Les ultra-centrifugeuses, un nouvel objet non identifié ?

Juillet 2008 Revue MGN, n°2, vol. 23

par le Dr A.BEHAR

… Pourquoi et comment cette technologie peut conduire à la bombe atomique et à la guerre.

ultracentrifugeuse

ultracentrifugeuse

Les gens voient évoquer de temps en temps dans les média les « ultra centrifugeuses de l’Iran » suivi de déclarations ahurissantes comme celles-ci : « 3000 centrifugeuses sont en action en Iran, Israël estime qu’il s’agit d’un casus belli et se prépare à bombarder les installations iraniennes… »
Une question se pose, s’agit-il d’une nouvelle arme de destruction massive ? et nos confrères qui réclament un dosage de cholestérol LDL pour leurs patients, dosage réalisé après ultracentrifugation, sont-ils des casus bellicistes sans le savoir ?
Dans ce numéro consacré à la prolifération nucléaire, il nous a paru nécessaire de clarifier cette question.
Le vrai visage de l’ultracentrifugation :
Tous les praticiens, quelque soit leur génération ou leur spécialité, ont pratiqué ou connaissent la bonne vieille vitesse de sédimentation. Ils savent aussi que ce processus est très lent,sauf en cas d’inflammation ou d’infection.
On peut dire la même chose d’une façon savante : « Dans un champs de gravité des particules se séparent dans une colonne liquide en fonction de leur masse, les particules les plus lourdes sédimentent au fond du tube »
force friction gravitéMais en réalité, ces particules sont soumises à 2 forces opposées ; les forces de friction et la force de gravité  (figure 1 et 2)
Si la différence entre les masses de ces particules est faible, celles-ci se distribuent en fonction de leur poids, mais de façon très lente.
Que peut-on faire pour accélérer le mouvement ? Si un cycliste fluet et un cycliste corpulent tournent ensemble sur un vélodrome, c’est le corpulent qui sera le plus rejeté vers l’extérieur, à cause de la force centrifuge. Cette force remplace la force de gravité et est plus efficace pour vaincre la force de friction.
C’est pourquoi tous les laboratoires biologiques ont des centrifugeuses  et des ultracentrifugeuses, en général réfrigérées pour ne pas échauffer les échantillons biologiques. C’est le moyen le plus rapide pour séparer les différents éléments d’un produit biologique comme le plasma, les urines, le liquide céphalo-rachidien, etc… Mais s’il s’agit de séparer des éléments solides entrent eux selon leur poids est-ce possible ? que fait-on quand il s’agit de minerai insoluble ?
C’est ici que la fée « chimie » intervient pour rendre possible cette séparation.

L’hexafluorure d’uranium, maillon indispensable.
Prenons le cas du minerai d’uranium naturel on ne peut plus solide, la preuve, il entre dans la composition des maisons en granit. Comment extraire, c’est à dire séparer 2 uranium l’un le 235 nécessaire pour le processus explosif, et l’autre le 238 inerte ?
C’est ici que la baguette magique de la chimie va transformer ces fragments de roche en gaz. Voici la recette de cette transformation miraculeuse :

  1. Le minerai d’uranium est d’abord pulvérisé puis dissous dans de l’acide nitrique pour former une solution de nitrate d’uranyle. On va filtrer cette solution et l’extraire par un solvant, le tributylphosphate (TBP)
  2. Puis on précipite le nitrate d’uranyle avec de l’ammoniac gazeux pour obtenir du di-uranate d’ammonium. On chauffe à 400°C pour produire de l’oxyde d’uranium, UO3, et on réduit avec de l’hydrogène pour avoir de l’oxyde d’uranium UO2.
  3. Retour au four pour faire agir l’acide fluorhydrique avec comme résultat la production de tétra fluorure d’Uranium, UF4. Petit passage enfin dans un réacteur à flammes pour oxydation, et voici comment on finit par obtenir l’hexafluorure d’uranium UF6.

