Mine d'uranium

L'industrie d'extraction de l'uranium est une industrie minière qui va de la prospection initiale jusqu'au produit transportable (le yellowcake). Elle fait partie du cycle du combustible nucléaire (ensemble d'opérations visant à fournir le combustible aux centrales nucléaires) et est nécessaire pour la fabrication d'une bombe à l'uranium enrichi. Elle comprend les opérations successives suivantes :

• la prospection de nouveaux gisements,
• la préparation d'un site pour l'exploitation d'un gisement (autorisations, conception et installation des équipements, construction éventuelle des ouvrages d'accès),
• l'extraction du minerai, extrait seul ou en tant que co- ou sous-produit de l'extraction d'or, de cuivre ou de phosphate.
• la concentration de l'uranium sous forme de yellowcake transportable, et la vente de l'uranium
• le démantèlement des sites lorsque le gisement est épuisé.

Sommaire 1 Historique 2 Géologie de l'uranium 2.1 Minéralogie 2.2 Prospection 2.3 Gisements sous discordance 2.4 Quelques sites remarquables 3 Technique d'extraction 4 Concentration en Yellowcake 5 Economie minière de l'uranium dans le monde 5.1 Production 5.2 Réserves mondiales 5.3 Cours de l'uranium 5.4 Impact environnemental d'une mine d'uranium 6 Références et liens 6.1 Notes 6.2 Liens internes 6.3 Liens externes

Historique

La première exploitation systématique de minerai radioactif est réalisée à Jáchymov (en allemand, Joachimsthal), une cité minière située dans ce qui est à présent la République tchèque. Marie Curie utilise de la pechblende provenant de Jáchymov pour isoler le radium, un descendant radioactif de l'uranium. Par la suite, et jusqu'à la Seconde Guerre mondiale, l'exploitation minière vise principalement le radium. Cet élément est utilisé comme composant de peintures phosphorescentes pour des cadrans de montres ou autres instruments, ainsi que pour des applications médicales (certaines applications sont à présent considérées comme dangereuses pour la santé). L'uranium est alors un produit dérivé de ces applications, principalement utilisé comme pigment jaune.

Une demande spécifique en uranium apparaît au cours de la Seconde Guerre mondiale. Le projet Manhattan, étudiant les applications militaires de l'énergie atomique, cherche à acquérir des stocks d'uranium en quantité suffisamment importante. Le gisement historique de Jáchymov, sous occupation allemande, n'étant pas accessible, les américains utilisent des minerais provenant du Congo belge, fournis par l'Union Minière du Haut Katanga, ainsi que du Canada. En application d'une politique d'auto-suffisance, ils récupèrent également l'uranium présent dans des exploitations de vanadium, présents dans le sud-ouest des USA, mais de teneurs beaucoup plus faibles. L'Union soviétique, qui n'a pas de stock d'uranium au début de son programme d'armes atomiques, a une démarche similaire.

Géologie de l'uranium

Minéralogie

L'uranium est relativement répandu dans l'écorce terrestre, que ce soit dans les terrains granitiques ou 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 ainsi, sur une profondeur de 10 m, environ 24 kg d'uranium.

L'uranium naturel est également présent dans l'eau. On trouve 3 mg/d'uranium par mètre cube d'eau de mer, soit mille fois moins que dans les roches. Le Rhône en charrie en effet près de 100 tonnes chaque année^{[réf. nécessaire]}. Cet uranium provient de l'érosion des reliefs comme les Alpes, due au ruissellement de l'eau. Du point de vue prospectif, la récupération de l'uranium dissout dans l'eau de mer est étudiée au Japon sans toutefois pouvoir conclure sur la faisabilité industrielle du procédé.

Le minerai naturel d'uranium est la pechblende, qui peut apparaître sous forme de filons métallifères. Dans la plupart des gisements cependant, l'uranium n'est présent qu'à l'état de traces.

Selon les gisements, le minerai considéré comme exploitable a une teneur de l'ordre de 1 à 200 kg d'uranium par tonne de minerai, soit au moins mille fois la concentration naturelle moyenne du sol. La concentration exploitable varie très fortement suivant les conditions d'exploitation et suivant le cours du minerai^[1].

