Partout présent dans la croûte terrestre à l'état de traces (2 ppm¹ ) ou dans l'eau des océans (3 ppb² ), l'uranium peut atteindre des concentrations allant jusqu'à ±1 % dans les roches primaires (granites & schistes) ou tertiaires (calcaires), qui constituent les gisements miniers répartis sur tous les continents, dont la pechblende est l'une des formes les plus répandues. Mais il faut rappeler que la première utilisation de l'uranium a été la faïence et la céramique où il servait à la préparation de pigments jaune, orange et vert par extraction d'oxydes (uraninite, vanadate, carnotite) ou de phosphates (autunite).

Comme pour le charbon ou le pétrole, entre l'extraction et l'utilisation en combustible dans une centrale thermique, la production d'énergie par l'uranium est soumise à plusieurs étapes. Ces étapes industrielles constituent l'amont du cycle du combustible nucléaire (voir la rubrique sur www.energethique.com) :
- prospection des gisements,
- extraction du minerai,
- concentration en uranium des minerais sur les lieux d'extraction (le minerai d'origine ne contient généralement que ±1 % d'uranium),
- conversion du concentré d'uranium sous forme d'hexafluorure (UF₆),
- enrichissement de l'UF₆ en isotope ²³⁵U pour passer de la concentration naturelle de 0.72 % de ²³⁵U/²³⁸U à environ 3 à 4 % (en fonction du type de réacteur d'utilisation),
- fabrication du combustible par conversion de l'UF₆ en pastilles frittées d'UO₂ empilées dans les crayons, lesquels sont regroupés en assemblage.


¹ 2 parties par million, 2.10-6 ou encore 2 millionièmes de la masse de matériaux observés
² 3 parties par billion, 3.10-12

2. CARACTERISTIQUES DE L'URANIUM        
Sur le plan chimique, l'uranium, élément de numéro atomique Z = 92 fait partie de la famille des actinides [qui compte quinze éléments de l'actinium (Z = 89) au lawrencium (Z = 103)]. C'est l'élément naturel le plus lourd. Il comprend de nombreux isotopes, dont les plus importants sont ²³⁸U (fertile) à 99,27 %, ²³⁵U (fissile) à 0,72 % et ²³⁴U à 0,005 %, outre ²³²U, ²³³U, ²³⁶U, ²³⁷U et ²³⁹U.

S'ensuit l'étape de délimitation du gisement, d'évaluation des ressources (confirmées et additionnelles estimées) et des coûts d'exploitation. Si la décision d'exploiter le gisement est prise, débute alors une longue démarche administrative et juridique (permis de recherche, concession, permis de construire et

4. EXTRACTION MINIÈRE        

Le gisement actuellement le plus riche et le plus important en cours d'exploitation avec environ 30 % de la production mondiale est canadien, dans la province du Saskatchewan, avec des teneurs de quelques pourcents et parfois plus de 10 %. Viennent ensuite les mines australiennes et d'Afrique du Sud et Centrale. La mise en exploitation récente d'un gisement d'uranium au Kazakhstan par Areva répond à la volonté du groupe de poursuivre sa stratégie de diversification de ses sources d'approvisionnement.

Après concassage et broyage du minerai, l'uranium en est extrait par réactions chimiques (acide ou basique) dans une solution aqueuse. La solution uranifère, avec un taux de récupération d'uranium supérieur à 90 %, est ensuite traitée par précipitation ou extraction sur des résines échangeuses d'ions afin de purifier et de concentrer l'uranium. Ce concentré est alors précipité sous forme d'uranate qui constitue finalement le "yellow-cake" (NH₄)₂U₂O₇ titrant entre 65 et 70 % en masse d'uranium métal. Cet aggloméré de poudre, chimiquement très stable, est alors mis en conteneurs aisément transportables.

Le procédé commence par le raffinage qui comporte la dissolution du "yellow-cake" par l'acide nitrique, puis l'extraction d'une solution de nitrate d'uranyle purifié à l'aide d'une solution de phosphate (tri-butyl-phosphate TBP). Les opérations de conversion proprement dites suivent les étapes suivantes :
- précipitation de l'uranate par addition d'ammoniac à la solution purifiée de nitrate d'uranyle,
- filtration à chaud de la solution pour produire de l'oxyde d'uranium (VI),
- réduction de l'UO₃ en UO₂ à 1073 K sous l'action de l'hydrogène produit par le craquage de NH₃,
- conversion à chaud de l'UO₂ en UF₄ par l'attaque à l'acide fluorhydrique gazeux (HF),
- combustion de l'UF₄ en présence de fluor (F₂) dans un réacteur à flamme (2073 K), conduisant à la production de l'UF₆.

7. ENRICHISSEMENT        

Les deux méthodes industriellement exploitées ont un pouvoir séparateur très faible et nécessitent un très grand nombre d'étapes successives, en cascade, pour obtenir le taux d'enrichissement désiré : de 3 à 5 % pour les combustibles électronucléaires et à plus de 90 % pour les applications militaires en partant de 0,72 % d'²³⁵U/U. Les cascades sont conçues pour optimiser le niveau d'enrichissement (flux entrant, flux enrichi, flux appauvri) exprimé en Unités de Travail de Séparation – UTS. Un Réacteur à Eau Pressurisée (REP) consomme environ 100 000 UTS/an, à raison de 5 UTS/kg d'U enrichi à 3,7 %. Cette opération se termine par la conversion de l'UF₆ enrichi en poudre d'UO₂ par des procédés de précipitation et d'asséchage.

Les 1.400 étages de diffusion gazeuse montés en série à l'usine Georges Besse de la société EURODIF, située à Pierrelatte, ont été mis en service en 1978. Ils fournissent près du quart des UTS produites annuellement dans le monde. A terme, la diffusion gazeuse sera remplacée par l'ultracentrifugation (procédé URENCO), bien moins onéreuse et vorace en énergie (l'usine de Pierrelatte, à pleine charge, nécessite trois des quatre réacteurs EDF de 900 Mw de la Centrale du Tricastin).

8. FABRICATION DU COMBUSTIBLE        

Après rectification les pastilles d'UO₂ se présentent sous forme de cylindres : h = 15 mm, Ø = 8,2 mm. Elles sont alors empilées dans des tubes de zircaloy 4, longs de 4 mètres, placés sous pression d'hélium et forment ainsi les aiguilles combustibles. Ces aiguilles sont rassemblées dans des assemblages de 17 x 17 selon le standard d'EDF.

La réduction des arsenaux nucléaires stratégiques libère d'importantes quantités d'U très enrichi, tandis que l'évolution des technologies des réacteurs en permet une meilleure utilisation.
Mais surtout deux ressources énormes sont d'ores et déjà disponibles :
- la technologie des réacteurs à neutrons rapides (Phénix),
- l'utilisation du thorium,
elles portent la disponibilité des ressources d'énergie nucléaire à plusieurs milliers d'années, c'est-à-dire bien supérieures au pétrole, au gaz et au charbon réunis, tout en évitant leurs nuisances pour l'environnement