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L’ANGLETERRE PREND LA RELEVE

Article paru dans le Bulletin du G.E.S.T., N° 132, juillet 2005

Dossier « Nucléaire » XIV

 

Robert SIX

I. LA RECHERCHE EN GRANDE BRETAGNE EN 1940

En Grande-Bretagne, plusieurs équipes universitaires travaillent sur la fission nucléaire, indépendamment les unes des autres. Ce sont, le très célèbre laboratoire Cavendish de l’université de Cambridge, où James Chadwick découvrit la nature du neutron en 1932; les laboratoires des universités de Birmingham et d’Oxford, l‘Imperial College de Londres. Le pays est l’un des principaux foyers mondiaux de recherche fondamentale en physique nucléaire. Il suffit de se rappeler :

  • Ernest Rutherford (1871-1937) qui découvrit la radioactivité du thorium en 1899 et mis en évidence, les rayons α et β émit par le rayonnement des radioéléments; sa loi des transformations radioactives énoncée avec Soddy, et bien d’autres contributions à l’avancement dans la connaissance de la physique nucléaire;

  • James Chadwick (1891-1974) qui étudia la charge des noyaux et la désintégration artificielle, mit en évidence l’effet photo-électrique, et son neutron, bien entendu;

  • Ainsi que les autres savants dont Joseph John Thompson (1856-1940); John Douglas Cockroft (1897-1967), etc.

Dès le printemps 1939, après la parution dans Nature des travaux de Joliot-Curie, George P. Thompson, professeur de physique à l‘Imperial College de Londres, prend contact avec Sir Henry TIZARD, président, depuis 1934, du comité scientifique du Ministère de l’Air pour la défense aérienne. Ce dernier conseille à Thompson de se rendre au Ministère de l’Air et d’exposer aux responsables les conséquences militaires et techniques que peuvent entraîner les découvertes des Français. De plus, des nouvelles alarmistes en provenance d’Allemagne laissent entendre que les atomistes allemands se sont lancés dans la course à la bombe. Le Gouvernement britannique confie la tâche à Tizard d’obtenir des différents groupes de scientifiques qu’ils unissent leurs efforts et coordonnent leurs recherches. Sa mission première est d’étudier les possibilités de construction d’une arme nucléaire. Soulignons que le personnage joua un rôle déterminant dans l’implantation du réseau des stations de radars qui protégea la Grande-Bretagne lors de la Bataille d’Angleterre.

Très vite, Tizard se rend compte des faiblesses matérielles et financières de son pays dans ce domaine. Scepticisme que partage Lord Cherwell, le conseiller scientifique de Winston Churchill. Les savants anglais surestiment la quantité d’uranium 235 nécessaire pour atteindre la masse critique. Il leur faut plusieurs centaines de kilo voire plusieurs tonnes de matériel fissile. La séparation isotopique de 235U des autres isotopes paraît insurmontable. De plus, ils ignorent les effets produits par une réaction en chaîne: simple déflagration ou explosion gigantesque ?

Cherwell suggère à Churchill de prévenir le secrétaire d’état à l’Aviation, Sir Kingley Wood, que malgré l’intérêt scientifique de la fission nucléaire, il est « peu probable que cette découverte conduise avant plusieurs années à des résultats susceptibles d’une application ».

Dès l’avènement d’Hitler au pouvoir, plusieurs scientifiques allemands quittent leur pays et se réfugient au Royaume-Uni où ils intégreront les équipes des différentes universités. C’est ainsi que l’on trouve Rudolf PEIERLS, qui parvient en juin 1939 à une évaluation plus fine de la masse critique, et Otto Frisch, qui en février – mars 1940, avec l’aide de son compatriote réussit à calculer la masse critique de l’235U et émet l’hypothèse qu’un neutron frappant un noyau d’uranium 235 provoque la fission de celui-ci et qu’une réaction en chaîne peut s’enclencher. D’autres savants les rejoindront, comme Franz Simon et Klaus Fuchs.

En mars 1940, Otto Frisch rédige deux rapports qui remettent le problème de la faisabilité d’une bombe atomique en question: « De la construction d’une superbombe basée sur une réaction nucléaire de l’uranium» et «Mémoire sur les propriétés d’une superbombe radioactive ». Ces rapports, qui atterrissent sur le bureau de Tizard, proposent une étude technique de la bombe et abordent également les questions stratégique et éthique. Ces deux rapports sont d’une importance capitale, car les calculs de FRISCH et Peierls démontrent que la déflagration serait égale à celle de 1.000 tonnes de TNT: « Cette énergie, annoncent-ils, est libérée sous un faible volume: il se produira, à l’intérieur, pendant un temps extrêmement bref, un dégagement de chaleur comparable à celui du centre du soleil. L’effet d’une telle explosion pourrait détruire toute vie sur une très grande zone. L’importance de cette zone est difficile à apprécier, mais elle couvrirait probablement le centre d’une grande ville. » De plus, leurs calculs montrent que la masse critique de matières fissiles se limite à quelques kilogrammes et non plus à des tonnes.

Tizard réunit un groupe de réflexion pour « examiner l’ensemble du problème, coordonner le travail de recherche et préciser dans les meilleurs délais s’il est possible de produire des bombes nucléaires pendant la guerre ». Ce comité, qui prend le nom de M.A.U.D. (Military Application of Uranium Detonation), doit également juger « si les effets militaires de ces bombes donneraient des résultats suffisants pour justifier une dispersion de l’effort de guerre ».

Un autre fait va alimenter le processus enclenché par le Gouvernement britannique: c’est l’arrivée en Grande-Bretagne des deux scientifiques français, Hans Halban et Lev Kowarski, avec leur stock d’eau lourde.

II. LE RAPPORT HALBAN-KOW ARSKI DE LONDRES

Dès qu’ils touchèrent le sol britannique, les deux collaborateurs de Frédéric Joliot-Curie exilés sont invités à ne pas s’engager dans les Forces Libres du général de Gaulle. Ils sont affectés au laboratoire de l’université de Cambridge, où ils peuvent reprendre leurs expériences interrompues par l’invasion allemande et leur fuite en Angleterre, en rejoignant le projet « Directorate of Tube Alloys» (TA) qui, sous le couvert de fabrication de tube d’alliage, consistait à mettre au point les techniques permettant la fabrication d’une bombe nucléaire. C’est ainsi, qu’ils livrèrent secrets et brevets français aux Anglais.

A la juin – début juillet 1940, les deux physiciens français rédigèrent un rapport dans lequel ils dévoilaient les derniers résultats obtenus par l’équipe française et les conclusions qui en découlaient.

« Discussion de la composition et de la constitution de systèmes contenant de l’uranium en vue de produire une réaction en chaîne nucléaire divergente» spécifie que «pour réaliser une réaction en chaîne divergente, quatre méthodes devraient réussir: l’utilisation d’un mélange homogène uranium – eau lourde, ou bien un dispositif hétérogène (sous forme d’une sphère ou d’un empilement) avec de l’uranium et de l’eau ordinaire, ou de l’uranium et de l’eau lourde ou encore de l’uranium et du carbone. Une combinaison comportant de l’uranium légèrement enrichi en isotope 235 serait très favorable et pourrait marcher avec de l’eau ordinaire. Deux voies sont préconisées pour la production d’énergie: la méthode des neutrons lents avec un petit enrichissement en uranium 235 ; ou l’espoir que la capture de neutrons par l’uranium 238 conduise en fin de compte à un nouveau noyau fissile ». Ce sera le plutonium découvert au début 1941 à Berkeley (USA).

III. LA RECHERCHE S’INTENSIFIE EN GRANDE-BRETAGNE

En cette fin de 1941, le groupe anglais est en tête dans l’étude de la possibilité d’une réaction en chaîne, grâce aux méthodes françaises et au stock d’eau lourde amené par les deux Français. Mais, de nombreux détails d’ordre pratique doivent encore être résolus.

La mise sur pied du Comité M.A.UD. entraîne la mobilisation de groupes industriels pour résoudre certains des problèmes techniques, comme, notamment, ICI (Imperial Chemical Industries).

Le principe de la bombe est arrêté: il suffit de précipiter deux blocs d’235U l’un sur l’autre pour obtenir la masse critique et enclencher la réaction en chaîne qui s’emballant provoquera l’explosion. Malheureusement, la fabrication de l’235U se révèle être un challenge. En effet, l’235U n’existe que dans la proportion de 0,7% dans l’uranium naturel. Ayant les mêmes propriétés, il est très difficile, si pas improbable, de séparer les deux isotopes. Aucune technique n’est à ce moment connue, ni même envisagée.

En dépit de sa valeur exceptionnelle, la physique nucléaire britannique n’a pas les moyens financiers et techniques pour entreprendre, durant la guerre, la mise au point de bombes nucléaires. C’est pourquoi, le 17 juin 1942, le chef du Gouvernement de Sa Majesté, Winston Churchill, rejoint Hyde Park dans l’Etat de New York, à bord d’un hydravion à coque, pour y rencontrer le président américain Roosevelt. Les deux hommes décident de concentrer la recherche aux Etats-Unis, et mettent au point un programme pour les dix-huit mois à venir. Au départ, Washington présentait quelques réticences à embrasser la cause de la bombe nucléaire. Mais, l’augmentation de la production de l’eau lourde ordonnée par les Allemands qui ont envahi la Norvège et réquisitionné l’usine de Norsk Hydro et l’embargo sur l’exportation du minerai d’uranium tchécoslovaque, laissent à penser que l’ennemi était proche de mettre au point un armement nucléaire. Churchill qui se serait « fort bien contenté des explosifs existants », se voyait donc obligé de se lancer dans cette course, avec l’accord de ROOSEVELT. « Nous avions l’un et l’autre le sentiment qu’il était fort dangereux de rester inactif dans ce domaine, écrit-il. Nous savions quels efforts les Allemands faisaient pour constituer des réserves d’eau lourde, terme sinistre, étrange et presque surnaturel qui commençait à se glisser dans nos documents secrets. Et si l’ennemi réalisait avant nous cette bombe atomique? Pour sceptiques que nous fussions devant les assertions de certains savants, nous ne pouvions pas courir le risque mortel de nous trouver devancés dans ce domaine terrifiant ».

De retour en Angleterre, le premier ministre décide de lancer un plan d’attaque pour détruire le stock d’eau lourde de l’usine norvégienne.