Prospection

La prospection de l'uranium utilise tous les outils géologiques classiques. Sa principale originalité est d'utiliser en outre des techniques de prospection radiologique : le passage de quelques dizaines de chocs par seconde à quelques milliers indique la proximité d'un affleurement présentant une concentration potentiellement intéressante.

L'uranium est un métal relativement courant dans l'écorce terrestre, dont la caractéristique la plus remarquable est la radioactivité : il contribue majoritairement au bruit de fond radiométrique. Historiquement, l'outil de détection employé a été le compteur Geiger, dont les premiers modèles transportables (de l'ordre de 25 kg...) sont apparus dans les années 1930. Le compteur Geiger a été remplacé depuis par le compteur à scintillation.

L'idée d'une prospection aérienne radiologique a été émise en 1943, par G.C. Ridland, géophysicien travaillant à Port Radium (Canada). C'est à présent la technique la plus employée pour la prospection initiale de l'uranium. L'extension du gisement est ensuite précisée par des moyens plus classiques : échantillonnages, puis forages prospectifs.

Gisements sous discordance

Les minéralisations uranifères de type discordance ont été découvertes pour la première fois à la fin des années 1960 dans les bassins de l'Athabasca (Canada) et de Mc Arthur (Australie). Leur richesse est exceptionnelle.

Les dépôts d'uranium se situent à l'interface entre un socle d'âge archéen à protérozoïque inférieur et une puissante couverture de grès du protérozoïque moyen. Ils sont généralement associés à des failles à graphite et entourés de halos d'altérations argileuses de haute température. Les minéralisations ne sont pas clairement datées mais sont plus récentes que les couvertures sédimentaires.

Le modèle communément admis pour la genèse de ces gisements est diagénétique hydrothermal, c'est-à-dire que le dépôt a lieu pendant la diagenèse à la faveur de circulations de fluides. Une saumure très concentrée et oxydante percole dans le socle et s'enrichit en calcium, magnésium et uranium par dissolution de monazite, s'appauvrit en quartz et augmente sa température. Au contact d'un front rédox à la discordance, cette saumure dissout du quartz et précipite de l'uranium dans l'espace libéré. Des altérations, remobilisations et précipitations successives ont probablement lieu ultérieurement.^{[réf. nécessaire]}

Voir par exemple la configuration illustrée dans l'article réacteur nucléaire naturel d'Oklo.

Les mécanismes de minéralisation en Australie et au Canada sont assez semblables mais leurs formes et leurs emplacements différent sensiblement, ce qui amène les scientifiques à spéculer sur des mécanismes de réduction différents pour les deux bassins. Les géologues essayent cependant de comprendre ce qu'ils ont en commun pour trouver de nouveaux gisements de ce type. Enfin, l'analogie entre ce type de gisement et la conception actuelle du stockage des déchets radioactifs en couche géologique profonde intéresse fortement les chercheurs.^{[réf. nécessaire]}

Quelques sites remarquables

• Le réacteur nucléaire naturel d'Oklo avait atteint des concentrations permettant l'amorçage d'une réaction en chaine.
• À la mine de Cigar Lake, au Canada, est extrait un minerai qui contient jusqu'à 210 kilogrammes d'uranium par tonne de minerai !
• La mine de Shinkolobwe, en République démocratique du Congo, est aujourd'hui officiellement fermée. Elle a fourni dès 1939 de l'uranium aux États-Unis d'Amérique qui l'ont notamment utilisé pendant la Seconde Guerre mondiale pour leur programme nucléaire (Projet Manhattan).
• Les mines d'Arlit au Niger, exploitées par Areva, ont fourni depuis les années 1970 l'essentiel de l'uranium français.

En France

En France, les réserves sont estimées à 12500 tonnes (soit 0,5% du total mondial). La plupart des gisements se situent :

• en Vendée,
• dans le Massif central : le département de la Haute-Vienne a compté jusqu'à une cinquantaine de mines en exploitation.