Pourquoi toute cette galère est nécessaire ? c’est parce que l’UF6 à 56.5°C va se sublimer en vapeur. Ce gaz contient à la fois du 235 UF6 de masse 349 Dalton (rappelons que le Dalton est l’unité de masse atomique, l’hydrogène en est l’unité soit H, de masse un Dalton), et du 238 UF6 de masse 352.
Si on remplace la colonne liquide par une colonne gazeuse, les principes de l’ultracentrifugation s’appliquent toujours. Les ultracentrifugeuses à gaz vont pouvoir séparer les 0,7% de 235UF6 des 99,3% de 238 UF6.

L’enrichissement de l’uranium par ultracentrifugation cela marche, mais il ne faut pas être pressé !
fig-3-uf-08La séparation de l’uranium 235, seul utile pour les programmes nucléaires à partir de l’uranium naturel majoritairement composé d’uranium 238 est en réalité difficile, lente, et ne peut que s’opérer que petit à petit. C’est ce qui oblige à centrifuger par cascades avec 2 démarches , l’une principale, c’est « l’enrichissement » donc l’augmentation de la proportion d’uranium 235, l’autre secondaire, qui est l’appauvrissement des résidus.
Mais comment s’y retrouver dans la jungle des publications multiples sur cette question ? La solution est la suivante : on va définir le rendement uniquement à partir du résultat recherché. Par exemple, pour les réacteurs des centrales électriques, l’objectif est d’obtenir de l’uranium enrichi à 3,7% ; Dans ce cas, on va définir une « unité de travail de séparation, UTS ». par contre, pour l’uranium de grade militaire à 90% on fixera une autre UTS. De plus, on unifie ainsi l’unité d’enrichissement et l’unité de compte commercial : par exemple, un réacteur nucléaire de 900 MWe consomme 100 000 UTS par an, à raison de 5UTS par kilo d’uranium traité (fig. 3). Par ailleurs, le rendement traditionnel du procédé ancien appelé « diffusion gazeuse » ( MGN N° 17  ) avait un coefficient d’enrichissement de 1,002 !. L’ultracentrifugation a elle un facteur d’enrichissement de 1,3 donc nettement plus élevé et donc avec un nombre de cascades plus réduit .fig-4-uf-08
Le prélèvement des fractions gazeuses appauvries et enrichies se fait au moyen d’écopes (fig. 4), petits tubes placés aux 2 extrémités du bol . La circulation du gaz par ces écopes provoquant le long de l’axe de rotation de la centrifugeuse verticale un contre courant qui transforme le gradient isotopique radial (c’est à dire la différence U235/U238) en un gradient axial. Tout se passe comme si l’ultracentrifugeuse fonctionnait comme une colonne de distillation, le courant montant est progressivement enrichi en U235, tandis que le courant descendant est appauvri. Ce fonctionnement en cascade, les centrifugeuses étant reliées en série, explique la continuité totale entre un enrichissement « civil » à 3,7% et un enrichissement « militaire » à plus de 80%. Le problème central pour ces cascades reste le temps nécessaire pour franchir les étapes, et cela se compte en années. En tout état de cause, tout pays qui enrichi l’uranium est par définition un pays proliférant potentiel. Il faut faire cependant une différence entre les anciennes puissances nucléaires et les nouvelles, car la mise en place du système, est beaucoup plus difficile que les phases ultérieures, car :
« L’enrichissement n’est pas une opération linéaire, il est beaucoup plus complexe de passer de 0,7% à 4% d’uranium 235, que de 4% à 90% » (2)
C’est donc le seuil de 4% qu’il faut privilégier pour juger du caractère proliférant d’un programme nucléaire. C’est donc avant les preuves scientifiques d’un enrichissement de type militaire qu’il faut s’alarmer car une fois ce seuil franchi, il n’y a plus d’obstacles majeurs pour arriver à la bombe, du moins à son amorce fissile.
Dans cette définition, les pays proliférants, au regard seulement de la production d’uranium  possiblement militaire sont bien plus nombreux que la seule Iran, d’autres pays d’Asie, ou de l’Amérique du sud (comme le Brésil et l’Argentine) sont déjà au delà du seuil de 4%. Il ne reste alors que la volonté politique pour suspendre la course vers l’uranium très enrichi, et à ce titre la décision des 2 pays d’Amérique du sud d’arrêter leur programme militaire, va dans le bon sens.
Il va de soit que la production d’uranium très enrichi ou/et de plutonium 239 ne suffisent pas pour faire la bombe, mais cela reste une condition nécessaire et décisive. Par contre, la deuxième partie de têtes nucléaires, c’est à dire l’étage « fusion » est beaucoup plus accessible, le reste de la construction aussi si on a la technologie ad hoc.