IV. LA BATAILLE DE L’EAU LOURDE

Je renvoie le lecteur à l’article précédent dans lequel j’annonce le récit de Jean Marin, scénariste du film  « La Bataille de l’eau lourde ». Un deuxième film a été tourné plus tard, en 1965 sous le titre de « The heroes of Telemark » avec en vedettes principales Kirk Douglas et Richard Harris. Réalisé par Anthony Mann, sur un scénario de Ben Barzman et Ivan Moffat, d’après le roman de John Drummond et Knut Haukelid, il respecte peu la vérité historique. L’aventure se termine par le sauvetage in extremis (suspens oblige) d’un groupe d’enfants et de leur accompagnatrice, embarqués sur le ferry transportant les bidons d’eau lourde, par le héros (K. Douglas). En réalité, l’explosion du navire a entraîné la mort de 26 personnes sur les 53 passagers et l’équipage.

Laissons à nouveau la plume à Jean Marin qui nous conte l’extraordinaire aventure d’hommes de courage sacrifiés pour des craintes qui, en définitive, s’avéreront non justifiées.

V

PARACHUTAGES EN NORVEGE

Dans l’abri de Churchill.

Dans l’abri qu’on a construit pour lui sous la pelouse du n° 10 de Downing Street, Winston Churchill est assis à sa table de travail. Le cigare en bataille, le nez chaussé de grosses lunettes d’écaille, il donne toute son attention à la lecture des derniers rapports de son ministre de la guerre économique. Il y apprend que le Reich, qui a déjà donné l’ordre à l’usine de Rjukan de porter sa production annuelle d’eau lourde à 1.500 kilos, exige maintenant qu’en 1942, cette production soit portée à 5.000 kilos par an.

Churchill croit aux armes secrètes et il sait qu’Hitler y croit encore davantage. Le danger est là. L’Allemagne est engagée à fond dans la course à l’eau lourde. Elle devine à peu près où en sont parvenus les progrès des Alliés dans le domaine de l’énergie .atomique; elle veut arriver bonne pre­mière.

L’une des feuilles dactylographiées éparpillées sur le bureau fait apparaître un nom que Churchill connaît bien : Tronjstadt, le Professeur Leif Tronjstadt, chargé de l’enseignement de la chimie industrielle à l’Université de Trondjheim.

Ce savant norvégien, grand spécialiste de la fabrication de l’eau lourde, pour qui l’usine de Rjukan n’a pas de secret, vient d’arriver en Angleterre. Il a des contacts sûrs et réguliers avec les patriotes ardents que compte le personnel de Rjukan. C’est lui qui va être chargé, auprès des services britanniques spécialisés, de mener en Norvège, depuis Londres, la bataille de l’eau lourde…

Einard Skinnarland est un garçon robuste au regard franc. D’un coup d’œil Tronjstadt l’a jugé: c’est l’homme qu’il lui faut. .

– Vous avez rejoint, lui dit-il, les forces norvégiennes libres en Angleterre, maintenant, vous allez repartir pour la Norvège. Là-bas, vous serez l’agent de liaison entre les Résistants de l’usine de Rjukan et nos services de Londres. Sur place, vous préparerez l’avenir. Un jour, peut-être vous verrez arriver d’autres Norvégiens eux aussi envoyés par moi. Tenez-vous prêt.

L’usine de Rjukan ? Einard la connaît bien, il est né près du lac dont les eaux l’alimentent.

Deux jours plus tard, il est de nouveau assis à la table de famille. A quelques kilomètres de là, il a enfoui son parachute sous un tas de neige. Il sourit sans répondre lorsque son grand-père, qui ne sait pas d’où il vient, lui reproche de rester indifférent à l’avenir de la Norvège envahie… Par contre, son frère comprend tout d’un seul coup lorsque Einard, avec un clin d’œil, lui offre une cigarette anglaise : la famille Skinnarland va compter maintenant deux soldats de la Résistance norvégienne.

Les quatre de « Swallow »

Sur le bureau du Professeur Tronjstadt, le dossier de l’usine de Rjukan s’est gonflé de semaine en semaine. Désormais les Alliés savent tout ce qu’ils désiraient savoir.

En juillet 1942, Churchill donne l’ordre de frapper un grand coup, de préparer le sabotage de l’eau lourde. L’opération, si tout va bien, se déroulera en deux temps : d’abord un corps franc norvégien partira en avant pour préparer minutieusement l’intervention. Quand tout sera au point, vingt-cinq parachutistes britanniques rejoindront le corps franc en Norvège. Et ce sera le sabotage.

Le 15 octobre 1942, à onze heures trente du soir, deux officiers et deux sous-officiers (en civil) de l’Armée Norvégienne Libre, sautaient en parachutes au-dessus de leur pays natal et se posaient sur les premières neiges des montagnes du Télémarck. Leur chef, Jens Poulsen, est un sous-­lieutenant de vingt-cinq ans, sorti de l’Académie Militaire d’Oslo. Les quatre hommes sur les contrôles de Londres répondent à l’indicatif  « Swallow ».

Ils ont pour mission de s’installer comme ils le pourront dans la montagne, d’y vivre comme ils pourront, aussi longtemps qu’il le faudra. Avant tout, ils doivent entrer en contact avec Einard et assurer la liaison régulière par radio avec Londres, grâce au poste émetteur qu’ils ont amené. Ce dernier point est capital : pour que l’opération projetée ait quelque chance de réussir, il faut que Londres soit tenu au courant de ce qui se passe à l’usine de Rjukan, et dans ses environs, non plus seulement par des courriers passant par la Suède, mais jour par jour, et s’il est nécessaire, heure par heure.

Ils sont là, dans les solitudes de la montagne, en face d’une tâche démesurée, mais bien résolus à triompher. Ils connaissent la région; ils savent ce qui les attend.

Le beau temps qui les a accueillis à l’arrivée ne dure que quelques jours. Dès le 21 octobre, une violente tempête de neige annonce la venue de l’hiver; l’implacable hiver de la haute montagne norvégienne, qui va durer six mois, traînant derrière lui son cortège de blizzards, d’ouragans, de températures de plus en plus basses.

Le point qu’ils doivent atteindre afin d’y installer leur base d’opérations à proximité de l’usine même, est à 150 kilomètres du lieu où ils sont tombés avec leurs containers. Cent cinquante kilomètres qu’ils vont devoir couvrir par leurs propres moyens, dans des conditions qui, dès les premiers pas, se révèlent épuisantes.

Première difficulté : les Allemands ont brûlés presque toutes les huttes de montagne pour rendre la région inhabitable, en prévision, précisément, d’une tentative de coup de main comme celle qu’ils préparent eux-mêmes.

Le problème du chauffage, ensuite. Les poêles parachutés ne valent rien ; ils auraient été bien utiles pourtant avec leur système à brûler la paraffine. Le bois est rare, surtout à l’altitude où les quatre hommes avancent péniblement.

Le poids de leur équipement est écrasant : 240 kilos. Ils n’ont pas de traîneaux. Comme ils ne peuvent porter sur leurs épaules que 120 kilos à la fois, ils sont contraints de revenir sur leurs pas pour emmener le reste ; ils multiplient donc par trois les 150 kilomètres à parcourir.

Ils n’ont que trente jours de vivres. Les rations sont faites de viande séchée, de biscuits, de sucre, de farine et de lait en poudre. Le chef, Jens Poulsen, les a réduites au minimum en prévision d’une solitude qui durerait plus de trente jours.

La neige est mauvaise: elle se met en grumeaux sous les skis.

L’eau des marais, des fondrières, des cours d’eau n’est pas encore entièrement prise : chaque soir voit arriver à l’étape quatre hommes trempés jusqu’au ventre.

Et, pour comble de malchance, l’opérateur de radio n’a pas encore réussi à faire marcher son poste : le contact avec Londres n’est pas établi.

Le 24 octobre, il y a neuf jours qu’ils sont arrivés dans une ferme inhabitée, ils trouvent de la viande : pour la première fois, ils mangent à leur faim.

Ils sont à plus de mille mètres d’altitude; quand un coup de tempête fait voler la neige, le vent souffle parfois à 80 kilomètres à l’heure. Et cette radio qui ne marche toujours pas…

Une hutte, base d’opérations

Quand leur procession de fantômes blancs se fut traînée pendant 14 jours, ils trouvèrent enfin une hutte.

Jens Poulsen fait le point : cette hutte sera leur base d’opération ; ils sont maintenant assez près de l’usine de Rjukan.

A peine arrivés, l’opérateur de radio est déjà au travail, il a placé son casque d’un geste las: tant d’échecs successifs ne l’incitent pas à l’enthousiasme. Mais son visage s’éclaire. Ses trois compagnons se penchent vers lui. Victoire. L’indicatif de Londres a crépité contre les plaques. Et puis, le silence absolu. Les accus sont morts : ils sont tombés trop souvent, avec leurs porteurs, dans la neige à demi fondue.

L’un dès deux sous-officiers, Claus Helberg, natif de Rjukan, reçoit de son chef la mission de descendre un peu plus vers le sud pour y chercher de nouveaux accu; un peu plus au sud, en effet, à quelques kilomètres de l’usine, il y a l’amateur de cigarettes anglaises le frère d’Einard Skinnarland. Lui fera tout, on le leur a dit à Londres avant le départ, pour les aider. ..

Chasse à l’homme…

Claus Helberg part de bonne heure, le lendemain. C’est un bon skieur, il est décidé à faire vite. Ce jour-là, il fait un temps admirable, la lumière vole et scintille du ciel limpide et bleu à la neige vierge. Claus va comme le vent dans la chanson menue des skis qui glissent sans effort.

Sur l’immense étendue blanche, sa silhouette est un point noir, à peine perceptible à l’œil nu. Mais elle est démesurément grossie par les jumelles prismatiques de l’officier de troupes de montagne allemandes qui conduit sa patrouille dans la région. Il fait signe à l’un de ses soldats : un champion olympique de ski, et la chasse à l’homme commence.

Claus à l’avantage dans les montées car il est plus robuste que souple, mais l’autre gagne à toutes les descentes jusqu’au moment où Claus, qui se sentait déjà serré d’un peu trop près, voit avec soulagement, par-dessus son épaule, que son chasseur vient de faire une chute catastrophique. Claus, par précaution; s’impose encore un long effort, de toute la vitesse dont il est encore capable après quatre heures de poursuite ; puis il reprend une allure plus modérée : ce soir, il lui faudra refaire la même course en sens inverse et en portant les accus neufs dans son sac.

