Les réacteurs nucléaires naturels d’Oklo auraient fonctionné il y a environ deux milliards d’années. On a retrouvé dans la mine d’uranium d’Oklo, près de la ville de Franceville dans la province de Haut-Ogooué au Gabon, les résidus fossiles de réacteurs nucléaires naturels, où des réactions de fission nucléaire en chaîne auto-entretenues auraient eu lieu, bien avant l’apparition de l’être humain.
En 1972, le physicien français Francis Perrin découvre à l’usine d’enrichissement militaire de Pierrelatte les traces de ce phénomène dans de l’uranium provenant de la mine d’uranium d’Oklo exploitée par la Compagnie des mines d’uranium de Franceville (Comuf). Il s’agit des seuls réacteurs nucléaires naturels connus au monde à ce jour. Ils étaient de très faible puissance, comparativement aux réacteurs nucléaires fabriqués par l’être humain, mais ont suscité un grand intérêt parmi les scientifiques du Commissariat à l’énergie atomique (CEA).
Histoire
Le Gabon était une colonie française lorsque les premières analyses du sous-sol ont été effectuées par le CEA à partir de la base MABA à Franceville, plus précisément par son bras industriel qui devint plus tard la Cogema, conduisant en 1956 à la découverte de gisements d’uranium dans cette région.
La France ouvrit presque immédiatement des mines, gérées par la Compagnie des mines d’uranium de Franceville (COMUF), pour exploiter les ressources, près du village de Mounana. Après l’indépendance, en 1960, l’État du Gabon reçut une petite partie des bénéfices de la compagnie.
Le « phénomène Oklo » a été découvert en 1972 par le laboratoire de l’usine d’enrichissement d’uranium de Pierrelatte, en France. Des analyses de routine sur un échantillon d’hexafluorure d’uranium (UF6) provenant de la mine d’Oklo mirent en évidence un déficit léger mais anormal en uranium 235 (235U). La proportion normale de 235U est de 0,7202 %, alors que les échantillons ne présentaient que 0,7171 %. Comme les quantités d’isotopes fissiles sont cataloguées précisément, cette différence devait être expliquée ; aussi, une enquête fut lancée par le CEA. Une série de relevés de la composition isotopique de l’uranium d’Oklo (et d’autres mines) fut effectuée, qui mit en évidence des différences significatives ; la proportion de 235U dans certains échantillons de minerai baissait jusqu’à 0,440 %. Ce déficit apparent en 235U est exactement ce que l’on attendrait d’un combustible nucléaire usagé, après fission dans un réacteur nucléaire.
Un tel phénomène était théoriquement crédible et d’autant plus plausible qu’on remonte dans le passé. Il y a deux milliards d’années, les teneurs de ces gisements en uranium 235 étaient bien plus élevées (3,813 %) qu’aujourd’hui (0,7202 %), suffisamment élevées pour atteindre la criticité et engendrer une réaction en chaîne. Ces gisements réunissaient aussi deux autres conditions : la présence d’eau comme modérateur de la réaction et l’absence de métaux ou minéraux trop absorbeurs de neutrons parmi lesquels par exemple le chlore. Cependant, l’uranium étant relativement facilement mobilisable par l’eau, il était fort peu probable que les preuves d’un tel phénomène aient pu subsister au cours des âges géologiques. Plusieurs hypothèses furent envisagées pour expliquer les anomalies isotopiques d’Oklo (légère baisse du taux d’235U dans la plupart des minerais locaux et enrichissement dans quelques cas), mais la découverte de traces de produits de fission accrédita définitivement la thèse d’un réacteur nucléaire spontané.
D’après les sondages géologiques et l’étude des échantillons pris in situ, les foyers de réactions étaient les zones les plus riches en minerai à très haute teneur en uranium (mises en place il y a environ 1,95 milliard d’années).
Au moins 500 tonnes d’uranium auraient participé aux réactions nucléaires qui ont dégagé une quantité d’énergie estimée à environ 100 milliards de kWh. L’intégrale du flux neutronique a dépassé en certains points 1,5 × 1021 n/cm2 et, dans certains échantillons, la teneur en 235U a chuté jusqu’à 0,29 % (contre 0,72 % dans l’uranium géologique normal). L’occurrence d’un tel phénomène implique un concours exceptionnel de circonstances, dont l’action de mécanismes de contrôle de ces réactions, qui ne sont pas encore complètement élucidés.
Physique et biochimique
Article détaillé : réacteur nucléaire.
Un réacteur nucléaire naturel est un dépôt d’uranium où les analyses montrent des symptômes de réaction de fission nucléaire en chaîne auto-entretenue. Le phénomène de réacteur naturel est caractérisé par le physicien français Francis Perrin. Les conditions dans lesquelles une réaction auto-entretenue naturelle peut survenir avaient été décrites en 1956 par Paul Kazuo Kuroda, à l’Université de l’Arkansas ; les conditions à Oklo sont proches des prévisions théoriques.
L’hypothèse d’une situation homologue au Brésil a été émise, car à l’époque de la constitution du gisement d’Oklo, l’Amérique du Sud et l’Afrique n’étaient pas encore séparées. Le plateau du Colorado a également été cité comme contenant de l’uranium légèrement moins enrichi que la valeur normale. Oklo reste cependant le seul endroit connu de réacteur nucléaire naturel conservé ; seize sites ont été découverts à Oklo et un à Bangombé, à une trentaine de kilomètres avec des traces de réactions de fission datant de 1,95 milliard d’années.
La roche hôte des minéralisations du bassin de Franceville est un grès différencié d’origine fluviatile à fluvio-deltaïque où l’uranium est toujours « intimement associé à la matière organique » avec une minéralisation qui a été influencée par des facteurs stratigraphiques, sédimentologiques et tectonique (syn- et post-sédimentation).
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