Qu'est-ce que l'uranium et comment est-il utilisé pour fabriquer des armes nucléaires et produire de l'énergie ?

La guerre entre les États-Unis et Israël d'une part, et l'Iran d'autre part, a une nouvelle fois remis à l'ordre du jour la question des armes nucléaires et le risque de prolifération de ces armes.

Selon les estimations de l'Union scientifique américaine et de la Coalition internationale pour le contrôle des armements, neuf pays possèdent actuellement ou sont soupçonnés de posséder des armes nucléaires : les États-Unis, la Russie, la Chine, la France, le Royaume-Uni, l'Inde, le Pakistan, la Corée du Nord et Israël.

L'Iran ne dispose pas d'armes nucléaires.

Les bombes nucléaires n'ont été utilisées que deux fois dans l'histoire, lorsque les États-Unis ont largué deux bombes atomiques sur les villes japonaises d'Hiroshima et de Nagasaki en août 1945. À la fin de cette année-là, environ 140 000 personnes étaient mortes à Hiroshima et 74 000 à Nagasaki.

Outre l'onde de choc et les températures élevées, les armes nucléaires émettent des radiations pouvant provoquer de graves maladies dues à l'empoisonnement par radiation, dont les effets peuvent perdurer bien au-delà du moment de l'explosion.

Mais avant que l'uranium ne devienne le principal matériau utilisé pour la fabrication d'armes nucléaires, comment a-t-il été découvert et quelles étaient ses utilisations civiles ?

Qu'est-ce que l'uranium ?

L'uranium est un minéral naturellement radioactif qui possède une grande capacité à générer des températures élevées grâce à un processus nucléaire appelé « fission nucléaire », c'est-à-dire la division atomique de ce minéral.

La chaleur ainsi dégagée sert alors à faire bouillir de l'eau, et la vapeur qui en résulte actionne les turbines qui produisent de l'électricité.

À l'heure actuelle, plus de 30 pays dans le monde utilisent l'uranium pour produire de l'électricité. Le Kazakhstan est le premier producteur mondial d'uranium, suivi de l'Australie, de la Namibie, du Canada, de l'Ouzbékistan et du Niger.

Huit entreprises dans le monde contrôlent environ 85 % de l'ensemble de l'uranium, la société kazakhe Kazatomprom détenant un quart de cette part de marché.

Sur le continent européen, la France produit plus de 70 % de son électricité grâce à des centrales nucléaires. De grands pays comme les États-Unis, la Chine, la Corée du Sud et même l'Afrique du Sud ont fait d'énormes progrès dans cette technologie.

L'uranium pur est de couleur blanc fer ou gris argenté, mais le minerai à l'état brut peut être jaune, brun, noir ou vert, selon les composés qui l'accompagnent.

Le minerai d'uranium peut être extrait à ciel ouvert ou sous terre. Après l'extraction, le minerai est broyé et traité dans des usines spécialisées afin de séparer l'uranium des autres matériaux.

Une autre méthode, appelée « extraction in situ », est une technique minière moderne qui consiste à fondre les minéraux directement dans le sol et à les purifier en surface sans forer de grands trous ni transporter de roches.

Selon le ministère américain de l'Énergie, l'uranium extrait est généralement stocké et vendu sous forme d'oxyde d'uranium, également appelé « yellow cake ».

L'uranium est beaucoup plus lourd qu'il n'y paraît à l'œil nu, avec une densité d'environ 19 grammes par centimètre cube, soit un poids environ 1,7 fois supérieur à celui du plomb.

Le site web de l'Association nucléaire mondiale indique que, bien que l'uranium ne soit pas un élément majeur du système solaire, sa lente désintégration radioactive, associée à celle d'autres éléments radioactifs, libère une part importante de la chaleur de la Terre, chaleur qui joue un rôle dans le mouvement des plaques tectoniques.

Selon la même source, on pense que l'uranium s'est formé avant la formation de la Terre, lors d'explosions stellaires massives appelées supernovae, avant d'entrer dans la matière à partir de laquelle le système solaire s'est formé.

Au départ, l'uranium était principalement obtenu par extraction minière traditionnelle, où le minerai était broyé puis traité. Aujourd'hui, cependant, une part importante de la production mondiale est réalisée par extraction in situ, pour être finalement transformée en « yellow cake », une forme commerciale courante de l'uranium.

Qui a découvert l'uranium ?