La France ne présente cependant pas de ressources minières en uranium suffisamment rentables. Les gisements les plus riches comptent en effet 1 à 5 kilogrammes d'uranium par tonne de minerai, dans des conditions d'exploitation difficile (mines souterraines).

Technique d'extraction

Le minerai d'uranium est classiquement produit dans des mines d'uranium à ciel ouvert (28 %^[2]) ou par travaux miniers souterrains (43 %). Plus récemment, une technique par injection de solutions acides ou basiques (lixiviation in situ) est utilisée pour l'extraction des gisements de grès (15 %). Ces techniques sont dites conventionnelles.

D'autres techniques telles la lixivation en tas (qui permettent d'exploiter secondairement des terrils) voire la récupération des eaux d'exhaure sont aussi mises en œuvre et qualifiées de non conventionnelles.

Les gisements sous discordance sont actuellement (en 2003) les seuls gisements rentables d'uranium seul. Dans les autres cas, le minerai d'uranium est extrait en tant que co- ou sous-produit de l'extraction d'or, de cuivre ou de phosphate, rentable par elle-même.

Pour pallier la présence de radioactivité dans la mine d'uranium, l'industrie minière met en place des mesures de sécurité spéciales : par exemple des systèmes d'arrosage et ventilation permanente pour diminuer l'irradiation et réduire les concentrations de poussières et de radon.

Concentration en Yellowcake

Les faibles concentration en uranium des minerais extraits rendent son transport économiquement non rentable, et imposent un traitement de concentration sur place. Le concentré de yellowcake est préparé aux abords de la mine par de nombreuses méthodes d'extraction et de raffinage, dépendant du type de minerai. On extrait typiquement d'une tonne de ce minerai environ 500 g de yellowcake.

Le minerai est tout d'abord réduit mécaniquement en une poudre fine par concassage, en le faisant passer à travers une série de concasseurs et de tamis.

Il est ensuite traité par diverses opérations chimiques dans des bains concentrés d'acide, de base, ou de peroxide, afin de dégager l'uranium par dissolution.

• attaque chimique (oxydation, lixiviation) ;
• extraction du métal (échange d'ions, extraction par solvant).

Le yellowcake est obtenu par précipitation de la solution, filtration puis lavage, séchage et emballage. Le résultat est une pâte jaune dont la teneur en uranium est de 750 kg/tonne.

Economie minière de l'uranium dans le monde

Production

La production mondiale d'uranium atteignit 45 103 tonnes en 2001, dont 34% provient du Canada, le pays le plus important en matière de production d'uranium.

Le minerai d'uranium est relativement bien distribué géographiquement avec de nombreux autres pays producteurs. En 2006, les principaux pays producteurs (pour une production globale de l'ordre de 40 000 tonnes d'U) sont:

• Le Canada (25 % de la production - 9 862 tonnes d'U), avec notamment les centres de Key Lake et McArthur River,
• L'Australie (19 % de la production - 7 593 tonnes d'U), avec notamment Ranger et Olympic Dam,
• Le Kazakhstan (13% de la production - 5 279 tonnes d'U) dispose de réserves importantes et s'affirme comme un futur gros fournisseur,
• Le Niger (8% de la production - 3 434 tonnes d'U) avec la mine d'Arlit,
• La Russie (8% de la production - 3 400 tonnes d'U),
• La Namibie (7% de la production - 3 077 tonnes d'U).

Le reste de la production (moins de 20%) se partage entre petits producteurs tels notamment l'Afrique du Sud, l'Ouzbékistan, l'Ukraine, et les États-Unis.