…et duel à mort…

Il en est là de ses calculs, lorsqu’un impérieux commandement en allemand le glace d’angoisse. Comme la voix le lui a demandé, il lève les bras, se retourne et reconnaît son chasseur qui a dû le rejoindre par un raccourci, après s’être remis de sa chute moins grave que spectaculaire.

Mais déjà, Claus, d’une main qui ne tremble pas, a tiré .son revolver de son blouson. Il veut amorcer le tir le premier, car il est sûr… sûr que son adversaire est un peu trop éloigné.

L’Allemand tire une balle… deux balles… tout son chargeur, balle après balle. A mesure que la neige, irisée par le soleil se creuse en rigole sous l’impact, à quelques mètres de lui Claus compte calmement. Il sait combien de balles contient le pistolet de l’homme qui est en face de lui. Quand il a compté sept, un sourire un peu féroce détend ses traits.

En voyant ce sourire, l’autre comprend et pâlit. Il tente de fuir, de profiter à son tour de la distance. Trop tard. Claus, de toute la puissance de ses jarrets se jette en avant sur ses .skis. Un nouveau coup de feu claque dans le silence ensoleillé… Cette fois, Claus ne sera plus rejoint.

Le soir, il frappe à la petite maison de bois, au bord du lac, où habite le frère d’Einard. Celui-ci vient ouvrir. Claus murmure le mot de passe qu’on leur a donné à Londres… .

Depuis ce moment et jusqu’à la fin, le contact par radio avec Londres ne sera plus interrompu…

VI

Sur le bureau de Tronjstadt puis, sur le bureau de Winston Churchill, arrivent maintenant tous les jours et parfois d’heure en heure les bulletins d’informations radiotélégraphiés par l’opérateur du Corps franc « Swallow ».

Peu à peu, à la lumière des renseignements ainsi transmis, Londres reconstitue dans toute son exactitude la situation telle qu’elle se présente à Rjukan, autour de l’usine géante et à l’intérieur de la petite pièce à l’eau lourde.

Les officiers des « Combined Operations» apprennent ainsi coup sur coup que les Allemands sont plus que jamais sur leurs gardes, que la garnison locale vient de doubler ses effectifs, qu’autour de l’usine, les sapeurs allemands ont tendu un nouveau réseau de fils de fer barbelés.

Aussitôt, quelque part en Angleterre, un moniteur des troupes aéroportées britanniques se penche sur une maquette qui reproduit dans tous ses détails l’usine de Rjukan. D’une pince légère, il l’entoure d’un fil qui représente le barrage des barbelés, suivant point par point les indications données .par les derniers messages de Swallow.

– Ça devient de moins en moins facile, dit-il, mais il nous reste encore cette grille à deux battants qui lorsqu’elle est fermée, coupe en deux la voie de chemin de fer qui dessert l’usine ; le passage est sûrement par là.

Les vingt-cinq hommes auxquels il s’adresse et qui font cercle autour de lui épaules contre épaules comme dans une mêlée de rugby, sont les vingt-cinq hommes que l’Etat Major des « Combined Operations » a désignés pour aller faire sauter l’usine de Rjukan…

La grande expédition

Les revoilà tous les vingt-cinq, non plus en cercle, mais sur deux rangs qui se font face; ils ne sont plus debout, ils sont assis… assis dans un planeur. L’avion qui les tire survole déjà, dans la nuit opaque, les montagnes de Norvège. Le visage à peiné éclairé par le reflet phosphorescent des appareils de bord, le pilote se penche à droite et à gauche.

– J’ai fait le point. Il n’y a pas d’erreur possible, c’est là qu’ils devraient être, murmure-t-il entre ses dents.

Et ses yeux écarquillés ne voient rien à travers l’épaisseur de la nuit d’encre, fourrée de brouillard.

Au-dessous d’eux, à quelques centaines de mètres seulement, les hommes de Swallow tendent des torches de magnésium; voilà deux fois; que les avions et les planeurs .viennent tourner au-dessus de leur tête. Ils s’éloignent de nouveau: de plus en plus amorti, le ronronnement des moteurs s’éteint soudain et restitue à la solitude glacée où s’agitent encore les fantômes blancs de Swallow son silence tragique et désespéré…

Manqué !

Un moment après, à moins de 100 kilomètres de là, vers les premières échancrures des fjords norvégiens et des îles aux eaux poissonneuses, un grand éclair, .puis des flammes rougeoyantes viennent de percer la nuit.

*

L’un des avions et les deux .planeurs, rentrant vers la Grande-Bretagne après leur opération manquée, faute de visibilité, se sont écrasés et flambent. Il y a des morts, mais beaucoup de survivants blessés ou indemnes.

De la salle grillagée de l’hôpital, et des cellules humides où on les a enfermés, les pauvres « British » entendent claquer sur les dalles le martèlement des bottes de leurs geôliers allemands? Jusqu’au petit matin où l’on ouvre les cellules, où l’on fait lever de leurs lits les blessés encore grelottants de fièvre. .

Debout près de la fenêtre sans barreaux qui domine la cour de la prison, un officier allemand soulève un peu le bord d’un rideau. Le rideau retombe lorsque l’officier a entendu l’éclat mat, amorti par la neige, d’une double salve, qui soudain rougit un coin de la cour.

Il se dirige vers la carte que ses hommes ont trouvée sur l’un des parachutistes britanniques; un crayon rouge a cerné d’un trait gras le nom de Rjukan, mais ce qu’il ne sait pas alors c’est que l’assassinat dont il a donné l’ordre et qui a été, tout à l’heure, exécuté sous ses yeux, traînera un jour son Reich devant le Tribunal de Nuremberg…

Pour lui c’est encore l’atmosphère de la victoire. L’officier allemand satisfait d’avoir rempli sa mission de gardien de l’eau lourde, d’avoir impitoyablement puni ceux qui sans doute étaient venus pour la détruire, fait renforcer encore les mesures de précaution autour de l’usine.

Les quatre hommes de Swallow ont été prévenus. La nouvelle les a d’abord accablés, tout était prêt… mais l’espoir leur est revenu on leur a promis qu’une nouvelle tentative aurait lieu à la prochaine lune…

Mystère sur Rjukan

Au-dessous d’eux, dans les vallées qui rayonnent autour de Rjukan, le long des pentes où sont juchés les bâtiments de l’usine, l’Allemagne prend ses précautions. Un ennemi clandestin rôde autour de l’usine à l’eau lourde. Il a sûrement des attaches solides avec la population locale; il a peut-être même sur place des observateurs en armes qui épient, qui attendent le bon moment et qui, entre temps, gardent le contact avec les Alliés ?

Les postes d’écoute allemands enregistrent parfois d’insolites émissions. Un mystère menaçant plane sur Rjukan. Alerté par l’incident des planeurs, Hitler a donné des ordres précis. La Gestapo arrête tous les suspects y compris le frère d’Einard.

Joseph Terboven, Commissaire du Reich pour la Norvège et le général von Falkenhorst qui commande les troupes d’occupation s’assurent eux-mêmes, sur place, de la protection de l’usine ; on voit passer dans les petites rues de Rjukan leurs puissantes automobiles a fanion rouge, blanc et noir: Les bûcherons ou les gardiens de rennes croisent dans les sentiers de la montagne des patrouilles accompagnées de chiens loups.

Parfois, une grande lueur s’élève sur les hauteurs et une épaisse fumée noire ternit de ses spirales, pendant des heures, la limpidité du paysage: des Allemands ont mis le feu à un refuge.

Sans nouvelles de son frère, Einard se sent tous les jours un peu plus menacé, il n’ose plus garder ses contacts. Une nuit pourtant, entre deux patrouilles, il chausse ses skis et monte rejoindre les hommes de Swallow. Tous les renseignements qu’il apporte sont aussitôt transmis à Londres.

Par deux fois déjà, la lune a cru et décru dans le ciel du Télémarck. Mais rien n’est venu rompre l’exténuante monotonie de la vie de Swallow. Il fait plus froid que jamais. Les vivres sont de plus en plus rares. Un grand découragement s’est abattu sur les quatre hommes. Et cette solitude ! Ce sentiment lancinant de l’inutilité d’un effort pourtant surhumain qui dure, qui dure…

Le chef Jens Poulsen note :

« Décembre. Les hommes sont malades; la fièvre, et ils souffrent aussi de l’estomac. Les vivres sont épuisés. Plus d’autre solution que le renne. Le radio a découvert un fusil de chasse et des cartouches. Il n’a encore rien tué. Il n’y a plus de bois sec. »

Le lendemain, le radio, parti comme tous les jours pour abattre un renne, revient avec… un poisson, un poisson séché qu’il a volé dans le garde-manger d’un refuge inhabité. Mais pour des hommes comme ceux-là, le découragement ne dure pas. Les informations à transmettre à Londres se font .rares. Le chef envoie Helberg aux nouvelles à Rjukan même. Helberg:est tout désigné pour cette mission périlleuse puisqu’il est né dans l’une des maisons de bois de la petite ville et que l’ingénieur de l’usine qu’il va contacter habite la maison voisine de celle-là, où vivent encore son père et sa mère.

Nuit de Noël

Cette fois, c’est la bonne lune. Londres, informé par l’émission que Swallow lui a faite, après la descente de Claus Helberg à Rjukan, prévient les quatre solitaires de l’arrivée des renforts.

Tout s’est bien passé. Helberg va remonter, chargé de renseignements vers la hutte qui sert de base au corps franc de Swallow. Il fait nuit. A tâtons, il se dirige entre les troncs des bouleaux autour desquels il jouait enfant. Il se rappelle, bien sûr, que les ordres sont formels, qu’en dehors des contacts, comme celui qu’il vient de prendre, il faut fuir la population qui, pour bienveillante qu’elle soit, doit ignorer l’existence de cette petite troupe en armes qui attend son heure pour fondre sur l’eau lourde.

Et pourtant, appuyé à un arbre, Claus, un vague sourire aux lèvres, regarde au travers la fenêtre de la salle commune (la Norvège n’a pas de black-out), la silhouette familière de sa mère qui va et qui vient autour de la table et près de la cheminée.

C’est l’avant-veille de Noël. Claus voit le petit arbre traditionnel chargé de givre et de paillettes d’argent. Sur le mur orné d’une branche de houx, il ya la photographie du Roi Kaakon.