Le chimiste allemand Martin Heinrich Klaproth fut le premier à identifier l'uranium en 1789. Il fit cette découverte en analysant des échantillons de minéraux appelés « spiralite », extraits des mines d'argent de la région de Joachimsthal, dans l'ancien royaume de Bohême, une zone qui fait aujourd'hui partie de la République tchèque.

Klaproth ne parvint pas à isoler l'uranium sous forme de métal pur, mais identifia l'un de ses composés et le baptisa « uran », un nom dérivé de la planète Uranus, qui avait été découverte quelques années plus tôt.

L'uranium était utilisé pour peindre le verre avec des rayons céramiques bien avant que son potentiel radioactif ne soit découvert, et certains de ses composés furent également utilisés aux débuts de la photographie.

Les propriétés radioactives de l'uranium ont été reconnues à la fin du XIXe siècle. En 1895, le physicien allemand Wilhelm Roentgen a découvert les rayons X en essayant de faire passer un courant électrique à travers un tube de verre.

Un an plus tard, le physicien français Henri Becquerel a découvert que les sels d'uranium émettaient des rayons invisibles capables d'agir sur des plaques photographiques même en l'absence de lumière. Cette découverte a marqué le début de la compréhension du rayonnement naturel.

En 1898, Pierre et Marie Curie ont inventé le terme « radiogenèse » pour désigner ce phénomène, et la même année, ils ont réussi à isoler le polonium et le radium de la « spirale ». Le radium a ensuite été utilisé en médecine, principalement pour traiter certains cancers.

En 1900, le physicien français Paul Villard découvrit un troisième type de rayonnement, les rayons gamma, qui, tout comme les rayons X, possèdent un très grand pouvoir de pénétration. Cette découverte a progressivement aidé les scientifiques à acquérir une compréhension plus complète des différents types de rayonnements, notamment les particules alpha, les particules bêta et les rayons gamma.

À la fin des années 1930 et au début des années 1940, la compréhension de la physique nucléaire a connu un essor rapide. Les scientifiques ont découvert que la fragmentation d'un noyau atomique pouvait libérer une grande quantité d'énergie et, dans certaines conditions, provoquer une réaction nucléaire en chaîne.

La recherche nucléaire en Grande-Bretagne et aux États-Unis s'est ensuite accélérée, en particulier pendant la Seconde Guerre mondiale et avec l'émergence de la bombe atomique. Cela a conduit à la création de projets secrets à grande échelle, tels que le projet Manhattan mené par les États-Unis, qui a réuni un grand nombre de scientifiques et abouti à la fabrication d'armes nucléaires.

En 1945, ce projet aboutit à la fabrication des premières bombes atomiques. En juillet de cette année-là, le premier essai nucléaire eut lieu à Trinity, au Nouveau-Mexique, et en août 1945, les États-Unis larguèrent deux bombes atomiques sur Hiroshima et Nagasaki.

Aujourd'hui, l'uranium est utilisé comme combustible dans les centrales nucléaires commerciales pour produire de l'électricité. Il est également utilisé, directement ou indirectement, dans la fabrication d'atomes non radioactifs, c'est-à-dire d'isotopes destinés à des applications médicales, industrielles et de recherche, ainsi que dans les domaines militaire et de la défense.

L'uranium faiblement enrichi est utilisé comme combustible dans les réacteurs nucléaires commerciaux, tandis que l'uranium hautement enrichi est utilisé dans certains réacteurs de recherche, dans les systèmes de lancement par eau et dans la production d'armes nucléaires.

Selon l'Agence internationale de l'énergie atomique, les réacteurs de recherche servent à produire des neutrons, qui sont utilisés dans des applications scientifiques, médicales et industrielles. L'un des programmes les plus importants consiste en la production de l'isotope médical molybdène-99 en bombardant des cibles contenant de l'uranium-235 à l'intérieur du réacteur.

Le molybdène 99 se décompose ensuite en technétium 99m, un isotope radioactif largement utilisé en imagerie médicale, principalement pour le diagnostic de maladies telles que le cancer et les maladies cardiaques.

L'Agence internationale de l'énergie atomique indique que plus de 80 % des images médicales utilisées chaque année pour diagnostiquer des maladies telles que le cancer sont probablement dues à des produits radiopharmaceutiques, qui sont principalement produits dans des réacteurs de recherche nucléaire.