Extraction de l'uranium

L'industrie d'extraction de l'uranium est une industrie minière qui va de la prospection d'origine jusqu'au produit transportable, le yellowcake.



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L'industrie d'extraction de l'uranium est une industrie minière qui va de la prospection d'origine jusqu'au produit transportable, le yellowcake. Elle est membre du cycle du combustible nucléaire (ensemble d'opérations visant à apporter le combustible aux centrales nucléaires) et entre dans la chaîne de fabrication d'une bombe à l'uranium enrichi. Elle comprend les opérations successives suivantes :

Article détaillé : Uranium.
Etat initial : Minerai d'uranium
Etat final : yellowcake

Historique

Mine de Shinkolobwe. L'uranium de la bombe atomique lancée sur Hiroshima provenait de cette mine.

La première exploitation systématique de minerai radioactif est réalisée à Jáchymov (en allemand, Joachimsthal), une cité minière localisée dans ce qui est désormais la République tchèque. Marie Curie utilise de la pechblende provenant de Jáchymov pour isoler le radium, un descendant radioactif de l'uranium. Par la suite, et jusqu'à la Deuxième Guerre mondiale, l'exploitation minière vise essentiellement le radium. En France, la première exploitation est réalisée par Hippolyte Marlot à St Symphorien de Marmagne, pour extraire le radium[1]. Cet élément est utilisé comme composant de peintures phosphorescentes pour des cadrans de montres ou autres instruments, mais aussi pour des applications médicales (certaines applications sont désormais reconnues comme dangereuses pour la santé). L'uranium est alors un produit dérivé de ces applications, essentiellement utilisé comme pigment jaune.

Une demande spécifique en uranium apparaît au cours de la Deuxième Guerre mondiale. Le projet Manhattan, étudiant les applications militaires de l'énergie atomique, cherche à acquérir des stocks d'uranium en quantité suffisamment importante. Le gisement historique de Jáchymov, sous occupation allemande, n'étant pas accessible, les américains utilisent des minerais provenant de la mine de Shinkolobwe du Congo belge, apportés par l'Union Minière du Haut Katanga, mais aussi du Canada. En application d'une politique d'auto-suffisance, ils récupèrent aussi l'uranium présent dans des exploitations de vanadium, présents dans le sud-ouest des USA, mais de teneurs bien plus faibles. L'Union soviétique, qui n'a pas de stock d'uranium au début de son programme d'armes atomiques, a une démarche identique.

Géologie de l'uranium

Minéralogie

Minerai sédimentaire d'uranium
Pechblende

L'uranium est assez répandu dans l'écorce terrestre, que ce soit dans les terrains granitiques ou sédimentaires. La concentration d'uranium dans ces roches est de l'ordre de 3 g/tonne. À titre d'exemple, un jardin (constitué seulement de roche) carré de 20 m de côté contient ainsi, sur une profondeur de 10 m, à peu près 24 kg d'uranium.

L'uranium naturel est aussi présent dans l'eau. On trouve 3 mg/d'uranium par mètre cube d'eau de mer, soit mille fois moins que dans les roches. Le Rhône en charrie en effet près de 100 tonnes chaque année[réf.  nécessaire]. Cet uranium provient de l'érosion des reliefs comme les Alpes, due au ruissellement de l'eau. Du point de vue prospectif, la récupération de l'uranium dissout dans l'eau de mer a été étudiée au Japon sans cependant pouvoir conclure sur la faisabilité industrielle du procédé (en effet, les techniques d'extraction de l'uranium par matrice à échange d'ions est particulièrement gourmande en énergie et les coûts liés à son extraction sont exhorbitants, rendant pour le moment illusoire son extraction de l'eau de mer).

Le minerai naturel d'uranium est la pechblende, qui peut apparaître sous forme de filons métallifères. Dans la majorité des gisements cependant, l'uranium n'est présent qu'à l'état de traces. Concernant la cristallisation de l'uranium dans la nature, on connaît à peu près 300 minéraux divers, dont une grande quantité montre des cristallisations des plus remarquables (voir les cristaux de Autunite, Boltwoodite, Francevillite, Sengierite, Vanuralite et tant d'autre).

Selon les gisements, le minerai reconnu comme exploitable a une teneur de l'ordre de 1 à 2 kg d'uranium par tonne de minerai, soit au moins mille fois la concentration naturelle moyenne du sol. La concentration exploitable fluctue particulièrement fortement suivant les conditions d'exploitation et suivant le cours du minerai[note 1].

Prospection

La prospection de l'uranium utilise l'ensemble des outils géologiques classiques. Sa principale originalité est d'utiliser en outre des techniques de prospection radiologique : le passage de quelques dizaines de chocs par seconde à quelques milliers indique la proximité d'un affleurement présentant une concentration potentiellement intéressante.

