Gazette Nucléaire

L'URANIUM C'EST QUOI ?

1 - Pourquoi l'uranium ? et pourquoi appauvri ?
Pour le fabricant d'obus, ce qui est recherché c'est d'abord un matériau de forte densité pour concentrer dans un minimum de volume l'énergie cinétique considérable du projectile et augmenter ainsi son pouvoir de pénétration dans un blindage affaibli (chauffé) par des explosifs chimiques. Probablement recherche-t-on donc aussi un matériau réfractaire qui ne se vaporise pas trop au cours de sa trajectoire dans la cible.

2 - En fait, probablement l'uranium parce que appauvri, un sous-produit bon marché de l'industrie nucléaire.
L'uranium naturel comporte deux isotopes : l'²³⁸U à 99,3%. et l'²³⁵U à 0,7%. L'²³⁵U, soumis à un bombardement de neutrons, fissionne en produisant d'une part de l'énergie -c'est ce qui est recherché- d'autre part des neutrons. Ce sont ces neutrons qui peuvent amorcer la réaction en chaîne à l'oeuvre dans les centrales nucléaires…et dans les bombes. C'est l'²³⁵U qui est le "combustible" nucléaire, que ce combustible soit pur ou reste plus ou moins dilué dans le ²³⁸U. Dans les bombes, on utilise de l'uranium enrichi à 95 % en ²³⁵U (actuellement les bombes sont au ²³⁹Pu produit dans les réacteurs nucléaires). Les centrales de la filière graphite-gaz (française), par contre, ont fonctionné à l'uranium naturel malgré la grande dilution de l'élément fissile, mais aujourd'hui les centrales fonctionnent à l'uranium nrichi (on passe de 0,7 à 3 ou 4%).

(suite)

suite:
Il faut donc des usines de séparation isotopique pour enrichir l'uranium en sa composante fissile ²³⁵U. Mais qui dit enrichissement des uns dit appauvrissement des autres. D'où sinon tirerait-on ²³⁵U ? Si on séparait totalement les 2 isotopes, on obtiendrait à partir de 5 tonnes d'uranium naturel -> 1 tonne de combustible enrichi à 3,5% et 4 tonnes de "déchet" d'uranium ²³⁸U pur. De fait à Eurodif on produit environ 750 kg d'uranium enrichi (à 3,5% d'²³⁵U)) et 4 250 kg d'uranium appauvri (à 0,2% d'²³⁵U) pour 5 000 kg d'uranium naturel.
L'uranium appauvri ou sa composante essentielle ²³⁸U sont-ils vraiment des déchets ? En l'état du nucléaire on peut répondre oui. En effet l'²³⁸U est dit "fertile" car dans la filière des surrégénérateurs, il est transformé en élément fissile :

²³⁸U+n®²³⁹U®²³⁹Np®²³⁹Pu

Le ²³⁹Pu est fissile et donc utilisable comme combustible aussi bien dans les réacteurs à neutrons rapides que dans les autres.

3 - radioactivité de l'uranium naturel (chaîne du 238)
Les éléments sont rangés par ordre de période et non selon l'ordre de la chaîne de décroissance. C'est l'²³⁸U qui alimente toute la chaîne.

