U2O7-6H2O), également connu sous le nom de gâteau jaune, ou d’octoxyde de triuranium (U3O8).
Comme il est naturellement radioactif, l’uranium, généralement sous forme de dioxyde d’uranium (UO2), est le plus souvent utilisé dans l’industrie nucléaire pour produire de l’électricité. L’uranium naturel se compose de trois isotopes : l’uranium 234, l’uranium 235 et l’uranium 238. Bien que ces trois isotopes soient radioactifs, seul l’uranium-235 est une matière fissile qui peut être utilisée pour l’énergie nucléaire.
Lorsqu’une matière fissile est frappée par un neutron, son noyau peut libérer de l’énergie en se divisant en fragments plus petits. Si certains de ces fragments sont d’autres neutrons, ils peuvent frapper d’autres atomes et les amener à se diviser également. Une matière fissile, comme l’uranium 235, est une matière capable de produire suffisamment de neutrons libres pour entretenir une réaction nucléaire en chaîne.
Seulement 0,7204 % de l’uranium présent à l’état naturel est de l’uranium 235. Cette concentration est trop faible pour entretenir une réaction nucléaire en chaîne sans l’aide d’un matériau appelé modérateur. Un modérateur est un matériau qui peut ralentir un neutron sans l’absorber. Les neutrons lents sont plus susceptibles de réagir avec l’uranium 235 et les réacteurs utilisant l’uranium naturel peuvent être fabriqués en utilisant du graphite ou de l’eau lourde comme modérateur. Il existe également des méthodes pour concentrer l’uranium-235. Une fois que les niveaux d’uranium-235 ont été augmentés à environ 3%, l’eau normale peut être utilisée comme modérateur.
L’uranium-238, l’isotope le plus commun de l’uranium, peut être converti en plutonium-239, une matière fissile qui peut également être utilisée comme combustible dans les réacteurs nucléaires. Pour produire du plutonium-239, des atomes d’uranium-238 sont exposés à des neutrons. L’uranium-239 se forme lorsque l’uranium-238 absorbe un neutron. L’uranium-239 a une demi-vie d’environ 23 minutes et se désintègre en neptunium-239 par désintégration bêta. Le neptunium-239 a une demi-vie d’environ 2,4 jours et se désintègre en plutonium-239, également par désintégration bêta.
Bien qu’il n’existe pas à l’état naturel, l’uranium-233 est également une matière fissile qui peut être utilisée comme combustible dans les réacteurs nucléaires. Pour produire de l’uranium-233, des atomes de thorium-232 sont exposés à des neutrons. Le thorium-233 se forme lorsque le thorium-232 absorbe un neutron. Le thorium-233 a une demi-vie d’environ 22 minutes et se désintègre en protactinium-233 par désintégration bêta. Le protactinium-233 a une demi-vie d’environ 27 jours et se désintègre en uranium-233, également par désintégration bêta. Si la fission est complète, une livre (0,45 kilogramme) d’uranium-233 fournira la même quantité d’énergie que la combustion de 1 500 tonnes (1 350 000 kilogrammes) de charbon.
L’uranium est un métal dense qui a des utilisations en dehors de l’industrie de l’énergie nucléaire. Il est utilisé comme cible pour la production de rayons X, comme munition pour certains types d’armement militaire, comme bouclier contre les radiations, comme contrepoids pour les surfaces de contrôle des avions et dans les gyroscopes des systèmes de guidage inertiels.
Les composés d’uranium sont utilisés depuis des siècles pour colorer le verre. Un échantillon de verre jaune vieux de 2 000 ans, trouvé près de Naples, en Italie, contient de l’oxyde d’uranium. Le trioxyde d’uranium (UO3) est une poudre orange et a été utilisé dans la fabrication d’assiettes Fiestaware. D’autres composés d’uranium ont également été utilisés pour fabriquer du verre à la vaseline et des glaçures. L’uranium contenu dans ces articles est radioactif et doit être traité avec précaution.
L’isotope le plus stable de l’uranium, l’uranium-238, a une demi-vie d’environ 4 468 000 000 d’années. Il se désintègre en thorium-234 par désintégration alpha ou se désintègre par fission spontanée.