L’énergie nucléaire est proposée comme technologie de choix pour réduire la dépendance de nos économies aux hydrocarbures. Mais pour alimenter de nombreuses centrales, il faudra de l’uranium, de grandes quantités d’uranium, sans que ce besoin crée une nouvelle dépendance. Extraire l’uranium de l’eau de mer a tout d’une solution idéale, et des chercheurs australiens auraient identifié une manière de concrétiser à bas coût la « pêche à l’uranium ».

L’eau de mer contient de gigantesques quantités d’uranium naturel, estimées à une valeur de l’ordre de 4,5 milliards de tonnes d’uranium, c’est-à-dire plus de mille fois l’uranium contenu dans les gisements conventionnels terrestres. Il représente ainsi une ressource considérable, bienvenue lorsqu’il s’agit de porter le parc nucléaire mondial de 400 GW en 2020 à 800 GW en 2050, comme le propose l’IEA.

Problème, toutefois, la concentration de l’uranium dans l’eau de mer est particulièrement faible, de l’ordre en moyenne de 3 microgramme par litre. Et de nombreuses autres espèces chimiques sont diluées dans l’eau de mer, notamment le sodium, le calcium, le magnésium et le potassium – c’est-à-dire les substances qui font que l’eau est salée. Leur concentration est de l’ordre de 400 fois supérieure à celle de l’uranium dissous.

Il est donc nécessaire de concevoir un système peu coûteux, impliquant de faibles dépenses énergétiques et capable d’extraire avec une très grande sélectivité l’élément que l’on souhaite, en l’occurrence l’uranium. Et c’est tout l’enjeu des recherches sur cette thématique.

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Une invention basée sur un matériau facile à produire

Une équipe australienne [1] pense avoir trouvé le bon matériau, à la suite d’un programme de recherche qui a réuni des chercheurs de l’Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO), de l’université de Nouvelle-Galles du Sud, mais aussi de l’Illinois Institute of Technology.

Ils ont étudié une classe de matériaux spécifique appelée hydroxyde double lamellaire (HDL, en anglais Layered Double Hydroxides, LDH). Ces composés sont constitués de couches superposées d’ions négatifs et d’ions positifs, comprenant un troisième élément chimique intercalé entre ces couches. La grande mobilité de ces derniers est une propriété d’un grand intérêt pour des applications industrielles et scientifiques.

Il s’agit de matériaux complexes et aux propriétés extrêmement diverses en fonction de leur composition. La théorie n’en est encore à ses débuts. Aussi, les chercheurs ont essentiellement mené une belle étude expérimentale. Ils ont réalisé plusieurs échantillons de HDL à base de magnésium et d’aluminium (dit MgAl), chaque échantillon étant dopé avec des espèces chimiques différentes, dont des terres rares comme le néodyme (Nd), le terbium (Tb) ou l’europium (Eu).

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Ils ont ensuite laissé flotter des échantillons de ces différents matériaux dans un simulant d’eau de mer et ont analysé le résultat. Ils ont constaté que le néodyme avait un effet particulièrement significatif, parmi les autres dopants testés, en termes de sélectivité, non seulement par rapport aux éléments les plus abondants que nous avons cités plus haut (sodium, magnésium, calcium et potassium), mais également aux autres éléments également présents naturellement dans l’eau de mer, mais moins concentrés, comme l’aluminium, le titane, le fer ou le strontium.

Le mécanisme physique exact qui rend le composé aussi efficace avec le néodyme n’est pas encore élucidé. Il ne faut pas douter que l’étude évoquée dans ces lignes apportera un progrès certain dans leur compréhension. Sans oublier le fait que cette forte sélectivité, combinée avec le fait qu’il s’agit de substances relativement faciles à produire, rend plus probable l’extraction de l’uranium de l’eau de mer à grande échelle, et à un prix compétitif.

[1] Bedford et al, Enhanced uranium extraction selectivity from seawater using dopant engineered layered double hydroxides, Energy Advances, vol. 2, no. 8, pp. 1067-1226, DOI: 10.1039/d3ya00154g (2023) [lien]