L'uranium est un métal assez courant dans l'écorce terrestre, dont la caractéristique la plus remarquable est la radioactivité : il contribue surtout au bruit de fond radiométrique. Historiquement, l'outil de détection employé a été le compteur Geiger, dont les premiers modèles transportables (de l'ordre de 25 kg... ) sont apparus dans les années 1930. Le compteur Geiger est toujours utilisé actuellement, mais les mesures qui demandent plus de précision sont effectuées par un compteur à scintillation.

L'idée d'une prospection aérienne radiologique a été émise en 1943, par G. C. Ridland, géophysicien œuvrant à Port Radium (Canada). C'est désormais la technique la plus employée pour la prospection d'origine de l'uranium. L'extension du gisement est ensuite précisée par des moyens plus classiques : échantillonnages, puis forages prospectifs.

Gisements sous discordance

Le parc naturel de Kakadu, en Australie, dispose de 10% des réserves mondiales d'uranium

Les minéralisations uranifères de type discordance ont été découvertes pour la première fois à la fin des années 1960 dans les bassins de l'Athabasca (Canada) et de Mc Arthur (Australie). Leur richesse est exceptionnelle.

Les dépôts d'uranium se situent à l'interface entre un socle d'âge archéen à protérozoïque inférieur et une puissante couverture de grès du protérozoïque moyen. Ils sont le plus souvent associés à des failles à graphite et entourés de halos d'altérations argileuses de haute température. Les minéralisations ne sont pas clairement datées mais sont plus récentes que les couvertures sédimentaires.

Le modèle couramment admis pour la genèse de ces gisements est diagénétique hydrothermal, c'est-à-dire que le dépôt a lieu au cours de la diagenèse à la faveur de circulations de fluides. Une saumure particulièrement concentrée et oxydante percole dans le socle et s'enrichit en calcium, magnésium et uranium par dissolution de monazite, s'appauvrit en quartz et augmente sa température. Au contact d'un front rédox à la discordance, cette saumure dissout du quartz et précipite de l'uranium dans l'espace libéré. Des altérations, remobilisations et précipitations successives ont certainement lieu ultérieurement. [réf.  nécessaire]

Voir par exemple la configuration illustrée dans l'article réacteur nucléaire naturel d'Oklo.

Les mécanismes de minéralisation en Australie et au Canada sont assez identiques mais leurs formes et leurs emplacements différent sensiblement, ce qui amène les scientifiques à spéculer sur des mécanismes de réduction différents pour les deux bassins. Les géologues essayent cependant de comprendre ce qu'ils ont en commun pour trouver de nouveaux gisements de ce type. Enfin, l'ressemblance entre ce type de gisement et la conception actuelle du stockage des déchets radioactifs en couche géologique profonde intéresse fortement les chercheurs. [réf.  nécessaire]

Quelques sites remarquables

Article détaillé : Mines d'uranium en France.

Technique d'extraction

Le minerai d'uranium est classiquement produit dans des mines d'uranium à ciel ouvert (28 %[2]) ou par travaux miniers souterrains (43 %). Plus il y a peu de temps, une technique par injection de solutions acides ou basiques (lixiviation in situ) est utilisée pour l'extraction des gisements de grès (15 %). Ces techniques sont dites conventionnelles.

D'autres techniques telles la lixivation en tas (qui permettent d'exploiter secondairement des terrils) ou alors la récupération des eaux d'exhaure sont aussi mises en œuvre et qualifiées de non conventionnelles.

Les gisements sous discordance sont aujourd'hui (en 2003) les seuls gisements rentables d'uranium seul. Dans les autres cas, le minerai d'uranium est extrait comme co- ou sous-produit de l'extraction d'or, de cuivre ou de phosphate, rentable par elle-même.

Pour pallier la présence de radioactivité dans la mine d'uranium, l'industrie minière met en place des mesures de sécurité spéciales : par exemple des dispositifs d'arrosage et ventilation permanente pour diminuer l'irradiation et diminuer les concentrations de poussières et de radon.

Concentration en Yellowcake

Etat final : yellowcake

Les faibles concentration en uranium des minerais extraits rendent son transport économiquement non rentable, et imposent un traitement de concentration sur place. Le concentré de yellowcake est préparé aux abords de la mine par de nombreuses méthodes d'extraction et de raffinage, dépendant du type de minerai. On extrait typiquement d'une tonne de ce minerai à peu près 500 g de yellowcake.

Article détaillé : Yellowcake.

Le minerai est dans un premier temps réduit mécaniquement en une poudre fine par concassage, en le faisant passer à travers une série de concasseurs et de tamis.