Quelques questions annexes :
Au cours de nos rencontres sur ce sujet les questions suivantes sont souvent posées :

  1. Qui fournit les ultracentrifugeuses modernes à uranium ? Cette technologie boudée et méprisée par les occidentaux et surtoutfig-5 par la France, est de conception russe (fig. 5) C’est l’URSS qui l’a inventée et mise en place, et ce sont les russes qui ont généralisé les ultracentrifugeuse de type U-1. Le Pakistan a pris la suite dans l’innovation avec la mise en route des centrifugeuses de type UP-2. C’est donc tout naturellement le Pakistan qui a vendu les premières ultracentrifugeuses à l’IRAN.

Mais on sait maintenant (cf. l’article du NEW YORK TIMES  de mai 2008) que l’Iran, pour pallier à la difficulté de trouver les aciers spéciaux nécessaires, à créé ses propres ultracentrifugeuses de type IR-2 (fig. 6), en utilisant des fibres de carbone. Pour l’instant on fig-6-uf-08_0n’a pas de preuve d’une exportation éventuelle de cette technologie.

  1. Pourquoi la France est restée fidèle si longtemps à la vieille technologie dite de diffusion gazeuse ?

L’usine « GEORGES BESSE » (Eurodif, Pierrelatte) a jusqu’en 2000 fabriqué les UTS militaires, puis les UTS  pour le parc nucléaire national, et ceci malgré l’énorme coût  énergétique : Pour une capacité de production de 10,8 millions d’UTS/an par une cascade unique de 1400 étages montés en série, il faut fournir 2400 KWh par UTS et donc consommer l’énergie de 3 réacteurs sur 4 de la centrale de Tricastin. Pour justifier cette étrange longévité dans le refus de changement, la COGEMA à abreuvé de critiques l’ultracentrifugation : La base étant que cette technologie était « peu crédible ». (on ne va tout de même pas comparer le génie français avec les bricoleurs russes ou pakistanais !). Elle a longtemps poursuivi le rêve du procédé « SILVA » en espérant utiliser des rayons laser pour exciter sélectivement les atomes d’U235 au sein d’une vapeur d’uranium métallique à très haute température , pour les séparer. Il a bien fallut revenir à la réalité, stopper le gaspillage de l’usine Georges Besse, et acheter des ultracentrifugeuses comme tout le monde. Ce n’est hélas pas la première fois que l’entêtement de nos tout puissants ingénieurs, certes les meilleurs du monde, conduit à des erreurs piteuses. Déjà la promotion unique de la filière « graphite /gaz » ,la centrale nucléaire plutonigène, avait tourné à la catastrophe, obligeant l’EDF à acheter très cher la licence américaine de Westinghouse pour fabriquer les réacteurs à eau pressurisé. Il faut citer aussi la construction à la hâte de « super phénix », sans attendre les résultats expérimentaux du pilote « phénix »  ce qui a conduit à un échec total en particulier à cause de la non maîtrise du sodium liquide. Le débat actuel autour de l’EPR retrouve des éléments de réminiscence de cette manière d’agir. Si on se place uniquement en terme de marché,  la demande de très gros réacteurs est rare car le coût est élevé, le maniement difficile (il faut tout arrêter pour recharger, ce qui pose le problème d’un 2ème réacteur jumeaux), et cela nécessite en plus des lignes électriques haute tension particulière . La mise sur le marché de petites unités, accessibles en prix et donc compatibles avec la mise en réseaux de plusieurs réacteurs, sans remise en cause du réseau de câbles haute tension, semblent avoir plus de succès, pour des fabricants Chinois par exemple. L’offre se porte surtout sur le dessalement de l’eau de mer (voir MGN N° 23 )