Claus regarde et tout d’un coup, s’arrache à cette douceur, à cette lumière, Swallow doit émettre avant le lever du jour…

Nuit de Noël, réveillon, bonne humeur, vieilles chansons.

Jens Poulsen note : « Le temps s’est levé. On a pu enfin tuer un renne. Nous avons passé un bon Noël. »

VII

Cette fois, il ne s’agit plus de troupes aéroportées britanniques. Il s’agit d’un nouveau corps franc norvégien, composé de six hommes, eux aussi volontaires de la Compagnie « Linge », Corps d’élite des Forces Norvégiennes Libres entraînées en Angleterre. Si le premier s’appelait SwalÎow, le second va répondre à l’indicatif : « Gunnerside »

Ceux de Gunnerside

16 février, minuit. A une cinquantaine de kilomètres de la hutte qui sert de base d’opérations à Swallow, le vrombissement d’un avion éveille les échos de la haute montagne. Dans la nuit, glissent du ciel six masses blanches et soyeuses curieusement lestées par une forme indistincte.

Les six hommes de Gunnerside font une dernière culbute dans la neige poudreuse, ils sont en Norvège. Ils enterrent leurs parachutes et partent à tâtons à la recherche de Swallow qui, de son côté, tente de les découvrir dans l’immensité blanche où s’ensevelissent rapidement les dérisoires points de repère.

Ceux de « Gunnerside », au départ, sont plus chanceux que les quatre de Swallow. Eux, au moins, ont été lancés avec deux petits traîneaux. Ils ont l’équipement et l’armement ordinaires. Mais en plus, ils ont des explosifs : les explosifs, qu’on leur a confiés pour faire sauter l’usine de Rjukan.

La tempête de neige qui sévit depuis leur arrivée est si violente, que, pendant quarante-huit heures, ils ne peuvent pas sortir de la hutte où ils s’abritent. Ces hommes, passés brusquement du climat doux de l’Angleterre aux dures brûlures du froid de la haute montagne, tombent malades: bronchites et terribles engelures. Leur état s’aggrave, tandis que dehors, la tempêtes se transforme en ouragan, en blizzard dont les furieux coups de vent chargés de cristaux de neige; piquent, brûlent la peau, gercent et déchirent les lèvres et les paupières.

Et toujours à tâtons, vaguement guidés par Londres, Swallow et Gunnerside se cherchent et ne se rejoignent pas. Jusqu’au jour – neuf jours après le parachutage de Gunnerside – où ils se réveillent pour découvrir que le soleil rayonne dans un ciel éclatant et que la neige apaisée scintille doucement. Le chef de Gurinerside, Joachim Holmho Ronneberg note : « En approchant du village de Kallund, nous voyons venir droit vers nous deux skieurs inconnus. Je donne l’ordre à l’un de mes hommes de revêtir le grand manteau blanc de camouflage, de se coiffer d’un bonnet de civil. Il part pour prendre contact avec les deux hommes. Si ceux-ci l’interrogent, il répondra qu’il est gardien de rennes et qu’il fait la tournée de ses troupeaux. Nous nous cachons dans lès fourrés. Les deux hommes sont des hommes de Swallow » .Gunnerside et Swallow ne forment plus qu’un corps franc.

Dix hommes résolus

L’eau lourde allemande est en danger. Dix hommes résolus, commandés par CHURCHILL, vont affronter le Reich sur le champ de bataille immaculé de neiges et des laboratoires… Les rouleaux d’explosifs sont prêts.

C’est le moment où, en Europe occupée, Hitler et ceux qui font sa propagande, parlent de plus en plus des armes secrètes qui « bientôt vont faire leur apparition ».

L’avenir va donc dépendre pour une bonne part de ces neuf hommes qui, maintenant que la nuit est tombée en cette soirée du 27 février 1943, descendent silencieusement vers la vallée de Rjukan.

En face d’eux, mais sur le versant opposé, ils distinguent l’usine géante entourée de ses vapeurs, percée de ses vives lumières. Leur chef – le lieutenant Joachin Ronneberg – les arrête, un instant. Ils se débarrassent de leurs vêtements blancs. Et les voilà en uniformes. Ce soir, comme ils partent à l’attaque, ils ont voulu se battre à découvert…

Au-dessous d’eux, un peu à gauche, ils distinguent les lumières des petites maisons de bois de Rjukan. La nuit est assez claire. Les souffles du vent seraient imperceptibles si, en descendant la vallée, ils ne faisaient pas longuement vibrer comme des cordes de contrebasse les filins métalliques tendus d’un versant à l’autre et qui forment les mailles du filet destiné à empêcher les bombardements en piqué…

Pour les neuf hommes, les difficultés vont commencer. Jusqu’ici, ils sont descendus de la haute montagne, de toute la vitesse de leurs skis, grisés par la joie sportive, éblouis par le plaisir de faire tourbillonner la neige en une magique fantasia blanche, de baigner dans le froid vif et sain de la nuit transparente… Désormais, il s’agit de descendre le long des flancs lisses d’une falaise à pic et glissante, puis de remonter le long d’une autre falaise semblable, au faîte de laquelle tout en haut, ils trouveront la ligne de chemin de fer qui dessert l’usine et qui doit leur fournir le seul moyen de pénétrer jusqu’à elle. Il y a bien la souple passerelle suspendue qui enjambe la vallée, mais c’est là que les Allemands ont établi le principal poste de défense extérieure de l’usine.

La descente commence. Ils sont peu chargés : quelques armes légères au ceinturon ou en bandoulière, de quoi manger un peu au cours de route, les explosifs, des lampes électriques et quelques outils.

Le chef de l’expédition l’a racontée de la façon suivante dans le rapport officiel qu’il a ensuite adressé à Londres :

« A 10 heures, glissant et trébuchant, nous commençons à descendre vers la rivière (qui coule au fond de la vallée et qu’ils devront donc traverser pour atteindre l’autre versant). La débâcle est déjà amorcée ; il n’y a plus qu’un seul point de neige praticable, mais il est recouvert de plus de dix centimètres d’eau. Nous grimpons ensuite le long de la falaise abrupte et rocheuse qui forme la rive opposée… »

Avalanche !

En file indienne, le corps collé contre la paroi rocheuse, ils montent lentement. Dans la nuit maintenant claire, ils aperçoivent et entendent les soldats en armes du poste de garde de la passerelle suspendue. A mesure qu’ils s’élèvent, les bouffées du vent leur apportent, à travers l’ahanement essoufflé de leur propre respiration, le ronflement doux et rythmé des machines huilées de l’usine géante.

Soudain, tous ces bruits infimes ou lointains sont dominés par la chute sonore et rebondissante d’un rocher que l’un des neuf hommes vient sous son poids d’arracher à la falaise. Tous retiennent leur souffle : la marche cadencée des sentinelles allemandes sur la passerelle s’est arrêtée. Des ombres se penchent par-dessus le parapet et cherchent à découvrir l’origine du bruit insolite.

L’ascension reprend. Un dernier effort, un rétablissement sur les poignets : les neuf hommes ont atteint la ligne de chemin de fer.

Joachim Ronneberg note : « Nous progressons jusqu’à 500 mètres de la grille qui coupe, en se fermant, la ligne de chemin de fer desservant l’usine. Le vent d’ouest nous apporte faiblement le halètement des machines. Nous allons attendre là sans bouger jusqu’à minuit et demie. »

VIII

L’attaque est fixée à minuit et demie, c’est-à-dire quelques minutes après la relève, qu’ils voient se faire au-dessous d’eux, de la garde sur la passerelle.

Ils ont repéré l’étroit passage le long de la voie ferrée ou des traces de pas prouvent qu’il n’y a pas de mines. Ils sont prêts. Serrés les uns contre les autres, ils se rappellent les consignes. Le mot de passe, s’ils ont à se reconnaître dans l’obscurité ou dans la confusion d’un corps à corps : « Piccadilly…Leicester Square ». Ils se diviseront en deux groupes ; le groupe d’action composé du chef de l’expédition et de deux hommes et le groupe de protection qui, comme son nom l’indique, couvrira l’attaque. – Quand l’opération sera en cours d’exécution, liberté de manœuvre et initiative complète. Toute personne non allemande rencontrée sur les lieux devra selon les circonstances, être traitée avec la détermination requise. Ils ont tous pris l’engagement de se tuer s’ils voient qu’ils vont tomber aux mains de l’ennemi…

La nuit n’est plus animée dans le silence universel que par le doux ronflement des machines de l’usine. Au rez-de-chaussée, sous la masse des sept étages de béton et d’acier l’objectif ; une petite pièce où luisent des tubes d’acier et où l’eau lourde se concentre lentement, destinée aux laboratoires allemands qui préparent la bombe atomique.

Cette fois, c’est un claquement de tenaille qui a rompu le silence de la nuit ; deux hommes du groupe de protection, partis les premiers, viennent de broyer la lourde chaîne et le cadenas de la grille qui coupe la ligne de chemin de fer.

Une main légère remonte le long de chaque battant : pas de fil électrique. La route est ouverte. Le sabotage de l’eau lourde a commencé.

Dans l’usine

Avec une précision d’horlogerie, les neuf hommes courent sans bruit dans la cour de l’usine. Les hommes du groupe de protection se placent en chacun des points qui leur a été assigné sur le plan : entre leurs mains un peu crispées le canon des armes suit au jugé la direction suivie par les trois hommes du groupe d’action qui éprouvent la première entrée possible vers la petite pièce à l’eau lourde. Pas de succès : la porte, fermée de l’intérieur, est lourdement barrée… Ils se dirigent, toujours dans le même fantastique silence, vers la deuxième entrée.

Le gémissement d’une porte mal huilée se fait entendre à côté d’eux. Comme s’ils étaient foudroyés par un charme, les neuf hommes s’immobilisent en même temps, suspendant le geste commencé dans le rai de lumière que jette sur la neige la porte qui vient de s’ouvrir. Un soldat allemand passe la tête d’abord, puis tout le corps. Il promène jusqu’au milieu de la cour le faisceau d’une grosse lampe électrique. Le sommet de l’arc lumineux ainsi décrit s’arrête par bonheur à quelques centimètres des semelles ferrées du plus proche des neuf hommes.

