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 L'uranium

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كاتب الموضوعرسالة
فارس الاشهار
المدير العام


المزاج : رائق
المهنة : جامعي
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نقاط : 5937
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تاريخ التسجيل : 27/05/2009
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الاوسمة : المدير العام

مُساهمةموضوع: L'uranium    الإثنين مايو 02, 2011 6:27 pm

L'uranium est un élément chimique de symbole
U et de numéro atomique 92. C'est un élément naturel assez fréquent :
d'abondance supérieure à celle de l'argent, comparable à celle du molybdène ou
de l'arsenic, quatre fois moins abondant que le thorium. Il se trouve partout à
l'état de trace, y compris dans l'eau de mer.



C'est un métal lourd radioactif (émetteur alpha) de période très longue
(~4,5 milliards d'années pour l'uranium 238 et ~700 millions pour l'uranium 235).
Sa faible radioactivité (additionnée à celle de ses descendants dans la chaine
de désintégration) génère une puissance de 0,1 watt par tonne, ce qui en fait
avec le thorium (quatre fois plus abondant, mais trois fois moins radioactif)
la principale source de chaleur qui tend à maintenir les hautes températures du
manteau terrestre, en ralentissant de beaucoup son refroidissement.



L'isotope 235U est le seul isotope fissile naturel. Sa fission
libère une énergie voisine de 200 MeV par atome fissionné. Cette énergie est
plus d'un million de fois supérieure à celle des combustibles fossiles pour une
masse équivalente. De ce fait, l'uranium est devenu la principale matière
première utilisée par l'industrie nucléaire.



Les réserves 3P (prouvées + probables + possibles) d'uranium étaient
estimées par l'AIEA à 5,4 millions de tonnes dans le monde en 2009réparties essentiellement entre l'Australie
(31 %), le Kazakhstan (12 %), le Canada (9 %) et la Russie
(9 %) ; la production mondiale s'est élevée quant à elle à environ
50 000 tonnes en 2009 [
répartis entre le Kazakhstan (28 %), le Canada (20 %), l'Australie
(16 %), la Namibie (9 %), la Russie (7 %), le Niger (6 %)
et l'Ouzbékistan (5 %).



Propriétés
chimiques









Valences III (rouge), IV (vert), V (instable) et VI
(jaune) de l'Uranium



De symbole U,
l'uranium est le dernier élément naturel du tableau périodique
de Mendeleïev. Chaque atome d'uranium possède 92 protons
et entre 125 et 150 neutrons.



À 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 dense.
De plus, l'uranium est l'atome le plus lourd (qui contient le plus de nucléons)
présent naturellement sur la Terre
.



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. Il est pyrophorique.



L’uranium a quatre
valences possibles (+III à +VI), les valences IV et VI étant les plus répandues
dans les minerais. Les conditions de passage de la valence IV à la valence VI
dépendent du potentiel d’oxydoréduction du milieu[13].



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 oxydes,
nitrates,
sulfates ou carbonates. 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 (UO2).



Enfin, les ions uranyle
()
se dissolvent très bien dans la plupart des acides, comme dans l'acide
nitrique
ou 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 :













Propriétés physique :



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'uranium enrichi en cet isotope est aujourd'hui
utilisé comme
combustible
nucléaire
dans les réacteurs nucléaires (voir cycle du combustible nucléaire) ou encore dans les armes nucléaires, que ce soient les bombes atomiques, ou comme amorce dans les bombes H.



Au contraire de l'uranium 235, l'uranium 238, lorsqu'il capture un neutron, ne fissionne pas (sauf neutrons rapides). Il devient de l'uranium 239 instable qui, par désintégration β − , va se transformer en neptunium 239. Or ce dernier est lui aussi radioactif β − , et va alors donner
naissance à un nouveau
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 molécule de
CO2 produit[22]:
l'ordre de grandeur des énergies libérées par les combustibles nucléaires est
un million de fois plus importante que celle des énergies fossiles chimiques.



Le potentiel d'énergie de l'uranium n'est exploité que très
partiellement dans les réacteurs actuels, mais la différence reste nette :
1 kg d'uranium naturel permet la production d'environ 500 000
MJ[23] dans un réacteur conventionnel, à comparer avec les
39
MJ obtenus par 1 kg de gaz naturel, 45 MJ
pour 1 kg de
pétrole, et 20 à 30 MJ pour le charbon[24].


Les isotopes de l'uranium naturel




L'uranium a 17 isotopes, tous radioactifs, dont 3 seulement sont présents à l'état naturel : 238U ;
235U et 234U. On trouve 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.



- 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'uranium-plomb ou à l'uranium-thorium.



Quelles que soient les teneurs en uranium des milieux, les proportions
entre les deux principaux isotopes formant l'uranium naturel sont pratiquement
les mêmes :
238U : 99,28 % ; 235U :
0,71 %.







La proportion d'235U décroît à l'échelle des
temps géologiques. Leur rapport de formation dans une supernova est de un à
1,65 [25],
c'était (approximativement) la proportion de l'uranium présent sur Terre il y a
~4,5 milliards d'années, ce qui est juste inférieur à l'âge de la
formation de ces isotopes (voir formation et évolution du système solaire).







Il y a deux milliards d'années, lors de la période de fonctionnement du réacteur nucléaire naturel d'Oklo, la proportion d'235U
était encore de près de 4 %, ce qui a permis à ce gisement d'atteindre la
criticité, lors de la précipitation des composés dissouts formant le nouveau
minerai.



- Le troisième isotope 234U appartient à la chaîne de désintégration de l'238U.
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 transition α donnant 234Th,
puis deux
transitions
β-
donnant 234Pa,
puis 234U). Quand il est à l'équilibre séculaire, la proportion
entre
238U et 234U est égale au rapport des demi-vies,
soit 0,0056 %.



Cependant, les rapports isotopique peuvent varier légèrement d'un
gisement à l'autre, entre 0,005 % et 0,006 % pour l'234U
[26], du fait d'une légère différence de
comportement dans le changement U6+↔ U4+
[27]. Le rapport isotopique 234U/238U
peut être perturbé par différents processus environnementaux, tandis que le
rapport
235U/238U reste assez largement constant[11].



L'industrie nucléaire produit deux autres isotopes artificiels de
l'uranium, relativement stables à échelle humaine :







  • L'isotope
    236 est produit en réacteur par irradiation de l'isotope 235, qui dans
    près de 18 % des cas ne fissionne pas mais absorbe un neutron. Il
    tend à s'accumuler dans l'uranium de recyclage, dont il augmente fortement
    la radioactivité, et dont (étant neutrophage) il diminue le potentiel
    énergétique.
    Bien qu'ayant une demi-vie de 23 millions d'années, presque du
    centuple de celle de l'isotope 234, cet isotope a disparu depuis longtemps
    dans la nature. Son produit est du thorium 232, qui s'est
    « confondu » au thorium 232 « initial » et se trouve à
    présent majoritairement sous cette forme ainsi que des éléments de sa chaîne
    de désintégration.

  • L'isotope
    233 est un élément fissile produit en réacteur par irradiation du thorium.
    Il est à la base du cycle du thorium. Sa demi-vie de 159 000 ans est
    largement supérieure à celle du plutonium








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