On compte en France près de 170 anciens sites d'extraction et de traitement des minerais d'uranium. Tous ces sites ont représenté une production d'environ 72 800 tonnes d'uranium. L'activité minière française, pour l'extraction d'uranium en tout cas, a pris fin en mai 2001 avec la fermeture de la mine souterraine de Jouac/Le Bernardan, en Haute-Vienne, qui était exploitée par Cogéma. Certaines mines françaises servent aujourd’hui comme sites d'entreposage des résidus de traitement et des déchets radioactifs importés.^[3],[4]

Réserves mondiales

Les réserves mondiales prouvées d'uranium, c’est-à-dire les ressources récupérables à moins de 80$/kg U, atteignent un total mondial de 2516 milliers de tonnes, hors Chili et Chine (AIEA/OCDE 2001).^[5] Les plus importantes ressources se trouvent en Australie (26%), au Kazakhstan (17%), au Canada (12%), en Afrique du Sud (9%), au Brésil (6,4%), en Namibie (5,7%), en Russie (5,5%), aux États-Unis (4,1%), en Ouzbékistan (3,6%), en Mongolie (2,4%), en Ukraine (1,7%), au Niger (1,2%) et en Algérie (1%).

Les réserves prouvées correspondent à cent quarante ans de production^[6] ce qui est un ordre de grandeur courant en matière de prospection minière ; l'équilibre se faisant quand les conditions ne justifient pas un effort de prospection supplémentaire.^[7]. Cette évaluation est très fortement dépendante des conditions économiques. Selon l’ Agence pour l'énergie nucléaire, il y a encore assez d’uranium pour répondre à la demande mondiale pendant un siècle.^[8] A condition que cette demande n'augmente pas, la consommation d'uranium représente 8% de la production énergétique contre 80% pour le pétrole, si l'uranium devait remplacer le pétrole il faudrait diviser par dix cette durée.

Cours de l'uranium

La demande en uranium a connu un pic historique à partir des années 1950, avec le début de la course aux armements nucléaires de la guerre froide. La demande militaire s'atténua dans les années 1960, et à la fin des années 1970, les programmes d'acquisition s'achevèrent, un niveau de destruction mutuellement assuré (MAD) étant atteint.

Les années 1970 virent une nouvelle demande émerger avec le démarrage de l'énergie nucléaire civile, et la construction de centrales nucléaires. Cette demande s'effondra au début des années 1980, d'une part parce que les constructions de centrales étaient achevées, et d'autre part parce que la pression d'opinion antinucléaire suite aux catastrophes de Three Mile Island et surtout Tchernobyl entraîna dans de nombreux pays un moratoire de fait sur la construction de nouvelles centrales.

Le prix de l'uranium avait atteint 43 US$/lb U₃O₈ en 1978, et était de 32.90 US$/lb U₃O₈ en 1981. Il a atteint un minimum historique de 7 US$/lb en 2001.

Depuis 2001, son prix est remonté à 113 US$/lb en 2007,^[9] atteignant pratiquement les hauteurs historiques de 1977 après correction de l'inflation. Cette hausse est due à de nombreux facteurs structurels^[10] :

• Le moratoire sur les centrales nucléaires tend à prendre fin, suite au Protocole de Kyoto ; l'énergie nucléaire étant peu productrice de gaz à effet de serre.
• La consommation mondiale en énergies fossiles (gaz et pétrole) en tire les prix vers le haut, et accélère l'épuisement des réserves. Le passage à une énergie de substitution est préparé dès à présent.
• Le prix du kWh nucléaire ne cesse de baisser, ce qui en fait une source toujours plus attractive économiquement.

Les experts prévoient le doublement du nombre de centrales d'ici 2050, sans compter les besoins probables d'une industrie chinoise émergente. Les stocks prévisibles à cette échéance sont insuffisants pour faire face à la demande, justifiant une hausse des cours.

Cette remontée des cours a donné un coup de fouet à l'expansion des mines actuelles. Parallèlement, de nouvelles mines sont ouvertes (ou d'anciennes mines sont rouvertes), et la prospection minière a été relancée. Mais il faut des années pour mettre une mine en production, et ces ajustements économiques n'auront d'effet qu'à plus long terme.

Impact environnemental d'une mine d'uranium

L'uranium est un élément faiblement radioactif, qui ne présente pas de danger pour l'environnement s'il reste dans son état naturel. Cependant, après le démantèlement d'une mine d'uranium, il reste plus de 80% des radioisotopes dans les collines de déblais. Le vent diffuse des particules radioactives dans toutes les directions. L'eau ruisselante est contaminée et s'infiltre dans les nappes phréatiques ou les ruisseaux.