La porte gémit de nouveau et se ferme. Dans l’ombre, le charme est rompu : les neuf hommes reprennent leurs mouvements ou leur pose. La deuxième porte est elle aussi inaccessible. Le temps presse. Suivi d’un de ses hommes, le chef de l’expédition qui est aussi le chef du groupe d’action, s’élance vers le troisième accès, le moins aisé. Joachin Ronneberg écrit dans son rapport :

Nous atteignons l’eau lourde

« Nous n’avons pas pu ouvrir la deuxième porte. Mais par la fenêtre de la petite pièce, j’ai aperçu, de dos, un homme Immobile. Nous nous mettons à chercher le dernier accès possible : le tunnel qui, dans la muraille extérieure, donne passage aux câbles électriques. Après les deux premiers échecs, c’est désormais notre dernière chance d’accès dans la petite pièce à l’eau lourde. Ce faisant, nous nous égaillons. Finalement, je trouve le tunnel. Suivi d’un seul de mes hommes, je m’y glisse au milieu des câbles enchevêtrés. Par un trou, dans la paroi, j’aperçois à ma gauche l’objectif. Il ne s’agit plus de perdre une minute : l’homme qui m’accompagne et moi, nous allons accomplir la mission tout seuls. Nous sommes maintenant dans une pièce adjacente à l’objectif. La porte qui, de cette pièce, ouvre sur celle où se concentre l’eau lourde est ouverte. Nous entrons. Le veilleur de nuit n’en croit pas ses yeux.

« Mais, il se tient tranquille… Je commence à placer les charges explosives… Soudain, derrière moi, j’entends un bruit de verre brisé. Je lève les yeux, quelqu’un vient de crever la vitre de la fenêtre qui ouvre sur la cour : une tête d’homme s’y encadre et regarde. C’est un de mes hommes qui n’ayant pas trouvé le tunnel des câbles a décidé de sa propre initiative de passer par la fenêtre. Il m’aide à placer les charges. »

Victoire !

« Dehors, pas la moindre trace d’alerte. Pourtant la protection de l’usine, outre les postes de garde, les sentinelles et les veilleurs comporte un dispositif sonore et lumineux qui peut en une seconde déclencher le hurlement des klaxons et la ronde des faisceaux de projecteurs.

Dehors, les mains un peu plus crispées, sur le canon et sur la gâchette, le groupe de protection scrute la nuit.

Nous allumons les deux mèches, nous quittons la petite pièce.

Nous sommes à vingt mètres d’elle, lorsque l’explosion se produit.

Nous repoussons la grille et nous suivons la ligne de chemin de fer. Un instant; je regarde en arrière, par-dessus mon épaule et j’écoute. Tout est encore tranquille ; j’entends seulement comme tout à l’heure en venant, le halètement des dynamos. »

Mais tout d’un coup, le silence est déchiré par le hululement des sirènes : la nuit est percée par les projecteurs qui s’allument aux quatre coins de l’usine. Trop tard ! 1.500 kilos d’eau lourde, la partie la plus importante des engins de fabrication, viennent d’être anéantis par les explosifs.

Les neuf hommes de Gunnerside et de Swallow, ont réussi cet exploit. Neuf seulement, en effet : les deux autres sont restés dans la montagne, pour garder le contact par radio avec Londres.

C’est à eux que revint l’honneur d’annoncer là-bas, le résultat du sabotage.

L’élan de l’Allemagne dans sa course aux armes secrètes était suspendu, au moins pour un certain nombre de mois…

Mission remplie !

Quelques jours plus tard, les onze hommes de Swallow et de Gunnerside se séparaient. Sur .la neige qui les avait vus, une nuit descendre du ciel en parachute, neuf allaient partir pour la Suède, puis l’Angleterre. Mais deux allaient demeurer sur place, garder le contact avec Londres, se tenir prêts, toujours dans le froid, toujours dans la solitude, toujours avec la faim au ventre – à répéter l’attaque s’il était nécessaire.

Tandis que dans le désert blanc de Télémarck, ils se séparaient ainsi, non loin d’eux et dans la vallée, l’Allemagne prenait des mesures nouvelles de protection et de représailles. .

L’ennemi invisible avait frappé une nuit, en pleine surprise et il avait magnifiquement réussi son coup de main. Mais l’Allemagne conservait la source de l’eau lourde; elle entendait intensifier son effort et réparer en quelques mois les dégâts causes par le sabotage du 23 février.

Le vacarme assourdissant des 80 forteresses volantes tournoyant au-dessus de Rjukan et bombardant en piqué l’usine géante donna la preuve, à la mi-novembre 1943, que les Alliés, fidèlement informés par la radio des deux solitaires de Télémarck,  jugeaient de nouveau importante .la production de l’eau lourde.

IX

Dans le refuge où ils sont installés et d’où partent tous les jours les messages en code, Eynar et Knut – les deux hommes demeurés sur place, – devisent paisiblement, comme ils font souvent dans leur interminable tête-à-tête.

Un coup de poing frappé contre la porte les fait sursauter. Mais c’est un ami qui vient les visiter : l’ingénieur Sorlie qui, de l’intérieur même de l’usine, les tient au courant de tout ce qui s’y passe : « Ils » viennent de prendre une, décision inouïe, dit-il d’une voix encore essoufflée par la course dans la montagne: « Ils » ont décidé de faire partir l’eau lourde pour l’Allemagne !…

 Un dialogue dramatique

La nouvelle est, en effet, sensationnelle. Pour les deux hommes qui la recueillent des lèvres du fidèle Sorlie, elle signifie qu’enfin, quelque chose va se passer, que leur vie de Robinson des Glaces et des Neiges va prendre un tour plus actif, plus dramatique aussi sans doute.

Pour Londres, Winston Churchill et le professeur Tronjstadt, cette nouvelle que viennent de capter les grandes antennes métalliques de la B.B.C, signifie que la « Bataille de l’Eau .Lourde » s’engage dans sa phase décisive : si des ordres formels viennent d’arriver de Berlin, si l’Eau Lourde de Rjukan doit partir sans délai pour le Reich, c’est que les laboratoires du Reich sont décidés à l’utiliser.

Entre la petite antenne des neiges, soutenue par deux bâtons, de skis et les bras immenses des antennes réceptrices d’Angleterre, s’établit un dialogue précipité :

« Le stock qui va partir pour l’Allemagne, précise l’émetteur perdu dans les solitudes du Telemark, ­est un stock de dix mille litres, résultat de deux ans d’effort sans cesse intensifié malgré la résistance des ouvriers et de la Direction de l’usine, malgré sabotages et bombardements. »

Dans son bureau londonien, le professeur Tronjstadt suppute la valeur de ces dix mille litres : « leur destruction, suspendrait pendant des années les recherches atomiques du Reich. ».

Et pourtant, le Reich ne tient à rien tant qu’à poursuivre, au contraire, ses recherches atomiques. Poursuivre ? Peut-être atteindre le but…

Hitler vient de hurler quelque part en Allemagne: « Dieu me pardonne les huit derniers jours de la guerre. ». A Radio – Paris, Jean-Hérold Paquis vient de lancer la fameuse- formule : « L’Angleterre, comme Carthage, sera détruite:.. »

La petite antenne autour de laquelle attendent, anxieux, Eynar, Knut et SORLIE ajoute : « Ce n’est pas seulement l’Eau Lourde qui va partir, c’est aussi tout son matériel de fabrication. »

Londres répond : « Détruire convoi, coûte que coûte, par tous les moyens. »

Instantanément Knut soumet un plan à Londres qui accepte et ajoute: « Ordre impératif de succès. »

Nouvelle attaque

Le plan est simple. Non loin de l’usine, dans la mansarde de la maison qu’habite Sorlie, les trois hommes sont réunis, Knut parle :

– J’ai fait cela, dit-il, avec les pièces d’un réveille-matin.

Et il montre quelque chose qui a encore l’air en effet d’un réveil mais qui est un mécanisme d’horlogerie, destiné à commander, les charges explosives. .

Knut ajoute :

– J’ai calculé que les charges sont assez puissantes pour détruire le convoi en quatre ou cinq minutes…

Le plan de Knut consiste tout simplement à couler le ferry-boat sur lequel, dans quelques heures, demain matin, vont être transbordés l’Eau Lourde et son matériel de fabrication.

Knut dit encore :

– Cet après-midi, j’ai traversé le lac sur le ferry-boat qui va servir demain. J’ai calculé qu’à dix heures quarante-cinq il se trouvera sur des fonds de trois cents mètres.

C’est le 19 février 1944, presque un an jour pour jour, après le sabotage par les hommes de Swallow et de Gunnerside, de la petite pièce à l’Eau Lourde au fond de l’usine géante…

Rjukan et ses environs ont vu arriver de nouvelles troupes allemandes, en particulier des S.S. et de la Gestapo, venues pour assurer la protection du convoi depuis l’usine jusqu’à la mer.

L’itinéraire que suivra l’Eau Lourde sera le suivant : le train quittant l’usine descendra à travers Rujkan jusqu’au lac où les wagons contenant l’Eau Lourde et le matériel de fabrication, passeront à bord du ferry-boat « Hydro ».

Au delà du lac, le train se rendra jusqu’au port maritime d’embarquement ; de là, l’Eau Lourde terminera son voyage jusqu’au Reich par mer…

X

Il est 10 heures du soir; la nuit est épaisse. De temps en temps des projecteurs promènent lentement leur pinceau de lumière sur les abords de l’usine et sur la vallée. Tout le long de la voie ferrée, sur laquelle le train va rouler, tout à l’heure depuis l’usine jusqu’au lac, il y a des sentinelles tous les cinquante mètres ; les patrouilles circulent dans Rjukan et sur les routes alentour.

Jusqu’à la tombée de la nuit, des avions de reconnaissance ont survolé la région. L’Allemagne protège son Eau Lourde…

Une heure du matin : les trois hommes qui tout à l’heure devisaient dans la mansarde de SORLIE, chacun portant un sac, descendent dans la cour de la maison où les attend un taxi dont le chauffeur, un Résistant comme eux, s’est fait octroyer par les Allemands (Dieu sait comment) un Ausweis de nuit. Tout de suite, le taxi se met en route vers le lac.

Par la glace baissée, Knut et ses compagnons aperçoivent le train, la garde qui entoure ses wagons, les sentinelles qui jalonnent les rails. Dans la petite, gare de bois qui dessert l’embarcadère du lac, à une centaine de mètres du bord de l’eau il y a encore des sentinelles.

