right|thumb|État initial : Minerai d'uranium. right|thumb|État final : « yellowcake ». thumb|Prix spot de l'uranium en dollars par livre. L’extraction de l'uranium est un processus minier allant de la prospection initiale au produit final, le « ». C'est la première étape du cycle du combustible nucléaire, visant essentiellement à fournir le combustible des réacteurs nucléaires via 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, seul ou en coextraction avec de l'or, du cuivre, du phosphate... ; le traitement du minerai (concassage, broyage, dissolution de l'uranium) pour concentrer l'uranium sous forme de « yellowcake » (majoritairement composé de UO), le transport sécurisé du , le démantèlement des équipements industriels et la gestion de l'après-mine.
En 2020, les trois premiers pays producteurs d'uranium dans le monde assuraient les deux tiers de la production mondiale.
Histoire
thumb|Mine de Shinkolobwe. L'uranium pour le projet Manhattan et la bombe atomique larguée sur Hiroshima provenait de cette mine.
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. Ensuite et jusqu'à la Seconde Guerre mondiale, l'exploitation minière vise principalement le radium. En France, Hippolyte Marlot, à Saint-Symphorien-de-Marmagne, est le premier à extraire le radiumGuiollard Pierre-Christian, L'Uranium du Morvan et du Forez..
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.
La Seconde Guerre mondiale accroît la demande : le projet Manhattan, préparant les applications militaires de l'énergie atomique, cherche à acquérir d'importants stocks d'uranium. Le gisement historique de Jáchymov, sous occupation allemande, n'étant pas accessible, les Américains utilisent des minerais provenant de la mine de Shinkolobwe du Congo belge, fournis par l'Union minière du Haut Katanga, ainsi que du Canada. Une politique d'auto-suffisance les pousse aussi à récupérer l'uranium issu des exploitations de vanadium du sud-ouest des États-Unis, bien que les teneurs y soient plus faibles. L'Union soviétique, n'ayant pas de stock d'uranium au début de son programme d'armes atomiques, fait de même.
En 1972, des scientifiques français étudiant l'uranium extrait dans la mine d'Oklo au Gabon découvrent le réacteur nucléaire naturel d'Oklo.
Depuis les années 1970, une part importante de l'uranium français vient des mines d'Arlit au Niger, exploitées par Orano. La France compte aussi près de 210 anciens sites d'extraction et de traitement des minerais d'uranium. Ils ont représenté une production d'environ d'uranium ; leur activité a pris fin en avec la fermeture de la mine souterraine de la Cogéma à Jouac/Le Bernardan, en Haute-Vienne. Quelques mines françaises servent aujourd’hui comme sites d'entreposage des résidus de traitement et des déchets radioactifs importésL' ARSN entretien une base en ligne de données nationale des sites miniers d'uranium ()..
Géologie de l'uranium Minéralogie redresse=.7|vignette|gauche|Minerai sédimentaire d'uranium. redresse=.7|vignette|Pechblende.
L'uranium est assez abondant dans l'écorce terrestre. Dans les terrains granitiques ou sédimentaires, le taux d'uranium est d'environ ; à titre d'exemple, un terrain carré de de côté constitué uniquement de roche contient ainsi, sur une profondeur de , environ d'uranium, ou encore un rocher cubique de de côté contient environ d'uranium, ces ordres de grandeur n'étant que des moyennes (dans la plupart des gisements l'uranium n'est présent qu'à l'état de traces).
L'uranium naturel est faiblement présent dans l'eau de mer, à une teneur de par mètre cube, soit mille fois moins que dans les roches. Le Rhône en charrie près de par an, issues de l'érosion des reliefs alpins et du ruissellement. La récupération de l'uranium de l'eau de mer a été étudiée au Japon ; l'extraction par matrice à d'ions n'a pu conclure à la faisabilité industrielle, en raison de coûts énergétiques et financiers exorbitants.
Le minerai naturel d'uranium, ou pechblende, apparaît sous forme de filons métallifères. L'uranium cristallise dans la nature en donnant 300 minéraux différents, parfois remarquables (voir les cristaux de Autunite, Boltwoodite, Francevillite, Sengierite, Vanuralite...).
Selon les gisements, le minerai est considéré comme exploitable à partir de 1 à d'uranium par tonne de minerai (soit plusieurs centaines de fois la concentration naturelle moyenne du sol). La concentration exploitable varie fortement suivant les conditions d'exploitation et le cours du mineraiAinsi, à la fin des années 1970, au plus fort des cours de l'uranium, certains estimaient qu'un doublement des cours rendrait la moitié de la Bretagne exploitable. Depuis, ces cours ont été pratiquement divisés par dix..
