Qu’est-ce que l’enrichissement de l’uranium et comment sert-il à fabriquer des bombes nucléaires ?

Kaitlin Cook, Australian National University

L’enrichissement de l’uranium est au cœur des tensions autour du programme nucléaire iranien. Cette technologie, indispensable pour produire de l’électricité, peut aussi permettre de fabriquer des armes atomiques si elle atteint des niveaux de concentration élevés.

En fin de semaine dernière, Israël a ciblé trois des principales installations nucléaires de l’Iran – Natanz, Ispahan et Fordo – tuant plusieurs scientifiques nucléaires iraniens. Ces sites sont fortement fortifiés et en grande partie souterrains, et les rapports divergent quant aux dégâts réellement causés.

Natanz et Fordo sont les centres d’enrichissement de l’uranium en Iran, tandis qu’Ispahan fournit les matières premières. Toute détérioration de ces installations pourrait donc limiter la capacité de l’Iran à produire des armes nucléaires. Mais qu’est-ce que l’enrichissement de l’uranium, et pourquoi cela suscite-t-il des inquiétudes ?

Pour comprendre ce que signifie « enrichir » de l’uranium, il faut d’abord connaître un peu les isotopes de l’uranium et le principe de la fission nucléaire.

Qu’est-ce qu’un isotope ?

Toute matière est composée d’atomes, eux-mêmes constitués de protons, de neutrons et d’électrons. Le nombre de protons détermine les propriétés chimiques d’un atome et définit ainsi les différents éléments chimiques.

Les atomes comportent autant de protons que d’électrons. L’uranium, par exemple, possède 92 protons, tandis que le carbone en a six. Toutefois, un même élément peut présenter un nombre variable de neutrons, formant ainsi ce qu’on appelle des isotopes.

Cette différence importe peu dans les réactions chimiques, mais elle a un impact majeur dans les réactions nucléaires.

La différence entre l’uranium-238 et l’uranium-235

Quand on extrait de l’uranium du sol, il est constitué à 99,27 % d’uranium-238 (92 protons et 146 neutrons). Seul 0,72 % correspond à l’uranium-235, avec 92 protons et 143 neutrons (le

0,01 % restant correspond à un autre isotope, qui ne nous intéresse pas ici).

Pour les réacteurs nucléaires ou les armes, il faut modifier ces proportions isotopiques. Car parmi les deux principaux isotopes, seul l’uranium-235 peut soutenir une réaction en chaîne de fission nucléaire : un neutron provoque la fission d’un atome, libérant de l’énergie et d’autres neutrons, qui provoquent à leur tour d’autres fissions, et ainsi de suite.

Cette réaction en chaîne libère une quantité d’énergie énorme. Dans une arme nucléaire, cette réaction doit avoir lieu en une fraction de seconde pour provoquer une explosion. Tandis que dans une centrale nucléaire civile, cette réaction est contrôlée.

Aujourd’hui, les centrales produisent environ 9 % de l’électricité mondiale. Les réactions nucléaires ont aussi une importance vitale dans le domaine médical, via la production d’isotopes utilisés pour le diagnostic et le traitement de diverses maladies.

Qu’est-ce que l’enrichissement de l’uranium ?

« Enrichir » de l’uranium consiste à augmenter la proportion d’uranium-235 dans l’élément naturel, en le séparant progressivement de l’uranium-238.

Il existe plusieurs techniques pour cela (certaines récemment développées en Australie), mais l’enrichissement commercial est actuellement réalisé via centrifugation, notamment dans les installations iraniennes.

Les centrifugeuses exploitent le fait que l’uranium-238 est environ 1 % plus lourd que l’uranium-235. Elles prennent l’uranium sous forme gazeuse et le font tourner à des vitesses vertigineuses, entre 50 000 et 70 000 tours par minute, les parois extérieures atteignant une vitesse de 400 à 500 mètres par seconde. C’est un peu comme une essoreuse à salade : l’eau (ici, l’uranium-238 plus lourd) est projetée vers l’extérieur, tandis que les feuilles (l’uranium-235 plus léger) restent plus au centre. Ce procédé n’est que partiellement efficace, donc il faut répéter l’opération des centaines de fois pour augmenter progressivement la concentration d’uranium-235.

La plupart des réacteurs civils fonctionnent avec de l’uranium faiblement enrichi, entre 3 % et 5 % d’uranium-235, ce qui suffit à entretenir une réaction en chaîne et produire de l’électricité.

Quel niveau d’enrichissement est nécessaire pour une arme nucléaire ?

Pour obtenir une réaction explosive, il faut une concentration bien plus élevée d’uranium-235 que dans les réacteurs civils. Techniquement, il est possible de fabriquer une arme avec de l’uranium enrichi à 20 % (on parle alors d’uranium hautement enrichi), mais plus le taux est élevé, plus l’arme peut être compacte et légère. Les États disposant de l’arme nucléaire utilisent généralement de l’uranium enrichi à environ 90 %, dit « de qualité militaire ».

Selon l’Agence internationale de l’énergie atomique (AIEA), l’Iran a enrichi d’importantes quantités d’uranium à 60 %. Or, il est plus facile de passer de 60 % à 90 % que de passer de 0,7 % à 60 %, car il reste alors moins d’uranium-238 à éliminer.

C’est ce qui rend la situation iranienne particulièrement préoccupante pour ceux qui redoutent que le pays produise des armes nucléaires. Et c’est pour cela que la technologie des centrifugeuses utilisée pour l’enrichissement est gardée secrète. D’autant que les mêmes centrifugeuses peuvent servir à la fois à fabriquer du combustible civil et à produire de l’uranium de qualité militaire.

Des inspecteurs de l’AIEA surveillent les installations nucléaires dans le monde entier pour vérifier le respect du traité mondial de non-prolifération nucléaire. Bien que l’Iran affirme n’enrichir l’uranium que pour des fins pacifiques, l’AIEA a estimé la semaine dernière que l’Iran avait violé ses engagements au titre de ce traité.

Kaitlin Cook, DECRA Fellow, Department of Nuclear Physics and Accelerator Applications, Australian National University

Cet article est republié à partir de The Conversation sous licence Creative Commons. Lire l’article original.