A bord de l’ « Hydro »

Le taxi avance toujours. Sur un signe de Knut le chauffeur s’arrête, un peu en retrait ; l’ordre lui est donné de rester au volant et de laisser son moteur en marche. Ouverte sans bruit, la portière du taxi laisse passer les trois hommes qui, à pas de loup, mais prêts à passer coûte que coûte, s’approchent, la main serrée sur le manche du poignard, de l’embarcadère où’ est accosté le ferry-boat « Hydro ».

Ils sont déjà au bord de la passerelle et, de là, ils découvrent tout l’embarcadère, et les deux, ponts du ferry-boat.

Nulle part, il n’y a de sentinelles allemandes. Ils se regardent stupéfaits mais reprennent aussitôt leur marche. Les voilà à bord du ferry-boat, ils entendent à l’intérieur du navire l’équipage norvégien qui joue aux cartes. Knut et ses deux compagnons descendent vers le pont où se trouve le salon des passagers.

Knut écrit dans son rapport : « Laissant un de mes hommes dans le salon, je passe avec l’autre par une trappe. Suivant la quille, nous nous dirigeons à tâtons vers l’avant, c’est là que je place mes charges d’explosif. »

En réalité, l’opération est laborieuse. Il faut éviter autant que possible de se servir des lampes électriques; il faut éviter surtout de faire le moindre bruit. Et ils sont là, tous les deux, en équilibre instable sur les membrures du navire, les pieds dans un mélange noirâtre d’eau et d’huile, qui fait glisser.

Knut regarde encore une fois le cadran qui porte l’heure fatidique : 10 heures 45. Quand ils ont fini, il est 4 heures du matin. Ils remontent par la trappe, rejoignent celui qu’ils ont laissé de faction dans l’ombre du salon des passagers. A peine l’ont-ils retrouvé, qu’une voix dit auprès d’eux, en norvégien:

– Mais que faites-vous ici à cette heure ?

C’est un veilleur de nuit, à qui Knut répond, jouant le tout pour le tout :

– Nous essayons de nous cacher, nous sommes poursuivis par la Gestapo.

– Eh bien, répond le veilleur, je vais vous donner une bonne cachette, mettez vous là. Et il désigne la trappe sous laquelle les explosifs viennent d’être placés.

– Merci, dit Knut, nous reviendrons un peu plus tard…

– Pas trop tard, le ferry-boat partira vers 10 heures et j’aurai quitté mon service.

Les trois hommes ressortent par le même chemin, franchissent la passerelle aussi vite qu’ils le peuvent. Il n’y a toujours pas de sentinelles allemandes. Ils retrouvent le chauffeur à son volant, avec le moteur qui tourne toujours au ralenti. Un instant plus tard, la voiture disparaît dans la nuit sans avoir attiré l’attention…

La bataille est gagnée

Le jour est venu. Dans le ciel limpide passent et repassent des patrouilles d’hydravions. Au bord du lac, le train de l’Eau Lourde vient d’arriver sur l’embarcadère, qui maintenant fourmille de sentinelles armées jusqu’aux dents. Dans un grand bruit de chaînes, les wagons passent à bord du ferry-boat. Les dix mille litres d’Eau Lourde sont en route pour le Reich. Bien loin de là, dans la montagne, Knut regarde le cadran de sa montre: il y a encore une heure :

– 10 heures 45 ! Pourvu que tout marche bien !…

D’ailleurs les Alliés ont pris des précautions supplémentaires. Au large de la côte norvégienne, devant le port d’embarquement, des sous-marins anglais sont prêts à intervenir.

Si l’Eau Lourde arrivait jusque-là !

Dans le calme de la matinée, sur laquelle brille un éclatant soleil, le ferry-boat « Hydro » trace lentement son sillage sur l’eau paisible du lac.

Sur sa montre, Knut lit : 10 heures 40, 10 heures 43, 10 heures 45… Son visage se crispe… Cependant, sur le lac il ne s’est rien passé.

10 heures 47, 10 heures 48, 10 heures50.

Une immense gerbe de feu suit une explosion assourdie, qui vient d’ébranler le ferry-boat de proue en poupe (fig. 2). En quelques secondes, l’avant qui s’enfonce rapidement est presque déjà sous l’eau. Une deuxième gerbe, plus haute encore que la première : les wagons contenant l’Eau Lourde et son matériel de fabrication, viennent de disparaître par trois cents mètres de fond.

Bientôt l’eau du lac retrouve son calme sous l’éclatant soleil de cette matinée de février 1944. La bataille de l’Eau Lourde était gagnée et l’Angleterre ne fut pas détruite comme Carthage…

Mais Knut, lui, fut très mortifié lorsqu’il apprit, beaucoup plus tard, que « son» explosion avait eu cinq minutes de retard…

V. CONCLUSION

Je laisse la conclusion de cette aventure héroïque à un scientifique allemand, Kurt Diebner, qui dit : « La destruction de notre production d’eau lourde en Norvège fut la principale raison de notre échec à la mise au point d’un réacteur en chaîne avant la fin de la guerre ».

Remarquons qu’il parle de la mise au point d’un réacteur et non d’une arme. Dans un prochain article, nous verrons où en était la recherche nucléaire en Allemagne et si les craintes des Alliés, à propos de la mise au point d’une bombe nucléaire allemande, étaient justifiées.

VI. QU’EST-CE QUE L’EAU LOURDE?

L’eau lourde ou, en terme savant, hémioxyde de deutérium (formule: D2O ou 2H2O), a été découverte en 1930, elle est formée d’un atome d’oxygène et de deux atomes de deutérium, isotope de l’hydrogène.

Le premier échantillon d’eau lourde pure fut isolé en 1933 par Gilbert Newton Lewis.

Le noyau de l’hydrogène ordinaire est formé d’un proton et a une masse atomique de 1. Il existe deux autres isotopes naturels de l’hydrogène : le deutérium et le tritium. En plus de son proton le noyau du deutérium renferme également un neutron. Il a donc une masse atomique de 2. Quant au tritium c’est un élément instable et radioactif dont le noyau possède un proton et deux neutrons. Il a une masse atomique de 3. Dans un volume donné d’hydrogène, on retrouve environ 0,02 % de deutérium. Ces atomes de deutérium peuvent se combiner avec l’oxygène pour donner de l’eau lourde, dont la densité est d’environ 11% supérieure à celle de l’eau ordinaire.

Deuterium

Fig. 1 – Comparaison entre atome d’hydrogène et deutérium

L’eau lourde a les mêmes propriétés chimiques que l’eau ordinaire. Quand aux propriétés physiques, l’eau lourde bout à 101,42 °C au lieu de l00 °C, et son point de congélation est de 3,81°C au lieu de 0°C.

C’est le domaine de la fission nucléaire qui mit l’eau lourde en vedette. Elle est utilisée comme « modérateur » dans certains types de réacteurs : CANDU, réacteur à uranium naturel et à eau pressurisée. Rappelons qu’un modérateur sert à ralentir les neutrons libérés par la fission, favorisant ainsi la réaction en chaîne. On peut utiliser de l’eau ordinaire, mais l’eau lourde a l’avantage de moins capturer les neutrons. Certains modèles de réacteurs utilisent plutôt le graphite comme modérateur.

L’eau lourde est naturellement présente dans l’eau mais en très faible quantité : une molécule d’eau lourde pour 7000 molécules d’eau ordinaire. Il existe divers procédés de production d’eau lourde : par électrolyse et distillation de l’eau, distillation de l’hydrogène liquide, échange isotopique H2OH-H2S, échange isotopique NH3-H2. Dans le cas des échanges isotopiques, on exploite la différence d’affinité du deutérium et de l’hydrogène pour les différents composés. Ces procédés chimiques sont basés sur la différence de poids moléculaires qui produit une légère différence de vitesse à laquelle les réactions chimiques se produisent.

La première installation de production industrielle d’eau lourde a été réalisée en 1934, par la société Norsk Hydro qui s’est implanté à Vemork (Rukjan) en Norvège. Elle avait une capacité de production de 12 tonnes par an. Je vous ai raconté son histoire plus haut.

La plus grande partie de l’eau lourde utilisée en France, après la guerre, a été importée de Norvège et des États-Unis (selon certaines sources). Les réacteurs civils mis en service dans l’Hexagone avant 1967 auraient demandé 150 tonnes d’eau lourde au maximum. De l’eau lourde serait stockée à Saclay et à Cadarache.

Actuellement, ce sont surtout les Canadiens qui développent les réacteurs à eau lourde. J’en reparlerai lorsque j’aborderai la recherche nucléaire au Canada.

Un de nos lecteurs a posé la question de l’utilisation première de l’eau lourde. Malheureusement, je n’ai rien trouvé de précis. La seule référence à une utilisation autre que celle de modérateur est la suivante : 1931- utilisation de l’eau lourde (Deutérium) pour mesurer le contenu en eau du corps humain, selon le principe de dilution.

Par contre, elle est également utilisée actuellement pour la détection des neutrinos. Ainsi, l’Observatoire de Neutrinos de Sudbury SNO (Ontario. Canada) utilise 1.000 tonnes d’eau lourde dans une cuve enterrée dans une mine à plus de deux kilomètres sous terre afin d’être protégée des rayons cosmiques. Le SNO détecte l’effet Tcherenkov produit quand un neutrino traverse l’eau lourde.

VII. BIBLlOGRAPHIE

  • Crochet Bernard, McNair Ronald – La bombe atomique Hiroshima – Nagasaki. Historica Hors série. juil-août-sept 1995.
  • Gallagher Thomas – Halte à la bombe de Hitler, Selection du Reader’s Digest, mai 1976.
  • Gueron Jules (1980) – Lew Kowarski et le développement de l’énergie nucléaire.

 

Explosion ferry-boat

Figure 2- Une immense gerbe de feu suit une explosion assourdiequi vient d’ébranler le ferry-boat de proue en poupe.

 

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La radioactivité des roches (3)

Article paru dans le Bulletin du G.E.S.T., N° 172, mars 2012

Robert Six

I. RADIOACTIVITE DES ROCHES SEDIMENTAIRES

A. Origine des roches sédimentaires

La plupart des roches sédimentaires se forment en milieu aqueux (lacs, mers, océans) et sont composées principalement d’éléments clastiques ou détritiques, qui se sont sédimentés. Ces divers constituants proviennent de la désagrégation, par différents procédés d’érosion, de roches préexistantes : roches magmatiques, métamorphiques et même sédimentaires.

