Un réacteur nucléaire naturel ? Oui, ça existe !

Cette histoire scientifique commence, comme bien souvent, par une énigme. Elle concerne un échantillon d’uranium. Et une analyse de routine. Qui montra des résultats impossibles.

En 1972, un échantillon d’uranium est analysé par le physicien Francis Perrin, dans l’usine d’enrichissement militaire de Pierrelatte (une installation aujourd’hui démantelée). Les mesures montrent une teneur de 0,717 % en uranium 235 – l’isotope fissile, qui permet les réactions en chaîne. Cette teneur est usuellement de 0,720 %. La différence est très légère, mais suffisante pour que l’anomalie soit constatée. En effet, cette valeur est une constante pour tous les corps du système solaire, que ce soit la Terre, la Lune ou des météorites, qui proviennent de la même nébuleuse primordiale à l’origine du système solaire.

L’échantillon provenait de la mine d’uranium d’Oklo, située près de Franceville, au Gabon. L’analyse des isotopes de l’échantillon montrera la présence de produits de fission, impliquant que ce sont des fissions nucléaires qui ont consommé l’uranium manquant. Et l’enquête révélera ce fait étonnant : elles se sont produites dans un réacteur nucléaire naturel.

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Les conditions uniques qui permettent la fission naturelle

La possibilité théorique d’un tel phénomène avait été annoncée un peu plus tôt, en 1945, par le physicien d’origine japonaise Paul Kuroda. Les découvertes au Gabon confirmèrent sa prédiction. Les échantillons d’Oklo permirent en effet de prouver que des réacteurs nucléaires naturels avaient fonctionné il y a deux milliards d’années au sein du gisement d’uranium.

Pour qu’un tel réacteur nucléaire existe, plusieurs conditions doivent être réunies. En premier lieu, le gisement doit être suffisamment large pour que les neutrons puissent amorcer une réaction en chaîne. Par ailleurs, un enrichissement suffisant est nécessaire ; et c’était le cas si l’on remonte loin dans l’histoire de la Terre. L’uranium 235 est radioactif, ce qui implique que sa quantité diminue avec le temps ; il y a deux milliards d’années, sa concentration était ainsi bien plus élevée (3,813 %) qu’aujourd’hui (0,720 %). Enfin, il faut de l’eau, qui joue le rôle de modérateur neutronique, comme dans les réacteurs nucléaires à eau pressurisée (REP).

Les réacteurs d’Oklo auraient mis en jeu plus de 500 tonnes d’uranium. Ils auraient fonctionné pendant plusieurs centaines de milliers d’années. Et pendant ce laps de temps, ils auraient produit environ 100 térawattheures (TWh) – soient environ deux ans de production énergétique (thermique + électrique) d’un EPR. Aujourd’hui, les réacteurs d’Oklo sont les seuls réacteurs à fission naturels connus – il est toutefois vraisemblable que notre planète en cache quelques autres.