  1. Que fait-on de l’uranium appauvri La plupart des pays, comme les USA, stockent l’uranium appauvri sous forme fig-7-uf-08d’hexafluorure  d’uranium  dans des réservoirs de gaz en acier sur des parcs à ciel ouvert.Chaque réservoir contient 12,7 tonnes d’UF6. Il y en a auxUSA 685500 tonnes, réparti dans 57122 réservoirs à Portsmouth (Ohio), Oakridge (Tennessee) et Paducah dans le Kentucky (fig 7). Ce stockage est très risqué car l’UF6 est instable chimiquement ; En contact avec l’air humide il se forme du fluorure d’uranyle tres soluble et hautement toxique. Nous avons nous mêmes publié des exemples de fuites vers la nappe phréatique (MGN N°2   ). Ce sont ces accidents multiples qui ont conduit les Etats Unis au déstockage des gaz UF6 et leur transformation en oxyde d’uranium solide. Mais la quantité grandissante d’uranium appauvri a trouvé un débouché militaire avec les obus à fléchette d’uranium appauvri perceur de tanks. (MGN N°14   ). Il y a maintenant un deuxième débouché : le blindage des tanks par de l’uranium appauvri, seul moyen de résister aux obus avec flèche d’UA.
  1. Si la course à l’uranium enrichi ne peut être contenue, que peut-on faire ?

Cela fait des années que l’IPPNW se bat pour faire adopter par l’ONU le « cut off treaty » c’est à dire le contrôle de la production et du transport des matériaux fissiles.
Cela fait des années aussi que nous nous battons pour que l’article VI du TNP soit effectivement appliqué. Au delà des raisons de fond pour soutenir la recommandation du désarmement nucléaire par les puissances nucléaires, il existe une raison supplémentaire qui existe déjà : Les effets du désarmement même partiel sont la diminution de l’enrichissement de l’uranium, et la mise en concurrence avec la récupération et le recyclage de l’uranium des têtes atomiques. Ce n’est pas une utopie puisque la dilution de l’uranium enrichi des USA et de la Russie a entraîné un changement important ; Si les besoins estimés dans le monde est de 32 millions d’UTS , la capacité de production est de 42 millions d’UTS . Dans ce contexte, un pays qui se suréquipe en ultracentrifugeuse est facilement repérable, tant l’offre en particulier russe en uranium enrichi à 3,7% est importante. Par contre, s’il y avait une relance importante des programmes nucléaires énergétiques, celle-ci pourrait servir de nuage de fumée pour embrunir les pays proliférants en noyant leur programme dans la course à la production d’UTS.
La solution est donc en dernier ressort politique, et l’opinion publique décisive dans ce domaine ; Plus de peuples comme les allemands, suisses, autrichiens rejetterons massivement l’option atomique, plus de peuples refuserons les armes nucléaires (comme le peuple belge et son parlement en ce qui concerne les engins atomiques de l’OTAN) plus vite on trouvera une solution politique.
Notre campagne « ICAN » faite pour promouvoir la convention pour l’élimination des armes nucléaires par étapes mais finalement totalement, est notre réponse fondamentale à la prolifération .

BIBLIOGRAPHIE

-LEVY JH, Structure of fluorides Part XII. Single-crystal neutron diffraction study of uranium hexafluoride J.CHEM.SOC.Dalton Trans. 23,29-36 2008

-OBJECTIF TERRE. Du nucléaire civil à la bombe A (type Hiroshima) mode d’emploi  (www. Courir international. Com/article ) 2007

-  Areva, Le cycle du combustible- l’enrichissement de l’uranium  2008
www.arevaresources.com/nuclear_energy/ datafr/cycle/enrichissement.htm –

- Diffusion gazeuse technique d’enrichissement de l’uranium, Médecine et guerre nucléaire 17, 3,4-8, 2002