Une mine d'uranium en exploitation produit de nombreux déchets :

• des rejets atmosphériques : le radon et les poussières radioactives. L'un des rejets les plus dangereux d'une mine d'uranium est le radon, un gaz rare invisible et inodore qui se propage depuis les installations de conditionnement et les collines de déblais ou les réservoirs de déchets liquides. Le radon entraîne un risque de cancer du poumon.
• des rejets liquides : l'eau d'exhaure créée par les forages et le ruissèlement à l'intérieur de la mine. L'eau peut être pompée et traitée avant rejet.
• des déchets solides : les boues et les précipités en provenance du traitement des effluents liquides.
• des stériles : les roches extraites qui ne contiennent que très peu d'uranium et qui, par conséquent ne sont pas traitées. La quantité des stériles de mines d'uranium atteint des centaines de millions de tonnes. Si les stériles ne sont pas bien couverts et situés, ils rejettent du radon et des poussières radioactives dans l'air et par infiltration d'eau de pluie des matières toxiques et radioactives passent dans les eaux souterraines et superficielles.
• des minerais pauvres : les minerais dont la teneur en uranium se situe entre 0,03 et 0,8 % environ. Ils ne sont pas toujours traités. Les stocks posent les mêmes problèmes que les stériles, aggravés par la teneur supérieure en uranium.

Ces déchets exposent l'environnement à la radioactivité de l'uranium, qui peut entraîner une contamination radioactive des humains, de la faune et de la flore. De plus, certains déchets ont non seulement un danger lié à la radioactivité mais aussi un risque lié à la toxicité des produits chimiques conventionnels tels que l'acide sulfurique et les métaux lourds, utilisés pour le traitement du minerai d'uranium. Enfin, il faut aussi considérer les nuisances de la mine dues à :

• la surface totale de terrain occupé par la mine, qui est plus élevée pour l'uranium que pour l'exploitation d'autres minerais.
• l'impact social pour les indigènes résidant sur le site d'exploitation (exemples aux USA, Canada, Afrique, Australie, Tibet (cf Sun Xiaodi)…).

La CRIIRAD a mené en décembre 2003 une inspection indépendante à Arlit (Niger) où se trouvent des mines d'uranium exploitées par l'industrie nucléaire française (Cogéma-Areva). De nombreuses irrégularités ont été pointées dans le rapport final, bien que l'inspection ait été perturbée par la confiscation du matériel et diverses obstructions de la part des autorités nigériennes et de la Cogéma. ^[11]

Selon l'Institut écologique d'Autriche^[12], l'exploitation des mines d'uranium et les opérations de traitement du combustible usé sont les étapes du cycle du combustible nucléaire qui contribuent le plus aux doses radiatives dues à l'énergie nucléaire^[13] (en tenant compte d'un fonctionnement normal et de « petits » incidents, c'est-à-dire en excluant les essais nucléaires et les accidents graves tels que la catastrophe de Tchernobyl).

Références et liens

Notes

Liens internes

• Uranium
• Industrie minière

Liens externes

• [pdf] Ressources, production et demande de l'uranium : un bilan de quarante ans. Rapport de l'Agence pour l'Energie Nucléaire, OCDE 2007.
• Dossier de la CRIIRAD sur les mines d'uranium du Niger
• Ressources d'uranium et énergie nucléaire (Uranium Resources and Nuclear Energy)
• Mine d'uranium dans le parc naturel de Kakadu photographiée par Yann Arthus-Bertrand, La Terre vue du Ciel
• Mine d'uranium au Niger, dossier de dissident-media.org
• L'uranium des phosphates
• Mines d'uranium du Limousin, étude de la CRIIRAD en 1993.
• L'uranium et ses gisements en France, dossier de Géopolis
• Mines d’uranium abandonnés en Bretagne, communiqué de presse de Sortir du Nucléaire Cornouaille

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