L’uranium naturel est une matière radioactive (définie dans l’article L. 542-1-1 du code de l’environnement), c’est-à-dire « une substance radioactive pour laquelle une utilisation ultérieure est prévue ou envisagée, le cas échéant après traitement ». Ce n’est pas le seul dans cette catégorie, on retrouve aussi le plutonium et le thorium, mais aussi toutes les matières créées lors du processus de transformation de l’uranium naturel (uranium naturel enrichi, uranium appauvri), le combustible (neuf, en cours d’utilisation, usés et rebuts), et l’uranium issu de retraitement des combustibles usés.

Dans le cas contraire, si aucune utilisation n’est envisagée ou possible, on qualifie la substance radioactive de déchet.

L’exploration

L’activité minière constitue la première étape du cycle du combustible. Elle commence par une phase d’exploration avec la mise en œuvre de techniques de prospection spécifiques visant à identifier de nouveaux gisements. Une investigation géologique plus poussée permet de confirmer la présence de nouvelles ressources.

On peut résumer l’exploration minière par les étapes consécutives suivantes :

• images satellites, photos aériennes
• étude géologique de la région
• géophysique aéroportée (dont mesures radiométriques)
• mesures radiométriques sur le terrain
• forages et sondages de reconnaissance

Le processus d’exploration nécessite en moyenne une dizaine d’années, depuis la découverte des premiers indices d’uranium jusqu’à la confirmation d’une ressource exploitable. Afin d’identifier de nouvelles ressources et donc d’augmenter la durée de vie de la mine, l’exploration se poursuit parallèlement à l’exploitation.

L’exploitation minière

La vie d’une mine d’uranium est généralement très longue, de l’ordre de plusieurs dizaines d’années. Elle comprend les activités d’exploration, d’extraction, de traitement du minerai d’uranium ainsi qu’un réaménagement et une surveillance après son exploitation. La durée d’exploitation dépend en grande partie de la taille du gisement et peut dépasser une cinquantaine d’années.

Mine à ciel ouvert, mine souterraine ou lixiviation/récupération in situ, l’exploitation des gisements d’uranium s’effectue selon les méthodes classiques utilisées dans les installations minières. Pour atteindre le minerai d’uranium, en fonction de sa teneur et de sa profondeur, plusieurs méthodes d’exploitation sont possibles : tirs d’explosifs dans les mines à ciel ouvert, méthode « chambres à piliers » en mine souterraine, forages avec solution lixiviante dans les mines par récupération in situ. La présence de radioactivité nécessite cependant des mesures de protection (systèmes d’arrosage et ventilation permanente, entre autres) pour diminuer l’irradiation et réduire les concentrations de poussières et de radon (gaz radioactif), notamment quand il s’agit de l’exploitation d’une mine souterraine.

La mine est fermée quand l’exploitation est terminée. Après les travaux de réaménagement, le site minier reste sous surveillance radiologique et environnementale pendant au moins une dizaine d’années. C’est le cas en France pour 250 anciens sites miniers réaménagés. La France a arrêté l’exploitation de ces gisements (Forez, Vendée, Limousin, Hérault) en 2001 et assure depuis l’essentiel de son approvisionnement en uranium par des importations.

Le traitement et la concentration

Une fois extrait de la mine, le minerai d’uranium est transporté vers une usine de traitement. Cette étape permet d’obtenir un concentré d’uranium, le yellow cake. Il existe deux méthodes de traitement du minerai.

Traitement par lixiviation dynamique : le minerai ayant une teneur en uranium supérieure à 1 pour 1000 est traité par cette méthode. Le minerai est concassé puis broyé par des procédés mécaniques. Il subit pendant plusieurs heures une attaque oxydante en milieu acide dans des cuves. Au terme de cette opération, l’uranium se transforme en pulpe. Après filtrage et lavage de la pulpe, le jus uranifère est récupéré et envoyé vers la queue d’usine. La solution uranifère obtenue est purifiée, c’est-à-dire libérée d’autres métaux et résidus sableux. L’uranium est extrait des liquides par des solutions organiques ou des résines échangeuses d’ions. Il est enfin précipité pour obtenir après séchage un concentré d’uranium (le yellow cake) d’uranate de magnésie.

