Le minerai d’uranium extrait, mis en solution par une réaction d’attaque chimique, subit des opérations de purification et de concentration. Ces traitements chimiques permettent d’isoler l’uranium naturel de tous les autres minéraux, dont ses descendants radioactifs.
La solution obtenue est précipitée afin de former un solide à haute teneur en uranium (U3O8), communément appelé yellowcake.
Note : l’unité tonnes de métal lourd (tML) ne comptabilise que les tonnes de métal, et non les masses d’oxygène par exemple. Cette unité présente l’avantage de ne pas dépendre de la forme physique de la matière, qui varie tout au long des opérations du cycle.
Procédé
En fonction du procédé de traitement utilisé, les concentrés peuvent être sous forme d’uranate, appelés « yellow cake » ou d’oxydes d’uranium appelés « U3O8 » (un composé formé d’uranium et d’oxygène). Le « yellow cake » est une poudre grossière d’un jaune franc, l’U3O8 est une poudre gris-noir. Le procédé associé à la production d’U3O8 est le suivant :
Comme la plupart des minerais, l’uranium n’est pas extrait sous sa forme pure mais dans des roches, combinées à d’autres éléments chimiques. Près de 95 % de la radioactivité du minerai d’uranium provient des descendants de l’238U.
L’extraction de l’uranium n’est pas différente de celle des autres minerais, à l’exception des filions à haute concentration. Dans ce cas, des techniques minières spéciales de gestion des poussières et, dans les cas extrêmes, des techniques de manipulation à distance, sont utilisées pour limiter l’exposition des travailleurs aux rayonnements et garantir la sécurité de l’environnement et du grand public.
Une fois concentré, l’uranium représente 85 % de la masse du produit obtenu. Le concentré d’uranium est généralement transporté dans des fûts de 200 L, rassemblés dans des conteneurs de 6 mètres standardisés.
Production des mines d'uranium
La figure ci-dessous présente la production des mines d’uranium durant les 10 dernières années.
Données issues de [1].
Des mines d’uranium ont été exploitées en France. Il a été décidé de mettre fin à leur exploitation au début des années 90, pour des raisons d’épuisement ou de rentabilité économique.
La figure ci-dessous présente la production d’uranium ainsi que la quantité d’uranium requise au cours des années.
Données issues de [2].
Le graphique précédent permet de constater qu’historiquement une part significative de l’uranium a trouvé son origine dans des sources secondaires et non directement dans la production minière. Ces sources secondaires sont :
- des têtes nucléaires uranium recyclées (de 1987 à 2013) : il est possible de mélanger l’uranium enrichi contenu dans les têtes contenant plus de 90 % d’235U avec de l’uranium moins riche en isotope 235 (Uranium appauvri (Uapp), Uranium naturel (Unat), Low enriched uranium (LEU)) afin d’en faire du combustible adapté aux réacteurs utilisant de l’uranium légèrement enrichi. Pendant des années, cette source secondaire a représenté environ 15 % des besoins mondiaux en uranium. Les têtes plutonium peuvent aussi être recyclées, sous forme de MOX ;
- de l’uranium et du plutonium recyclés URT et MOX ;
- du ré-enrichissement de l’uranium appauvri ;
- De l’“underfeeding” lors de l’enrichissement : définir un taux d’uranium appauvri permet, au prix d’un effort plus important, de réaliser des économies d’uranium entrant, et donc de le réutiliser.
- MOX : Mélange d’oxydes (d’uranium et de plutonium) ;
- LEU : Low enriched uranium ;
- tML : tonne de métal lourd ;
- Uapp : Uranium appauvri ;
- Unat : Uranium naturel ;
- URT : Uranium de retraitement.
[1] World Uranium Mining Production
[2] OECD-NEA & IAEA, Uranium 2022: Resources, Production and Demand (‘Red Book’)