Catégorie : Actinide
Numéro atomique : 92
Période : 7 | Groupe : N/D
Bloc : f-bloc
L’élément primordial le plus lourd, et celui qui a divisé le XXe siècle en deux.
| Propriété | Valeur |
|---|---|
| Phase à STP | Solide |
| Masse volumique | 19,10000000 g/cm³ |
| Point de fusion | 1405,30 K (1132,15 °C) |
| Point d’ébullition | 4404,00 K (4130,85 °C) |
| Capacité thermique | N/D |
| Propriété | Valeur |
|---|---|
| Masse atomique | 238,0290 u |
| Électronégativité (Pauling) | 1,38 |
| États d’oxydation | +3, +4, +5, +6 |
| Configuration électronique | [Rn] 5f³ 6d¹ 7s² |
| Découvert par | Inconnu |
|---|---|
| Année de découverte | 1789 |
| Nommé d’après | La planète Uranus |
Martin Heinrich Klaproth
L’uranium a été découvert en 1789 par le chimiste allemand Martin Heinrich Klaproth , qui analysait du minerai de pechblende provenant des mines de Joachimsthal, en Bohême (aujourd’hui en République tchèque). Klaproth, l’un des fondateurs de la chimie analytique, a isolé ce qu’il croyait être un nouveau métal et l’a nommé « uranium » d’après la planète Uranus, récemment découverte par William Herschel en 1781.
Caractérisation initiale
L’échantillon original de Klaproth était en réalité du dioxyde d’uranium plutôt que de l’uranium métallique pur, mais son analyse chimique a correctement établi qu’il contenait un élément jusque-là inconnu. Il a décrit la nouvelle substance comme possédant des propriétés chimiques uniques, distinctes de celles des métaux connus, bien qu’il n’ait pas pu produire le métal pur avec les techniques du XVIIIe siècle.
Isolement du métal pur
L’uranium métallique pur n’a été isolé qu’en 1841 par le chimiste français Eugène-Melchior Péligot , qui a réduit le tétrachlorure d’uranium avec du potassium métallique. Les travaux de Péligot ont établi la véritable masse atomique de l’uranium et confirmé qu’il s’agissait d’un élément distinct, corrigeant certaines erreurs de l’analyse initiale de Klaproth.
Découverte de la radioactivité
La propriété la plus importante de l’uranium a été découverte en 1896 par Henri Becquerel , qui a constaté que les sels d’uranium émettaient spontanément un rayonnement capable d’impressionner des plaques photographiques. Cette découverte de la radioactivité naturelle a donné naissance aux domaines de la physique et de la chimie nucléaires, conduisant aux découvertes du radium, du polonium et de la fission nucléaire.
Percée de la fission nucléaire
La découverte de la fission nucléaire dans l’uranium-235 par Otto Hahn et Fritz Strassmann en 1938 , interprétée par Lise Meitner et Otto Frisch , a transformé la science et la technologie. Cette percée a conduit à la fois aux armes nucléaires et à l’énergie nucléaire, faisant de l’uranium l’un des éléments les plus importants sur le plan stratégique dans l’histoire moderne.
Héritage scientifique
La découverte de l’uranium et les recherches qui ont suivi ont fondamentalement transformé notre compréhension de la structure atomique, de l’énergie et de l’Univers. De l’identification initiale par Klaproth à l’ère nucléaire, les recherches sur l’uranium ont donné lieu à de nombreux prix Nobel et continuent de favoriser les avancées dans les sciences nucléaires, la production d’énergie et l’exploration spatiale.
| ISOTOPE | Neutrons | Abondance naturelle | Demi-vie | Mode de désintégration |
|---|---|---|---|---|
| U-233 | 141 | - | 1,5919 × 10⁵ ans | α |
| U-234 | 142 | 0,0054 % | 2,455 × 10⁵ ans | α |
| U-235 | 143 | 0,7204 % | 7,04 × 10⁸ ans | α |
| U-238 | 146 | 99,2742 % | 4,468 × 10⁹ ans | α |
Données : IAEA Nuclear Data Section, LiveChart of Nuclides, évaluations des états fondamentaux, consultées le 10 octobre 2026. L’abondance est la part des atomes dans l’élément naturel ; un tiret signifie que l’isotope n’a pas d’abondance naturelle de référence.