Traitement par lixiviation statique (en tas) : Cette technique moderne de valorisation des minerais est utilisée pour une teneur d’uranium inférieure à 1 pour 1000. La lixiviation est dite en tas parce que le minerai est d’abord amassé et tassé. Dans ce cas, le minerai est concassé puis aggloméré à l’aide d’eau et d’acide, avant d’être mis en tas sur des aires étanches. Les tas sont arrosés en goutte à goutte par des solutions à base d’acide. L’acide percole pendant plusieurs mois au travers du minerai et se charge en uranium. Le jus enrichi en uranium est ensuite drainé et envoyé pour le traitement en usine afin de produire le yellow cake.

Le yellow cake à sa vente commerciale contient environ 75 % d’uranium ; soit 750 kg par tonne. Après traitement, le yellow cake est conditionné et enfûté, puis expédié jusqu’aux usines de conversion pour y subir de nouveaux traitements chimiques.

La conversion

Le « yellow cake » n’a pas un degré de pureté nucléaire suffisant ni la forme chimique appropriée pour pouvoir être utilisé en tant que tel comme combustible. Il doit donc subir des traitements supplémentaires afin d’obtenir un composé chimique adapté, via la conversion. Les opérations de conversion consistent à transformer le concentré d’uranium en hexafluorure d’uranium (UF6). Elles s’effectuent en deux étapes :

• transformation de l’uranium naturel en tétrafluorure d’uranium (UF4) : le concentré d’uranium est dissous par de l’acide, puis purifié. Après précipitation-calcination, de la poudre de trioxyde d’uranium (UO3) est obtenue. Cette poudre est ensuite hydrofluorée à l’aide d’acide fluorhydrique pour obtenir une substance de couleur verte à l’aspect granuleux, l’UF4.
• transformation du tétrafluorure (UF4) en hexafluorure d’uranium (UF6) : l’UF4 est converti en UF6 par fluoration, à l’aide de fluor obtenu par électrolyse d’acide fluorhydrique. L’UF6 est fabriqué par contact de fluor gazeux avec la poudre d’UF4. La réaction chimique se fait à très haute température dans un réacteur à flammes.

Ces différentes étapes de conversion sont réalisées dans les usines Malvési et Tricastin d’Orano en France.

L’enrichissement

Dans l’uranium naturel, on trouve en proportion constante deux isotopes : l’uranium-238 et l’uranium-235 qui constituent respectivement 99,3 % et 0,7 % du mélange. Seul l’uranium-235 est fissile.

Les réacteurs les plus répandus dans le monde fonctionnent avec un combustible comportant une proportion d’uranium-235 supérieure à celle de l’état naturel. Il faut donc augmenter jusqu’à 3 % à 5 % la concentration en isotope 235 de l’uranium naturel. C’est ce que l’on appelle « l’enrichissement ». Celle-ci s’effectue soit par diffusion gazeuse ou par centrifugation.

En France, l’enrichissement en isotope 235 de l’uranium est réalisé à l’usine Georges Besse II sur le site du Tricastin. Cette usine d’enrichissement, mise en service en 2011, a adopté la technique de la centrifugation. Les centrifugeuses sont de très gros cylindres qui permettent la séparation de l’U-235 et de l’U-238 (grâce à leurs masses différentes) en faisant tourner l’hexafluorure d’uranium (UF6) à de très fortes vitesses.

La fabrication des combustibles

L’hexafluorure d’uranium (UF6) venant de l’usine d’enrichissement est transformé en oxyde d’uranium, conditionné en petites pastilles cylindriques. Une pastille d’environ 7 grammes peut libérer autant d’énergie qu’une tonne de charbon. Ces pastilles sont empilées dans de longs tubes métalliques appelés crayons. Chaque « crayon » (ou gaine) contient environ 300 pastilles et est scellé à chaque extrémité.