L’érosion sera causée par des phénomènes physiques et mécaniques ou des procédés chimiques ou l’action d’organismes vivants.

On distingue traditionnellement trois origines différentes de sédiments : détritiques, chimiques et biologiques. La distinction ne repose pas sur l’origine première des matériaux mais sur les modalités de transport et de dépôt.

Les éléments détritiques arrachés aux roches du sol sont entraînés par les eaux de ruissellement, l’avancée des glaciers ou les vents. Durant leur transport, ils subiront une usure plus ou moins prononcée selon leur dureté.

Les procédés chimiques peuvent intervenir en présence d’eau lorsque celle-ci est plus ou moins chargée de sels de natures diverses.

Les actions organiques sont souvent causées par des bactéries ou des végétaux inférieurs sous forme d’action chimique, ou par des organismes supérieurs, dont l’action est surtout mécanique.

B. Uranium et thorium dans les roches sédimentaires

Rappelons que la radioactivité naturelle des sols et des roches est due à la présence des trois radioéléments naturels à longue durée de vie : 238U, 232Th, 40K et de leurs produits dérivés comme le radium. Selon leur nature, les sols et les roches ont une radioactivité spécifique qui permet de les différencier. Ainsi, les argiles et certains sables résultant de la désagrégation des massifs primaires sont plus radioactifs que les craies et les calcaires.

L’uranium et le thorium des roches sédimentaires proviennent donc directement ou indirectement des roches magmatiques. Du fait de leur densité élevée (U = 18,95 ; Th = 11,72), ils se déposeront partiellement au pied de la roche-mère, ou pendant le transport, ou atteindront le bassin de sédimentation. Les éléments radioactifs, étant de ce fait fortement dispersés, les roches sédimentaires en contiendront moins que la roche-mère. Une roche sédimentaire, déjà pauvre en U et Th, désagrégée à son tour par l’érosion,  donnera des sédiments encore moins riches en ces éléments. Il en résulte que l’U et le Th des roches sédimentaires est, en général, à par quelques placers, à l’état diffus, et que l’on ne trouve pas de gisements uranifères ou thorifères à forte concentration dans ce type de roches.

Les minéraux microscopiques uranifères et thorifères résistent mal à l’érosion. Parmi les plus fragiles citons l’autunite, la pechblende, la samarskite, la thorianite et la thorite. Ils seront détruits avant la sédimentation et donc on les retrouve rarement dans les roches sédimentaires.

Par contre, des inclusions tels que les zircon qui résistent bien aux traitements mécaniques et chimiques seront transportés jusqu’au lieu de dépôt sédimentaire sans subir de modifications majeures.

Enfin, d’autres inclusions, surtout thorifères, de résistance moyenne ne subiront qu’une attaque chimique limitée, comme la monazite, l’apatite et le xénotime. Ces métaux lourds se déposeront en cours de transport, ou s’accumuleront dans des placers très riches.

Nous avons vu dans l’article précédent que l’uranium en milieu oxydant pouvait donné des composés complexes solubles et qui de ce fait peuvent être emportés par les eaux superficielles ou souterraines et entraînés jusqu’aux océans. Par contre, le thorium et ses isotopes sont peu solubles et ont une forte tendance à l’hydrolyse et à être précipités.

C. Classification des roches contenant des éléments radioactifs

Des observations effectuées sur des roches sédimentaires de provenances diverses ont montré que :

  • La radioactivité moyenne des sables, des grès, des calcaires et des dolomies est faible ;

  • Les argiles, qui absorbent préférentiellement les ions K+, sont fortement radioactives ;

  • La radioactivité des marnes est fonction de leur teneur en argile ;

  • Les gypses et l’anhydrite ont une très faible radioactivité.

On peut classer les roches sédimentaire sur la base du critère « radioactivité » en :

  1. Roches à radioactivité élevée :
  • La plupart des argiles qui constituent le support préférentiel de fixation des trois éléments radioactifs principaux, et qui peuvent, d’un autre côté, contenir des proportions importantes de matières organiques ou de phosphates, riches en uranium ;

  • Les schistes noirs ;
  • Les évaporites potassiques ;
  • Les phosphates ;
  • Certains sables et grès riches en minéraux accessoires à uranium et thorium ;

  • Les granites potassiques et les roches qui en découlent par érosion ou métamorphisme.

  1. Roches à radioactivité moyenne:
    • Les grès et les sables ;
    • Les gneiss.
  1. Roches à radioactivité faible :
    • Les calcaires et les dolomies ;
    • Les charbons en général ;
    • Les évaporites sans potassium, la halite et l’anhydrite ;
    • Les roches basiques et ultrabasiques

radioactivié naturelle

Fig. 1 – Radioactivité naturelle des principaux types de roches.

A.P.I. : unité de calibration de l’American Petroleum Institute[1]

D. Distributions des radioéléments

  1. Dans les calcaires

D’une manière générale, les calcaires se caractérisent par l’absence de thorium et de potassium, radioéléments liés dans les roches sédimentaires habituelles, à une phase détritique (minéraux argileux lourds). Par contre le clarke[2] de l’uranium se situe aux alentours de 2 ppm.

Ces teneurs relativement faibles s’expliquent par le fait que le calcaire provenant d’organismes aquatiques se forme dans des eaux peu profondes et bien oxygénées, milieu peu favorable à la précipitation de l’U.

Ce dernier élément se concentre dans les calcaires par des processus purement chimiques ou biochimiques. Dans ce type de roches, la radioactivité est généralement très diffuse, mais dans certains cas de calcaires impurs on peut trouver des minéraux plus ou moins actifs. Ainsi, en milieu sédimentaire carboné, les phosphates jouent souvent un rôle fondamental dans la fixation de l’uranium. En milieu marin, l’uranium est fixé par des organismes ou des carbonates d’origine biologique.

  1. Dans les roches carbonées

Dans les roches carbonées, on comprend les roches combustibles, d’origine organique. Elles sont constituées par les charbons et les hydrocarbures.

Rappelons que les charbons sont formés par des débris végétaux qui se sont accumulés dans l’eau par sédimentation et qui se sont transformés en milieu anaérobie, sous l’action de microbes. Les différentes phases de la transformation de ces débris végétaux en charbon sont :

  • la tourbe, qui correspond au début de leur fossilisation. Sa teneur en carbone peut atteindre 50% de son poids. Elle correspond à des dépôts récents ;

  • le lignite qui contient près de 50 à 60% de carbone. Il constitue des dépôts plus anciens ;

  • la houille dont la teneur en carbone est de 80 à 90%. Elle participe de dépôts anciens ;

  • l’anthracite contenant de 92 à 95% de carbone. C’est une roche que l’on trouve uniquement dans le Paléozoïque (Carbonifère et Permien) ;

  • le graphite correspond à la dernière augmentation de carbone (100%). Il constitue des dépôts très anciens dont les couches ont été métamorphisées.

Ces roches carbonées ont généralement des teneurs en éléments radioactifs peu significatives, du fait que les conditions favorables à leur dépôt n’existaient pas lors de leur formation.

Dans le Dakota, aux Etats-Unis, on trouve des lignites contenant 0,005 à 0,02% d’U, ce qui est très faible. Par contre, la combustion de ce lignite donne des cendres dont la teneur varie de 0,05 à 0,1%. Le lignite triasique des Vosges contient 18,8 ppm d’U (G. Jubain, 1955).

Certaines mines de lignite sont des sources de radon et de ses descendants qui peuvent être impliqués dans la genèse de cancers du poumon des travailleurs qui y sont exposés. Les taux peuvent varier fortement selon les lieux et les moments de prélèvements. Par exemple, dans trois mines de lignite de Turquie, on a relevé des concentrations variant de 50±7 à 587±16 Bq/m³ d’air.

La combustion de la houille utilisée dans les centrales thermiques émet des fumées qui sont acides et polluantes. Elles contiennent notamment des traces de vapeur de mercure et de métaux lourds et/ou radioactifs. Les cendres, résidus solides de la combustion du charbon, de ces centrales sont également chargées de métaux lourds avec des traces parfois significatives d’éléments radioactifs, atteignant de 20 à 120 ppm (U, Th, Ra…). Celles-ci accumulées sur les crassiers, sur plusieurs mètres d’épaisseur, sont exposées au vent et à la pluie. Elles sont utilisées comme fond de couche routière, matériaux de remblai ou de construction, avec le risque de polluer les nappes phréatiques.

Formaation du charbn

Fig. 1 – Formation du charbon en 4 étapes

D’après compilation WEB et livres de SVT

Les hydrocarbures naturels sont des composés organiques comprenant des atomes de carbone et d’hydrogène, dont la formule brute est CnHm. Ils peuvent être :

  • des bitumes libres (gaz, pétroles, cires minérales, asphalte…) solubles dans des solvants particuliers ;

  • des bitumes potentiels (pyrobitumes, schistes bitumineux) incorporés dans certaines roches (roches mères) dont ils sont extraits par distillation.

La teneur de ces roches en U est très variable, de quelques millièmes de ppm à quelques centaines de ppm. Cet élément dont on ne sait pas sous quelle forme il s’incorpore à la roche, est soluble dans des acides et sa teneur est fonction du pourcentage de matière organique. Les schistes les plus uranifères sont noirs du fait de leur forte teneur en matière organique. Ils sont généralement riches en sulfures et pauvres en carbonates.

Certains schistes bitumineux sont parmi les roches sédimentaires les plus radioactives. Leur teneur peut varier de 0,001 à 0,035% d’U comme ceux des Etats-Unis. Les schistes bitumineux les plus anciens sont les plus radioactifs. Les plus jeunes, d’âge inférieur au Secondaire, le sont beaucoup moins.

3. Dans les marnes et argilites

Les argiles sont généralement fortement radioactives. Elles contiennent du 40K dont les nombreuses charges négatives absorbent le Th et l’U. Il est donc possible, si l’on connaît le contexte géologique, de procéder à une analyse quantitative de la teneur en argile d’une roche en établissant le dosage des trois radioéléments fixés. Par contre, le radium est mobile et se retrouve dans tous les terrains. Pour obtenir une interprétation valable, il faudra mesurer la part du radium dans la radioactivité naturelle.