-Dessalement de l’eau de mer, Médecine et guerre nucléaire, 23,3,12-13,2007

- Uranium appauvri, Médecine et guerre nucléaire, 14,4,9-12, 1999

-Pollution de la nappe phréatique dans l’IDAHO, Médecine et guerre nucléaire,17,2,8-11, 2002

LEGENDES DES FIGURES
Figure 1 : les 2 forces antagonistes de la sédimentation
Figure  2 : Ultracentrifugeuse de laboratoire
Figure  3 :  schéma de l’UTS
Figure  4 :  Ultracentrifugeuse à UF6
Figure  5 :  Ultracentrifugeuses en action (RUSSIE)
Figure  6 :  Schéma de l’ultracentrifugeuse IR-2 Iranienne
Figure  7 :   Réservoir d’UF6 avec sa corrosion

ANNEXE N°1
Nous avons déjà aborder l’autre filière pour la bombe c’est à dire la production de plutonium 239. Ce sont les réacteurs nucléaires, de « recherche » ou à destinée électrique qui les fabriquent à partir de l’uranium naturel en guise de combustible. Les réacteurs plutonigènes de références sont ceux modérés à l’eau lourde (de type CANDU). Il faut ensuite gagner la course contre la montre (car il se forme très vite du plutonium 240 non fissile) et accumuler gramme par gramme pendant des années le précieux plutonium.

ANNEXE N°2
. Ce n’est hélas pas la première fois que l’entêtement de nos tout puissants ingénieurs, certes les meilleurs du monde, conduit à des erreurs piteuses. Déjà la promotion unique de la filière « graphite /gaz » ,la centrale nucléaire plutonigène, avait tourné à la catastrophe, obligeant l’EDF à acheter très cher la licence américaine de Westinghouse pour fabriquer les réacteurs à eau pressurisé. Il faut citer aussi la construction à la hâte de « super phénix », sans attendre les résultats expérimentaux du pilote « phénix »  ce qui a conduit à un échec total en particulier à cause de la non maîtrise du sodium liquide. Le débat actuel autour de l’EPR retrouve des éléments de réminiscence de cette manière d’agir. Si on se place uniquement en terme de marché,  la demande de très gros réacteurs est rare car le coût est élevé, le maniement difficile (il faut tout arrêter pour recharger, ce qui pose le problème d’un 2ème réacteur jumeaux), et cela nécessite en plus des lignes électriques haute tension particulière . La mise sur le marché de petites unités, accessibles en prix et donc compatibles avec la mise en réseaux de plusieurs réacteurs, sans remise en cause du réseau de câbles haute tension, semblent avoir plus de succès, pour des fabricants Chinois par exemple. L’offre se porte surtout sur le dessalement de l’eau de mer (voir MGN N° 23 )

2 commentaires à to “Les ultra-centrifugeuses, un nouvel objet non identifié ?”

  • ALIDOU Hassane:

    L’iran est certainement un pays du seuil car le gouvernement devoile de facon methodique les differentes etape du developpement de son programme nucleaire.L’Iran est probablement a l’etape de la miniaturisation du prototype de la bombe qui serait logee dans le cone d’un vecteur (missile).Les Etats-Unis minimisent l’ampleur des avancees dans le domaine du nucleaire car ils sont en partie responsable pour avoir contribuer de facon malencontreuse au schema de construction de la bombe.

  • francine:

    On peut en effet classer l’Iran dans les pays du seuil avec deux remarques:
    1- cela fait plus de 50 ans que le programme nucléaire de l’Iran se développe, initié à l’origine par le Shah, et il est loin d’être fini!
    2- “la miniaturisation” des armes atomiques reste un fantasme très prégnant dans l’opinion publique, en réalité il existe une masse critique en dessous de laquelle on ne peut aller sous peine d’inefficacité. On peut se reporter à l’image des “mini nukes” pour comprendre qu’il n’y a rien de “mini” dans ces missiles;
    Merci pour cette contribution au débat.

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