Vérifier la viabilité d’un projet d’exploitation minière

Avant la mise en exploitation d’un gisement, il est nécessaire de vérifier la viabilité technique et économique du projet minier en répondant à trois grandes questions :

• L’exploitation sera-t-elle économiquement rentable, compte tenu des prix de vente attendus de l’uranium ?
• La technique d’extraction et de traitement du minerai retenue est-elle la plus appropriée ?
• Quels sont les impacts du projet sur l’environnement, sur la vie des populations locales pendant et après l’exploitation ?

Le développement d’un projet minier s’effectue en étroite collaboration avec les populations et les autorités locales. Ceci permet d’aboutir à la meilleure solution d’un projet minier sur les plans technique, économique et environnemental.

Les outils et méthodes du géologue

Dans les années 1960, les outils et méthodes étaient certes fiables, mais plus rudimentaires. Par exemple, à bord d’un avion, un observateur expérimenté orientait le pilote en temps réel, en fonction des observations géophysiques mesurées au scintillomètre (mesure du rayonnement) pour localiser des gisements.

Aujourd’hui, la prospection aérienne est informatisée, toutes les analyses géophysiques sont enregistrées. Ces enregistrements sont ensuite étudiés au sol. Les « anomalies » aériennes détectées font l’objet de méthodes d’investigations réalisées à plus petite échelle : sondages, géophysique au sol, etc.

Afin de préparer les programmes de recherche et d’interpréter ces anomalies détectées, la réalisation d’une cartographie géologique est indispensable. Des sondages sont réalisés pour examiner le sous-sol. Les roches traversées sont récupérées sous forme de cylindres appelés « carottes » ou de débris rocheux appelés « cuttings ».

Ces sondages permettent de réaliser des mesures géophysiques de diagraphie : une sonde appelée scintillomètre est descendue dans le trou, pour mesurer les rayonnements et localiser le minerai. Les géologues reportent régulièrement les informations acquises sur des plans et des coupes, afin de réaliser un modèle géologique de la minéralisation.

Des méthodes innovantes d’extraction

Dans une recherche constante d’optimisation économique, de respect de l’environnement et pour répondre à la demande mondiale croissante, les compagnies minières développent des méthodes d’extraction toujours plus innovantes. Par exemple, Orano a créé une nouvelle technique nommée Sabre (Surface Access Borehole Resource Extraction). Celle-ci est proche de la technique traditionnelle de lixiviation in situ mais apporte une approche hydraulique. En effet, le minerai localisé en profondeur est extrait, depuis la surface. Il y est abattu grâce à des jets d’eau à forte pression, à travers un puits de forage. L’uranium est ensuite remonté en solution en surface grâce à des pompes et les cavités sont finalement rebouchées par du ciment.

Le réaménagement des anciens sites miniers

Arrivés en fin de vie, les sites miniers sont démantelés, réaménagés et revégétalisés en stricte conformité avec les normes environnementales en vigueur et en concertation avec les populations locales. Le réaménagement d’anciens sites miniers vise à :

• assurer une stabilité en termes de sécurité et de salubrité publique
• sécuriser les installations pour le public
• limiter l’impact résiduel des activités passées
• assurer leur intégration paysagère
• conduire la surveillance radiologique et environnementale
• veiller au traitement des eaux pour les sites qui le nécessitent
• gérer des projets de conversion des anciens sites miniers.

Les précautions lors de la manipulation des matières

La gestion et la manipulation des différentes matières issues de la transformation du minerai d’uranium demandent des précautions strictes, compte tenu des fortes concentrations en uranium. En conséquence, les locaux sont adaptés de manière à garantir la sécurité des employés (ventilations, sas, etc.). De même, leurs équipements de radioprotection permettent d’empêcher toute contamination interne (manipulations sous hottes, gants, lunettes, etc.). Les pastilles d’uranium, de la même façon que le minerai, produisent uniquement des rayonnements alpha. Elles peuvent être manipulées à la main avec des gants (et une tenue adaptée). Les gants servent aussi à protéger les pastilles de l’humidité qui se dégage des doigts. ■