Uranium

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L'uranium est un élément chimique de symbole U et de numéro atomique 92.
Uranium

L'uranium est un élément chimique de symbole U et de numéro atomique 92.

Découverte de l'uranium

Minerai d'uranium L'uranium a été mis en évidence en 1789 par le chimiste prussien Martin Heinrich Klaproth en chauffant la pechblende (UO_2), 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 faite par William Herschel huit ans plus tôt (1781). Ce n'est que cinquante ans plus tard que le chimiste français Eugène Péligot établit que l'urane était composé de deux atomes d'oxygène et d'un de métal qu'il isola et nomma uranium. Henri Becquerel ne découvrit la propriété radioactive de l’uranium que beaucoup plus tard, en 1896, lorsqu'il constata que des plaques photographiques placées à côté de sels d'uranium avait été impressionnées sans avoir été exposées à la lumière du soleil. 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 naturel du tableau périodique de Mendeleïev. Chaque atome d'uranium possède 92 protons et entre 135 et 148 neutrons. 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 dense. De plus, l'uranium est l'atome le plus lourd (qui contient le plus de nucléons) 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, ce qui représente tout de même 4, 5 milliards de tonnes d'uranium dans les océans ! L'uranium est vraiment 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 tout de même relativement répandu dans l'écorce terrestre, notamment dans les terrains granitiques et sédimentaires. La concentration d'uranium dans ces roches est de l'ordre de 3 g/tonne. À titre d'exemple, un jardin carré de 20 m de côté contient, pour une profondeur de 10 m, environ 24 kg d'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. De plus, l'élément uranium se retrouve toujours en combinaison avec d’autres éléments tels l'oxygène, l'azote, le soufre, le carbone. 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_2). Enfin, les ions uranyles (UO_2^) 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 : UO_2^ + 2NO_3^- \longrightarrow UO_2(NO_3)_2

Radioactivité - Une des origines de la chaleur interne de la Terre

A l'époque géologique actuelle, la 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 rayonnements \gamma, qui sont de l'énergie à l'état pur. Des milliards de milliards de désexcitations \gamma 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. 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 dix-sept isotopes, tous radioactifs, dont trois seulement sont présents à l'état naturel : U ; U et 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 : 238U : 99, 28% ; 235U : 0, 71% ; 234U : 0, 0054%. On trouve donc dans une tonne d'uranium naturel pur 7, 1 kilogrammes d'U235 et 54 grammes d'U234, le reste étant de l'U238. L'isotope 234 est toujours présent sur Terre, à l'état de traces, bien qu'il ait une demi-vie de seulement ans, car il est constamment généré par l'isotope 238 (après 3 radioactivités : α, \beta-, \beta-). L'isotope 236 s'est éteint depuis longtemps, bien qu'ayant une demi-vie presque centuple.

Produit fissible naturel

L'uranium 235 est le seul nucléide naturel qui soit fissile, ou fissible : il est donc susceptible de subir la fission nucléaire. 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 \beta-, va se transformer en neptunium 239. Or ce dernier est lui-aussi radioactif \beta-, 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.

Utilisation

Pastilles de combustible nucléaire uranium À l'origine, le minerai d'uranium était utilisé dans la céramique et la faïence pour ses pigments jaune, orange et vert. Les uraniums 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.

Contrôle des matières nucléaires

L'uranium est une matière nucléaire dont la détention est réglementée (Article R1333-1 du code de la défense).

Combustible nucléaire

L'uranium est aujourd'hui utilisé comme combustible nucléaire dans les réacteurs nucléaires (voir cycle du combustible nucléaire).

Armes nucléaires

L'uranium enrichi (en uranium 235) peut aussi servir à la réalisation d'armes nucléaires comme les bombes atomiques (bombes A ou « bombes à fission »), ou les bombes H (« bombes à fusion » ou encore « bombes à hydrogène »).

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 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 et guerre en Irak) et du Kosovo. L'uranium appauvri est aussi utilisé, avec un complément de plutonium, comme nouveau combustible nucléaire (combustible MOX). Cependant, l'uranium appauvri peut produire, à courte distance, les mêmes radiations qu'une explosion nucléaire (?) et provoquer de graves problèmes sur le corps humain.

Gisements et exploitation

Voir aussi


- Contrôle des matières nucléaires
- Énergie nucléaire
- Tableau périodique des éléments
- Table des isotopes
- Extraction de l'uranium
- Cycle du combustible nucléaire

Notes et références

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Sujets connexes
Acide   Acide fluorhydrique   Acide nitrique   Alpes   Arme nucléaire   Atome   Azote   Bombe A   Bombe H   Carbone   Chaleur   Chimiste   Combustible MOX   Combustible nucléaire   Contrôle des matières nucléaires   Cycle du combustible nucléaire   Céramique   Datation radiométrique   Densité   Dureté   Eau   Enrichissement de l'uranium   Extraction de l'uranium   Faïence   France   Granite   Guerre du Kosovo   Henri Becquerel   Isotope   Isotope fertile   Liste des éléments par symbole   Martin Heinrich Klaproth   Mendeleïev   Minerai   Métal   Neptunium   Neutron   Nickel   Noyau atomique   Nucléide   Nucléon   Numéro atomique   Oxygène   Pechblende   Plaque photographique   Plutonium   Proton   Prusse   Radioisotope   Rhône   Réacteur nucléaire   Réacteur à neutrons rapides   Soufre   Table des isotopes   Tableau périodique des éléments   Terre   Uranium appauvri   Uranus (planète)   William Herschel  
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