Il est ensuite traité par diverses opérations chimiques dans des bains concentrés d'acide, de base, ou de peroxide, pour dégager l'uranium par dissolution.

Le yellowcake est obtenu par précipitation de la solution, filtration puis lavage, séchage et emballage. Le résultat est une pâte jaune dont la teneur en uranium est de 750 kg/tonne.

Économie minière de l'uranium dans le monde

Production

10 pays produisent 94 % de l'uranium extrait dans le monde

La production mondiale d'uranium atteignit 45 103 tonnes en 2001, dont 34% provient du Canada, le pays principal en matière de production d'uranium.

Le minerai d'uranium est assez bien distribué géographiquement avec de nombreux autres pays producteurs. En 2006, les principaux pays producteurs (pour une production globale de l'ordre de 40 000 tonnes d'U) sont :

Le reste de la production (moins de 20%) se partage entre petits producteurs tels surtout l'Afrique du Sud, l'Ouzbékistan, l'Ukraine, et les États-Unis.

On compte en France près de 170 anciens sites d'extraction et de traitement des minerais d'uranium. Tous ces sites ont représenté une production d'environ 72 800 tonnes d'uranium. L'activité minière française, pour l'extraction d'uranium en tout cas, a pris fin en mai 2001 avec la fermeture de la mine souterraine de Jouac/Le Bernardan, en Haute-Vienne, qui était exploitée par Cogéma. Certaines mines françaises servent actuellement comme sites d'entreposage des résidus de traitement et des déchets radioactifs importés[3], [4].

Réserves mondiales

Les réserves mondiales prouvées d'uranium, c'est-à-dire les ressources récupérables à moins de 80/kg U, atteignent un total mondial de 2516 milliers de tonnes, hors Chili et Chine (AIEA/OCDE 2001) [5]. Principales ressources se trouvent en Australie (26%), au Kazakhstan (17%), au Canada (12%), en Afrique du Sud (9%), au Brésil (6, 4%), en Namibie (5, 7%), en Russie (5, 5%), aux États-Unis (4, 1%), en Ouzbékistan (3, 6%), en Mongolie (2, 4%), en Ukraine (1, 7%), au Niger (1, 2%) et en Algérie (1%).

Les réserves prouvées correspondent à cent quarante ans de production[6] ce qui est un ordre de grandeur courant en matière de prospection minière ; l'équilibre se faisant lorsque les conditions ne justifient pas un effort de prospection supplémentaire[7]. Cette évaluation est particulièrement fortement dépendante des conditions économiques. Selon l'Agence pour l'énergie nucléaire, il y a toujours assez d'uranium pour répondre à la demande mondiale pendant au moins un siècle[8] à condition que cette demande n'augmente pas. La consommation d'uranium représente 5, 8% de la production énergétique contre 33, 2% pour le pétrole[9], si l'uranium devait remplacer le pétrole il faudrait diviser par six cette durée.

Cours de l'uranium

La demande en uranium a connu un pic historique à partir des années 1950, avec le début de la course aux armements nucléaires de la guerre froide. La demande militaire s'atténua dans les années 1960, ainsi qu'à la fin des années 1970, les programmes d'acquisition s'achevèrent, un niveau de destruction mutuellement assuré (MAD) étant atteint.

Les années 1970 virent une nouvelle demande émerger avec le démarrage de l'énergie nucléaire civile, et la construction de centrales nucléaires. Cette demande s'effondra au début des années 1980, d'une part parce que les constructions de centrales étaient achevées, et d'autre part parce que la pression d'opinion antinucléaire suite aux catastrophes de Three Mile Island et en particulier Tchernobyl entraîna dans de nombreux pays un moratoire de fait sur la construction de nouvelles centrales.

Le prix de l'uranium avait atteint 43 US/lb U3O8 en 1978, et était de 32.90 US/lb U3O8 en 1981. Il a atteint un minimum historique de 7 US/lb en 2001.

Depuis 2001, son prix est remonté à 113 US/lb en 2007[10], atteignant quasiment les hauteurs historiques de 1977 après correction de l'inflation. Cette hausse est due à de nombreux facteurs structurels[11] :

Les experts prévoient le doublement du nombre de centrales d'ici 2050, sans compter les besoins probables d'une industrie chinoise émergente. Les stocks prévisibles à cette échéance sont insuffisants pour faire face à la demande, justifiant une hausse des cours.

Cette remontée des cours a donné un coup de fouet à l'expansion des mines actuelles. Parallèlement, de nouvelles mines sont ouvertes (ou d'anciennes mines sont rouvertes), et la prospection minière a été relancée. Mais il faut des années pour mettre une mine en production, et ces ajustements économiques n'auront d'effet qu'à plus long terme.