Prospection vignette|Carnotite à côté d'un compteur Geiger. La prospection de l'uranium utilise les outils géologiques classiques, mais a pour originalité de pouvoir utiliser des techniques de prospection radiologique : le passage du compteur Geiger de quelques dizaines de chocs par seconde à quelques milliers indique la proximité d'un affleurement présentant une concentration potentiellement intéressante.
L'activité du minerai dépend de sa concentration et est de l'ordre de pour un minerai riche d'une teneur de 1 %. Dans des gisements exceptionnel comme ceux du Canada, la teneur peut aller jusqu'à 15 %.
Une caractéristique remarquable de ce minerai est sa radioactivité, due aux éléments de la chaîne de désintégration de l'uranium jusqu'au plomb. 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 ) sont apparus dans les années 1930. Il est encore utilisé aujourd'hui, mais le compteur à scintillation, plus précis, tend à le remplacer.
La prospection aérienne radiologique de l'uranium, suggérée dès 1943 par G.C. Ridland, géophysicien travaillant à Port Radium (Canada), est devenue la technique la plus employée en prospection initiale. L'extension du gisement est ensuite précisée par des échantillonnages, puis des 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 McArthur (Saskatchewan, Canada.). 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.
Voir par exemple la configuration illustrée dans l'article réacteur nucléaire naturel d'Oklo.
Mines d'uranium Technique d'extraction Le minerai d'uranium est extrait selon quatre techniques, dites conventionnelles : l'exploitation en galerie souterraine : le minerai est atteint grâce à des galeries à l'instar des mines de charbon. En 1990, 55 % de la production mondiale provenait de mines souterraines, mais cette technique a diminué de façon spectaculaire pour ne représenter plus que 33 % en 1999 et 28 % en 2010 pour extraites.
l'exploitation à ciel ouvert : l'uranium est extrait après décapage de la partie de la roche qui le recouvre. ont été extraites en 2010 selon cette technique, soit 25 % de l'uranium extrait cette année dans le monde.
L'exploitation par lixiviation in situ (ISL) : un premier forage est réalisé, permettant d'injecter dans le sol une solution chimique puis l'uranium dissous par cette solution est récupéré à la surface grâce à un deuxième forage. ont été extraites selon cette technique en 2010, soit 41 % du minerai mondial. Cette technique connaît un important développement essentiellement au Kazakhstan, en Australie et en Mongolie..
La coproduction consiste à extraire l'uranium simultanément à l'extraction d'autres minerais, de l'or, du cuivre ou du phosphate. ont été extraites en 2010, soit 5 % du tonnage mondial.
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 « pâtée jaune »
right|thumb|État final, la « pâtée jaune » ().
Les faibles concentrations en uranium des minerais extraits rendent son transport économiquement non rentable, et imposent un traitement de concentration sur place. Le concentré de « pâtée jaune » () est préparé aux abords de la mine par de nombreuses méthodes d'extraction et de raffinage, dépendant du type de minerai. On extrait typiquement environ de pâtée jaune par tonne de minerai.
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 peroxyde, afin de dégager l'uranium par dissolution : attaque chimique (oxydation, lixiviation), puis extraction du métal (échange d'ions, extraction par solvant). La pâtée jaune est obtenue par précipitation de la solution, filtration puis lavage, séchage et emballage. Le résultat est une pâte jaune dont la teneur en uranium est de .
Plus grandes mines en exploitation
La production mondiale provient pour 55 % de dix mines, dont quatre sont situées au Kazakhstan. Mine Pays Propriétaire Type Production 2010 Part de la production mondialeMcArthur RiverCanadaCamecosouterrain14 %RangerAustralieERA (Rio Tinto : 68 %)ciel ouvert6 %RössingNamibieRio Tinto : 69 %ciel ouvert6 %KrasnokamenskRussieARMZsouterrain5 %ArlitNigerSOMAÏR/Arevaciel ouvert5 %TortkudukKazakhstanKatco JV/ ArevaISL5 %Olympic DamAustralieBHP Billitonsouterrain4 %Budenovskoye 2KazakhstanKaratau JV/KazatomopromISL3 %South InkaiKazakhstanBetpak-Dala JV/ Uranium OneISL3 %InkaiKazakhstanInkai JV/CamecoISL3 %Total 10 plus grandes mines54 %
Mines récemment ouvertes