Mots clés : uranium, oxydation, réduction, pechblende, autunite, matière organique

Comment expliquer l'augmentation du nombre de gisements d'uraninite à partir de 3,4 Ga ?

Pierre Thomas

Laboratoire des Sciences de la Terre, Ens Lyon

Benoît Urgelli

ENS-Lyon / DGESCO

Benoît Urgelli

ENS Lyon / DGESCO

15/07/2000

Résumé

Uranite, uraninite, minerais et gisements d'uranium.


Question

« J'ai rencontré une contradiction dans le programme de TS concernant l'apparition d'O2 dans l'océan et la présence d' uraninite. En effet, l'uraninite est soluble en présence d'O2 donc ne peut précipiter dans un océan oxydant. Or il ne peut y avoir de gisements d'uraninite qu'en présence d'O2 étant donné que l'uraninite est le résultat de l'oxydation de l'uranium. Comment expliquer donc la présence croissante de gisements d'uraninite à partir de 3,4 milliards d'année ? »

Question posée par Catherine D. le 2 avril 2000 par courrier électronique.

« Pourriez-vous nous donner la différence entre l'uranite et l'uraninite ? »

Question provenant du Labo SVT, posée par courrier électronique.

Réponse

En résumé :

De 4,5 à 2 milliards d'années, des gisements d'uraninite détritique se forment, en milieu anoxique. À partir de 2 milliards d'années, l'atmosphère s'enrichit en dioxygène. Les gisements d'uranium sédimentaire ne sont alors plus formés d'UO2 détritique, qui s'oxyde en UO3, mais de complexes uranifères associés à de la matière organique. Ces complexes sont issus de la réduction de l'UO3 en présence de matière organique.

Forme réduite et forme oxydée de l'uranium

L'uranium dans la nature existe sous 2 formes : la forme U4+ et la forme U6+. l'uranium sous forme élémentaire (U) n'existe pas dans la nature, pas plus que le silicium Si ou l'aluminium Al. U, Si, Al sont toujours associés à l'oxygène O, même en milieu réducteur. La forme "4+" forme l'UO2 et ses dérivés, la forme" 6+" forme l'UO3 et ses dérivés.

La forme UO2 (uraninite en simplifiant) est la forme réduite de l'uranium, et la forme UO3 la forme oxydée. La présence d'uraninite dans un milieu indique donc l'absence de dioxygène dans le milieu en question. UO2 est un oxyde d'uranium, comme SiO2 (quartz) est un oxyde de silicium. Il peut donc se former sans la présence de dioxygène libre, tout comme SiO2 (correspondant au quartz sous sa forme libre et aux silicates sous sa forme combiné (comme MgSiO3, le pyroxène).

La différence entre uraninite et uranite

L' uraninite est un minéral. Sa formule est UO2 (oxyde uraneux); c'est la forme réduite, tétravalente, de l'uranium (U4+). (Voir sa fiche sur l'Atlas minéralogique du BRGM)

Figure 1. Échantillon d'uraninite


L'uranium existe aussi sous la forme oxydée (U6+). Le minéral UO3 (oxyde uranique) n'existe pas dans la nature à l'état pur. L'U6+ existe souvent mélangé à UO2 dans de faibles proportions ; on parle alors de pechblende (mélange entre UO2 et UO3). Uraninite et pechblende se trouvent dans des milieux réducteurs sans oxygène libre : sédiments détritiques archéens, sédiments riches en matière organique (et donc fortement réducteur) de tous âges, filons hydrothermaux (continentaux) profonds (et associés à des sulfures).

L'U6+ existe aussi sous forme de minéraux complexes (hydroxydes, phosphates...), minéraux souvent colorés, dont l' autunite , (hydroxy-phosphate de calcium et d'uranium). L'autunite s'appelle aussi uranite ou calco-uranite (chercher à autunite sur l'Atlas minéralogique du BRGM).

Figure 2. Échantillon d'autunite (uranite)


L'autunite, synonyme d'uranite, se trouve dans les parties superficielles, altérées et oxydées des gisements uranifères. Elle a été découverte pour la première fois au XIXe siècle à Saint Symphorien de Marmagne, dans la région d'Autun, d'où son nom.

L'uraninite dans l'histoire de la Terre

Au moment de la formation de la Terre, le silicium et l'uranium étaient déjà liés à l'oxygène, en l'absence totale d'O2 libre dans la nébuleuse ou l'atmosphère primitive. L'uraninite UO2, qui s'est formée en l'absence de dioxygène libre, a eu une histoire géologique (interne), a parfois été concentrée dans des granites et des filons, et a pu être érodée. Dans une atmosphère dépourvue en oxygène, UO2, insoluble, a pu être transportée, a pu donner des sables, et être déposée sous forme de roches sédimentaires détritiques (j'insiste sur le mot détritique). C'est ce qui arrive jusque vers -2 milliards d'années.

Exemple des complexes uranifères associés à de la matière organique dans le bassin de Lodève

Dans les terrains sédimentaires du bassin de Lodève, on trouve de l'uranium exploitable. Les composés d'uranium s'accumulent dans les niveaux bitumineux réducteurs. Pour le gisement du Mas d'Alary, cinq échantillons obtenus par carottage ont été analysés afin de déterminer leur teneur en uranium et en matière organique. On obtient les résultats suivants :

Numéro des échantillons

Teneur en uranium (%)

Teneur en matière organique (%)

1

0,01

5,00

2

0,07

5,35

3

0,14

10,54

4

1,65

23,58

5

2,35

31,64

Affleurement de La Lieude, bassin de Lodève

Photographies du stage première année de Magistère de Sciences de la Terre, ENS de Lyon, 1999.

Figure 3. Vue d'ensemble


Figure 4. Faille


Figure 5. Gros plan


Mots clés : uranium, oxydation, réduction, pechblende, autunite, matière organique