Production d’énergie nucléaire
L’uranium est le combustible principal des centrales nucléaires dans le monde , fournissant environ 10 % de la production mondiale d’électricité. L’uranium naturel contient 0,7 % d’uranium-235, l’isotope fissile qui subit la fission nucléaire. Pour la plupart des réacteurs nucléaires, l’uranium doit être enrichi jusqu’à une concentration de 3 à 5 % en U-235 au moyen de procédés complexes faisant intervenir de l’hexafluorure d’uranium gazeux et des cascades de centrifugeuses.
Types de réacteurs et cycles du combustible
Les réacteurs à eau pressurisée (REP) et les réacteurs à eau bouillante (REB) utilisent des pastilles de dioxyde d’uranium enrichi empilées dans des crayons de combustible en alliage de zirconium. Des concepts avancés comme les réacteurs Canada Deuterium Uranium (CANDU) peuvent utiliser de l’uranium naturel grâce à leur modérateur à eau lourde, tandis que les réacteurs surgénérateurs rapides peuvent convertir l’uranium-238 en plutonium-239, prolongeant ainsi les réserves de combustible à l’uranium par un facteur de 60.
Retraitement et recyclage du combustible
Le combustible nucléaire usé contient des quantités importantes d’uranium-235 inutilisé et de plutonium-239 nouvellement créé. Le retraitement du combustible nucléaire peut récupérer ces matériaux pour les réutiliser, bien que cette pratique varie selon les pays en raison des préoccupations liées à la prolifération. La France et la Russie exploitent d’importantes usines de retraitement et l’Inde de plus petites ; le Royaume-Uni a cessé le retraitement en 2022, l’usine japonaise de Rokkasho n’est pas encore en service, et les États-Unis entreposent le combustible usé en vue d’un éventuel retraitement futur.
Applications militaires et de défense
L’uranium hautement enrichi (>90 % U-235) est utilisé dans les armes nucléaires et le combustible des réacteurs navals. Les sous-marins nucléaires et les porte-avions utilisent un combustible à l’uranium de qualité militaire qui leur permet de fonctionner pendant des décennies sans ravitaillement. Les exigences particulières des applications militaires favorisent des programmes distincts d’enrichissement de l’uranium, assortis de mesures de sécurité renforcées.
Applications spatiales et de recherche
L’uranium n’alimente pas les générateurs thermoélectriques à radioisotope (GTR) spatiaux ; ceux-ci fonctionnent au plutonium-238, produit en réacteur à partir du neptunium-237. Les sondes Voyager de la NASA, les rovers martiens Curiosity et Perseverance et New Horizons utilisent la désintégration radioactive du plutonium-238 pour produire de l’énergie à long terme. Les réacteurs de recherche du monde entier utilisent du combustible à l’uranium pour produire des isotopes médicaux, mener des recherches sur les matériaux et former des scientifiques du nucléaire.
Isotopes médicaux et industriels
Les réacteurs nucléaires utilisant du combustible à l’uranium produisent des radioisotopes médicaux essentiels, notamment le technétium-99m (utilisé dans 80 % des procédures de médecine nucléaire), l’iode-131 pour le traitement de la thyroïde et le cobalt-60 pour la radiothérapie du cancer. Les isotopes produits en réacteur fournissent aussi des sources de neutrons industrielles, comme l’américium-béryllium et le californium-252, pour la diagraphie des puits de pétrole.
Applications industrielles spécialisées
L’uranium appauvri (principalement U-238) est utilisé pour la protection contre les rayonnements , les contrepoids d’aéronefs et les alliages spécialisés. Sa masse volumique élevée (19,1 g/cm³) le rend précieux pour les applications qui exigent une grande masse dans un petit volume. Les applications militaires comprennent les munitions perforantes et le blindage des chars, bien que ces utilisations soient controversées en raison des préoccupations sanitaires.
Technologies émergentes
Les technologies nucléaires avancées en cours de développement comprennent les petits réacteurs modulaires (PRM) , les cycles du combustible thorium-uranium et les systèmes hybrides fusion-fission. Ces technologies visent à améliorer la sécurité, à réduire les déchets et à accroître le rôle de l’énergie nucléaire dans la lutte contre le changement climatique, tout en maintenant l’importance centrale de l’uranium dans l’énergie nucléaire.
Pechblende, uraninite
| Croûte terrestre | 0,0000027000 ppm |
|---|---|
| Univers | 0,0000000002 % |