début p.13

constituant de la chaîne

238U

234U

226Ra

210Pb

210Po

222Rn

214Bi

214Po

période

4,47 milliards d'années

245000

ans

1600

ans

22,3

ans

138

jours

3,82

jours

19,9

minutes

164 micro secondes

quantité à l'équilibre

2,9 kg

0,16g

1mg

13µg

219ng

6,4ng

22,5pg soit

63 109 atomes

8700 atomes

activité

37 millions de becquerel (37 MBq) chacun

4 - Radioactivité de l'uranium appauvri
     Un petit rappel:
     Actuellement sont entreposés en France environ 250'000 tonnes d'uranium appauvri à Bessines. La gazette vous a explicité les dangers potentiels d'un tel entreposage. En effet on compte souvent la radioactivité du premier élément et on laisse tomber les autres. or comme il existe des éléments à vie courte et non émetteurs alpha mais émetteur béta,gamma, l'uranium même appauvri reste un corps radioactif.
     En effet l'²³⁸U n'existe pas pur.
     ²³⁸U (4,4 milliard ans)®(a)®²³⁴Th (24 jours)®(b)®²³⁴Pa 234 (1,4 mn)®(b)®²³⁴U 234 (250'000 ans) ®(a)®²³⁰Th 230 (75000 ans)
     Il est donc faux d'affirmer que l'uranium appauvri n'est qu'émetteur alpha. Après quelques mois le ²³⁴Th et le ²³⁴Pa sont à l'équilibre (pour le ²³⁴Th 5 périodes soit 120 jours® 3% de l'activité du 238).
     En conséquence dans un stock d'uranium appauvri les deux descendants apparaissent et contribuent à l'émission bêta gamma des matériaux. La chaîne s'arrête à cet endroit pour nous car le descendant suivant l'²³⁴U, émetteur alpha, a une période de 250'000 ans. Et tous les autres éléments de la chaîne jusqu'au ²¹⁴Pb sont des émetteurs alpha.
En ce qui concerne la composante ²³⁵U, présente pour 0,002%, elle est quai négligeable face au 238:

²³⁵U (0,7 milliards ans)®(a)®²³¹Th (26h)®(b)®²³¹Pa

sur lequel la chaîne se bloque (émetteur alpha de période 33'000 ans)

(suite)

suite:
Si on compare la radioactivité de l'uranium naturel et de l'uranium appauvri on obtient :

produit	activité pour 2,9kg (MBq)
uranium dans la nature	178 (toute la chaîne)
uranium naturel après traitement	25 (²³⁸U et ²³⁴U)
uranium naturel après traitement et stocké	51 (²³⁸U, ²³⁴U, ²³⁴Th, ²³⁴Pa)
uranium appauvri pur	12 (²³⁸U)
uranium appauvri stocké	38 (²³⁸U, ²³⁴Th, ²³⁴Pa)

donc l'uranium appauvri n'est que faiblement moins radioactif que l'uranium naturel.

fin p.13

5- Les effets biologiques de cette radioactivité
     Le danger peut résulter de l'irradiation due aux émetteurs béta et gamma. Il peut aussi résulter d'une contamination.
     Si on tient compte des éléments présents dans l'uranium et connaissant les limites "admissibles" pour le public :
     - limite annuelle d'inhalation®3'000 Bq
     - limite annuelle d'ingestion (produit soluble)®50'000 Bq
     - limite annuelle d'ingestion (insoluble)®800'000 Bq
     On peut se livrer à quelques estimations.
     On admet aussi une contamination de surface de 0,1 Bq/cm²
     Chaque obus contient entre 300g et 1 kg d'uranium. Si on considére que un tiers de la charge se vaporise on disperse environ de 1 à 3 MBq d'uranium et 3 à 9 MBq d'émetteurs béta/gamma (thorium 234 et protactinium 234).
     En prenant la fourchette basse on arrive pour chaque obus après tir pour la poussière dispersée environ à :
     - 400 fois la limite annuelle pour l'inhalation,
     - 20 fois la limite annuelle pour l'ingestion (soluble).

     On est loin de l'innocuité annoncée.
     Clairement cette arme est dangereuse.
     Mais je vous le rappelle tous les stocks d'uranium appauvri le sont et donc ceux de Bessines entre autres.
     Par ailleurs, les stocks d'uranium de recyclage (celui qui vient du retraitement, 96 % du combustible usé) le sont aussi, avec en prime un peu de produits de fission, des actinides et de plutonium. Certes il y en a moins que de l'appauvri mais beaucoup (trop) aussi.
     Et il semble que le "Depleted Uranium" américain est de l'uranium de recyclage et non de l'uranium appauvri résidu de l'enrichissement. En effet les analyses ont montré la présence d'uranium 236, uranium artificiel qui se crée dans les réacteurs. Des analyses plus complètes révèlent le présence de plutonium, de neptunium et d'américium. Il doit aussi être possible de trouver des produits de fission...
     En complément, un tableau du "Rézo":

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