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Des réacteurs nucléaires naturels au Gabon

Francevillite. Photo Rob Lavinsky, The Arkenstone, www.iRocks.com

Il y a 1,9 milliard d’années, des réacteurs nucléaires naturels ont fonctionné au Gabon. Il s’est passé la même chose que dans les réacteurs construits pas l’Homme : des fissions de noyaux d’uranium 235 se sont produits en chaîne, entraînant un fort dégagement de chaleur. Les scientifiques ont dénombré seize piles dans le site d’Oklo et une autre dans celui de Bangombé. Ce phénomène est unique au monde mais il n’est pas incompréhensible. Cette découverte a donné lieu à de nombreuses publications à partir des années 1970. De la vulgarisation a été faite pour le grand public, mais un fait n’a pas été suffisamment mis en avant, c’est que la concentration d’uranium qui a permis à ces réactions en chaîne de se déclencher est un phénomène assez répandu. C’est grâce à lui que la plupart des mines d’uranium existent, et même la plupart des gisements d’autres éléments, tels que le cuivre, l’or, le plomb, le zinc ou l’argent. On les appelle des gisements hydrothermaux car ils ont été créés par la circulation d’eau à haute température dans les roches. Les éléments présents dans la croûte continentale sont dissous, circulent dans des fractures puis précipitent sur le lieu du gisement.

Dans le cas du Gabon, deux types de roches sédimentaires se sont déposés il y a plus de 2 milliards d’années. D’abord des sables et des galets dans un environnement fluvio-lacustre devenant à la fin deltaïque. Ils résultent de l’érosion d’une chaîne de montagnes et ont été cimentés en grès et en conglomérats. Ils constituent la formation dite FA, qui peut atteindre mille mètres d’épaisseur. Ensuite, dans un environnement littoral ou franchement marin, sont arrivés des sédiments beaucoup plus fins, argiles ou grès fins, ainsi que des carbonates et des formations ferrifères rubanées comportant des oxydes de fer. C’est la formation FB, moins épaisse que FA. Un fait remarquable est qu’elle contient de la matière organique, dû au foisonnement de la vie dans les mers de cette époque. Le taux de carbone organique peut atteindre 5 à 10 %. On y a même trouvé les premiers fossiles d’organismes macroscopiques, de quelques centimètres de long. Or les milieux comportant de la matière organique sont consommateurs d’oxygène. Ils sont donc réducteurs, c’est-à-dire que les éléments qui circulent dedans ont tendance à gagner des électrons. C’est le contraire d’un milieu oxydant.

L’uranium existe sous une forme réduite U⁴⁺ et sous une forme oxydée U⁶⁺, où il lui manque respectivement 4 et 6 électrons. Les granites de la croûte continentale contiennent de l’uranium. Il figure en traces dans la monazite (Ce,La,Nd,Th)PO₄, l’allanite (Ce,Ca,Y)₂(Al,Fe)₃(SiO₄)₃(OH) et l’apatite Ca₅(PO₄)₃(Cl,F,OH), des minéraux accessoires des granites. Ils sont libérés lors de l’érosion et se retrouvent dans les grès. La circulation d’une eau oxydante altère ces minéraux et entraîne l’uranium sous sa forme oxydée, qui est très soluble. Il forme des complexes stables de fluorure, phosphates ou carbonates tel que UO₂(CO₂)₃²⁻. Il précipite lorsque l’eau entre dans un milieu réducteur, car sa forme réduite est peu soluble. Les minéraux qui apparaissent sont alors l’uraninite ou pechblende UO₂, la carnotite K₂(UO₂)(VO₄)₂·3H₂O et d’autres plus complexes. La photo présente un minéral, la francevillite, de structure semblable à celle de la carnotite et associé à elle. Il doit son nom à une ville voisine d’Oklo. Dans le cas des mines d’Oklo-Bangombé, l’eau oxydante devait être très salée, à une température comprise entre 100 et 170 °C et sous pression.

Les gisements d’uranium de l’Athabasca, au Canada, sont d’une richesse exceptionnelle. Celui de Cigar Lake contient en moyenne 17,3 % d’uranium sous la forme U₃O₈. Il y a 850 000 tonnes de minerai, mais il est difficile à exploiter à cause de sa radioactivité et d’autres problèmes. En certains endroits, il a fallu employer des robots. Pourquoi des gisements ne se sont-ils pas transformés en réacteurs nucléaires ? Parce que l’uranium actuel ne comporte que 0,7 % d’isotope 235, celui qui fait fonctionner la réaction en chaîne. Pour être utilisé comme combustible, l’uranium doit être enrichi : il doit avoir entre 3 et 4 % d’isotope 235. Or il y a 2 milliards d’années, ce taux était près de 4 %. À la naissance de la Terre, il y a 4,57 milliards d’années, il était d’au moins 17 %. Puisque l’uranium est un élément radioactif, sa quantité diminue de manière exponentielle au cours du temps, mais sa demi-vie est très longue : celle de l’isotope 238 est de 4,47 milliards d’années. Celle de l’isotope 235 est plus courte, c’est pourquoi sa quantité diminue plus rapidement plus rapidement que celle de l’isotope 238. Depuis 1,5 milliard d’années, la formation de réacteurs nucléaires naturels n’est plus possible. Une autre condition est la présence d’oxygène dans l’atmosphère terrestre. On estime que ce gaz a commencé à s’accumuler il y a 2,45 milliards d’années grâce à l’activité des cyanobactéries et l’on sait maintenant que sa concentration était assez élevée à l’époque de ces réacteurs nucléaires (mais il serait risqué d’avancer un chiffre). Une troisième condition pour que leur fonctionnement soit possible est la présence d’un modérateur. C’est un élément capable de ralentir les neutrons. La réaction en chaîne ne peut se produire que si ceux-ci n’ont pas une vitesse trop élevée : un noyau d’uranium 235 se brise en émettant des neutrons, qui brisent à leur tour d’autres noyaux. C’est très certainement l’hydrogène contenu dans l’eau de percolation qui a joué ce rôle de modérateur, mais peut-être aussi le carbone.

Il n’aurait jamais pu se produire de réaction explosive. Pour cela, il aurait fallu que la proportion d’uranium 235 dépasse les 60 %. Ainsi, les réacteurs nucléaires ont fonctionné par intermittence pendant quelques centaines de milliers d’années, provoquant un chauffage des roches à plus de 285 °C. Cette température peut être estimée par l’analyse des minéraux. La consommation d’uranium 235 a fait baisser son taux. Il est aujourd’hui de 0,7171 % alors qu’il aurait dû être de 0,7202 %. C’est cela qui a mis la puce à l’oreille des scientifiques. Les produits de fission montrent qu’il y a bien eu une réaction en chaîne. De plus, les réacteurs se sont entourés de coques d’argiles formés par précipitation de silicates dans les conditions physiques et chimiques qui régnaient.

Voir aussi :
http://www.pseudo-sciences.org/spip.php?article2419

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