Impact environnemental d'une mine d'uranium

L'uranium est un élément faiblement radioactif, qui ne présente pas de danger pour l'environnement s'il reste dans son état naturel. Cependant, après le démantèlement d'une mine d'uranium, il reste plus de 80% des radioisotopes dans les collines de déblais. Le vent diffuse des particules radioactives dans l'ensemble des directions. L'eau ruisselante est contaminée et s'infiltre dans les nappes phréatiques ou les ruisseaux.

Une mine d'uranium en exploitation produit de nombreux déchets :

Ces déchets exposent l'environnement à la radioactivité des radioisotopes, qui peut entraîner une contamination radioactive des humains, de la faune et de la flore. Qui plus est , certains déchets ont non seulement un danger lié à la radioactivité mais également un risque lié à la toxicité des produits chimiques conventionnels tels que l'acide sulfurique et les métaux lourds, résidus du traitement du minerai d'uranium. Enfin, il faut aussi considérer les nuisances de la mine dues à :

La CRIIRAD a mené en décembre 2003 une inspection à Arlit (Niger) où se trouvent des mines d'uranium exploitées par l'industrie nucléaire française (Cogéma-Areva). De nombreuses irrégularités ont été pointées dans le rapport final, quoique l'inspection ait été perturbée par la confiscation du matériel et diverses obstructions de la part des autorités nigériennes et de la Cogéma[12].

Selon l'Institut écologique d'Autriche[13], l'exploitation des mines d'uranium et les opérations de traitement du combustible usé sont les étapes du cycle du combustible nucléaire qui contribuent le plus aux doses radiatives dues à l'énergie nucléaire[14] (en tenant compte d'un fonctionnement normal et de «petits» incidents, c'est-à-dire en excluant les essais nucléaires et les accidents graves tels que la catastrophe de Tchernobyl).

Séquelles d'exploitation : Elles peuvent durer longtemps. En France où la dernière mine a été fermée en mai 2001, la surveillance des anciennes mines d'uranium (210 sites, répartis sur 25 départements selon l'IRSN [15]) se fait sous le contrôle de l'IRSN[16], les données anciennes devant être stockée dans une Base de donnée nationale des sites miniers d'uranium utilisable par les générations actuelle et futures (Programme MIMAUSA). L'IRSN selon son site internet[17] a réalisé des expertises les mines du Limousin, les mines de Saint-Pierre (Cantal) , les méthode d'évaluation de l'impact des sites de stockage de résidus de traitement de minerais d'uranium, la Division Minière de La Crouzille (Haute-Vienne) et hors de France les Mines d'uranium du Niger (principales d'Afrique)

Notes et références

Notes

  1. Pour fixer les idées, à la fin des années 1970, au plus fort des cours de l'uranium, on estimait qu'un doublement des cours rendrait la moitié de la Bretagne exploitable. Depuis, les cours ont été quasiment divisés par dix.

Références

  1. Guiollard Pierre-Christian : L'Uranium Du Morvan Et Du Forez.
  2. Livre rouge de l'OCDE/ÆN
  3. Inventaire national des déchet, ANDRA 2006, [1]
  4. L'IRSN a mis en ligne une base de données nationale des sites miniers d'uranium (programme [2]).
  5. Voir Courrier international, selon CEA/DSE et AIE/OCDE, 1/1/1999.
  6. Statistiques énergétiques de l'Union Européenne
  7. Voir [3]
  8. Communiqué de presse de l'ÆN
  9. Agence internationale de l'Energie, chiffres 2008 : http ://www. iea. org/stats/balancetable. asp?COUNTRY_CODE=29
  10. Voir en : http ://www. miningmx. com/energy/801287. htm
  11. Voir http ://www. moneyweek. com/file/25277/seven-reasons-the-uranium-price-will-hit-100-this-year. html pour une analyse économique de la hausse des cours.
  12. Microsoft Word - Note CRIIRAD 0340 ARLIT V4 (PDF)
  13. Enquête radio-écologique autour de l'usine de transformation du minerai d'uranium MAPE, Bohême du sud, République tchèque
  14. En France, la dose annuelle moyenne correspond pour 70% à l'exposition naturelle (radon, rayonnements terrestres et cosmiques, eau et aliments) et pour 30% à l'exposition artificielle (28, 5% pour le médical, 1, 5% pour l'industrie électronucléaire, la recherche ou les essais nucléaires militaires). Voir la fiche d'information page 4 de l'ASN
  15. L'exploitation du minerai d'uranium en France métropolitaine : impact environnemental et risque pour la population, consulté 2010 01 17
  16. La surveillance des anciennes mines d'uranium
  17. Site IRSN consulté 2010 01 17

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