Les causes de la radioactivité des argiles sont diverses :

  • Il s’agit d’argiles potassiques ;
  • Les argiles ne sont pas potassiques, mais elles sont accompagnées de minéraux accessoires à potassium, uranium et thorium ;

  • A l’origine non radioactives, les argiles ont absorbé des cations comportant uranium et thorium ;

  • Certains types lithologiques sont de par leur nature radioactifs : niveaux de sels potassiques, hard-ground phosphatés, grès micacés de la mer du Nord.

Les marnes seront plus ou moins radioactives selon la proportion argile / calcaire.

 4. Dans les phosphates

Certains gisements de phosphates sont des marnes ou des craies phosphatées qui se sont formés en bordure de continent ou en mer peu profonde. Le phosphate de calcium, Ca3(PO4)2, est d’origine biochimique et résulte de l’accumulation de squelettes et de cadavres d’organismes vivants. On trouve généralement de l’U diffus dans tous les phosphates et pratiquement pas de Th. Les phosphates marins sont plus riches que les phosphates continentaux. Il semble que la teneur en U augmente avec celle de la matière phosphatée, et qu’elle varie en raison inverse de la teneur en carbonate de calcium (CaCO3).

Les phosphates sédimentaires contiennent de l’U à des teneurs variables entre 50 et 200 ppm le plus souvent en équilibre avec ses descendants radioactifs, notamment le 226Ra. Comme ce dernier génère du 222Rn, les phosphates constituent une source de radon. La production d’acide phosphorique H3PO4 à partir des phosphates se fait principalement par attaque chimique à l’aide de l’acide sulfurique H2SO4. Le résidu solide de cette réaction, le phosphogypse, (CaSO4,2H2O) contient 236Ra à des activités spécifiques variables entre 300 et 900 BqKg-1. Il est également une source émanatrice de radon. Une partie du radon reste bloqué dans la structure cristalline, une autre diffuse vers l’extérieur, donnant naissance aux émanations (Berrada M. et al, voir bibliographie).

Dans le Bassin de Mons, il existe une région (Cuesmes – Mesvin – Ciply) où affleurent des craies phosphatées datées du Maestrichtien inférieur. Ces formations sont bien connues des géologues du fait de leurs intérêts économique (phosphates), stratigraphique et paléontologique (Mosasaures). Les carrières souterraines de La Malogne ont été creusées, à la fin du XIXe siècle, sous le territoire de Ciply, afin de permettre l’exploitation des craies phosphatées. Cette assisse, d’une épaisseur variant de 3 à 8 mètres, est constituée de calcarénite grise ou brune formée de nombreux grains plus ou moins phosphatés noyée dans une matrice crayeuse bioturbée, intercalée entre un hardground au sommet et le poudingue de Cuesme à la base, formé d’une accumulation de galets phosphatés et de débris fossiles. Cette craie contient en moyenne 20 à 25% de grains de phosphate de chaux, dont la teneur en U est loin d’être négligeable.

Des études sur la sismicité du Bassin de Mons y ont été menées par nos scientifiques (Charlet et al, 1990) et ont permit de classer la zone parmi les plus riches en radon de la région de Mons.

La teneur moyenne globale de l’U dans les phosphates varie dans de larges proportions selon leur origine :

Origine Teneur en ppm
Maroc 200 à   350
Tunisie   90 à   250
Algérie 200 à   250
Egypte             100
Floride   10 à 1.500
France   20 à    150
  • Berrada, Boujrhal F.Z., Choukri A., Khoukhi T.EL, Iraqi M.R. – Emanation radon de phosphates sédimentaires et phosohogypses correspondants, in Radon et gaz rares dans les sciences de la Terre et de l’environnement, Actes du Colloque International sur la Géochimie des Gaz (3-6/10/1990), pp. 253-258.

  • Chapellier, Mari J.-L. – Principe de base – Cours on line de géophysique – Institut Français du Pétrole, http://www-ig.unil.ch/cours/pdf/doc_res/res_f.pdf

  • Coppens (1957) – La radioactivité des roches, PUF, « Que sais-je ?», N° 741.

  • Doremus, Kotzmann-Routier V., Quinif Y., Charlet J.-M., Flemal J.-M. – La pollution domestique par le radon – Etudes de cas : région de Mons, région de Monceau-en-Ardenne (Belgique), in Radon et gaz rares dans les sciences de la Terre et de l’environnement, Actes du Colloque International sur la Géochimie des Gaz (3-6/10/1990), pp. 33-45.

  • Pomerol , Fouet R. (1953) – Les roches sédimentaires, PUF, « Que sais-je ?», N° 595.

  • http://www.solem.ch/Tunnel/didacticiel/reconnaissances/reconnaissances/MethGeophys/Radioactivitedescription.htm

[1]  A.P.I. est une unité de calibration utilisée par les pétroliers dans les diagraphies de rayonnement γ. Cette unité est basé sur la radioactivité artificielle d’un bloc de béton situé à l’Université de Houston (Texas) et qui correspond à 200 A.P.I. Cette valeur a été choisie car elle correspond à deux fois la radioactivité d’un schiste typique. Les valeurs du rayonnement γ naturel sont exprimées en unité API et ensuite recalculée en cps (coups par seconde).

[2] Clarke : teneur moyenne d’un élément chimique dans la croûte terrestre, exprimée en g/t ou ppm (partie pour million).

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LA RADIOACTIVITE DES ROCHES (2)

Article paru dans le Bulletin du G.E.S.T., N° 171, janvier 2012

Robert SIX

I. ORIGINES DE LA RADIOACTIVITE DES ROCHES

Ce qui intéresse plus particulièrement le géologue ce sont les teneurs moyennes mesurées pour une « province pétrographique » déterminée, répondant à un faciès chimique, comme nous avons pu le constaté pour les anomalies détectées dans notre pays.

Il est évident que l’étude approfondie d’un massif rocheux montre que la radioactivité n’est pas répartie de façon homogène mais présente des variations systématiques. Les analyses détaillées par plaques nucléaires ont permit d’établir trois origines de la radioactivité : les inclusions, les fissures et la dispersion dans les minéraux essentiels.

A. Inclusions

Un minéral peut contenir des inclusions qui peuvent être d’autres minéraux ou roches, un liquide, un gaz, ou tout corps englobé dans le minéral hôte (insecte dans l’ambre). On distingue deux types d’inclusions, selon le moment où elles apparaissent dans le minéral hôte :
1. les inclusions primaires qui apparaissent durant la phase hydrothermale de la cristallogenèse dans les fractures du minéral ;
2. les inclusions secondaires qui se forment après la cristallisation du minéral.

Par exemple, dans un granite composé des trois éléments habituels, biotite, quartz et feldspath, on peut constater que ceux-ci peuvent émettre un rayonnement α. En fait ces éléments purs présentent une très faible activité propre. Une étude précise démontrera que les rayons α sont émis par les inclusions qu’ils contiennent : zircon, apatite, uraninite, etc.

B. Fissures

Lorsque des fissures se forment dans la roche, lors d’une phase de métamorphisme, des phénomènes hydrothermaux se mettent en place. L’augmentation de la température et de la pression favorise la circulation d’eaux chaudes ou de vapeur au sein de la roche, capables de dissoudre de nombreux éléments et de provoquer leur migration vers les zones de vide formées par ces fissures. La roche autour de ces dernières se déminéralise au profit des cristaux qui se forment dans les zones de vide.

La nature des cristaux dépend de la composition de la roche puisqu’elle en fournit les éléments. Elle dépend également de la température et de la pression, car la dissolution d’un élément répond à une combinaison caractéristique à cet élément du couple température – pression.

Le remplissage de ces fissures ou micro fractures peuvent présenter une radioactivité plus élevée que la roche elle-même, du fait que des éléments comme l’uranium, le thorium ou le potassium se retrouvent en inclusions dans les cristaux qui se forment dans ces cavités. On peut en tirer la conclusion que la radioactivité concentrée dans ces fissures ou ces interstices est d’origine postérieure à la formation de la roche.

C. Dispersion dans les minéraux essentiels

Les minéraux dans lesquels entrent des éléments radioactifs peuvent être subdivisés en minéraux essentiels et minéraux accessoires. Les minéraux essentiels sont des constituants importants des roches. En plus de ces deux catégories, il faut ajouter les accumulations exceptionnelles ou anomalies que nous avons déjà rencontrés dans l’article précédent.

Comme nous l’avons déjà signalé, toutes les roches sont susceptibles d’être radioactives, du fait de la dissémination générale des trois radionucléides naturels, uranium, thorium et potassium. Toutefois, ils se fixent préférentiellement sur les sédiments fins, de sortes que ces derniers sont plus radioactifs que les sédiments plus grossiers.
Lorsque la radioactivité est répartie dans les minéraux essentiels, elle est contemporaine de la roche.

Le potassium entre dans la composition de nombreux minéraux essentiels. Les feldspaths potassiques et les micas en contiennent beaucoup.
Généralement, l’uranium et le thorium, lorsqu’ils se trouvent en faible quantité, ne peuvent former de minéraux proprement dits et sont toujours associés à d’autres minéraux, plus particulièrement aux terres rares, au zirconium et au calcium.

Les principaux minéraux accessoires que l’on retrouve sous forme d’inclusions microscopiques dans les roches sont :

• les zircons (ZrSiO4), silicate de zirconium, du groupe des néosilicates. Les cristaux de zircon les plus anciens actuellement connus sur Terre ont été trouvés dans la formation Narryer Gneiss Terrane du craton Yilgarn en Australie occidentale, avec un âge estimé à 4,404 milliards d’années. Ils sont relativement fréquents dans les roches plutoniques de type granitoïde (granites) et les roches alcalines (pegmatites ou syénites). On les retrouve également dans des gneiss et souvent en inclusions dans la biotite contenue dans ces roches. On peut parfois les trouver en abondance dans les syénites. Par contre, ils sont rares dans les laves et les tufs. Dans les roches métamorphiques, ils se présentent sous une forme recristallisée ou épitactique . Ils peuvent également se retrouver dans des sédiments en tant que matériaux détritiques.

Les zircons peuvent contenir, à l’état de traces, de l’uranium ou du thorium radioactif, par substitution d’atomes de Zr. La proportion 235U/207Pb ou 232Th/208Pb permet d’estimer l’âge du cristal et par déduction celui de la roche qui le contient.
Les zircons que l’on trouve dans la biotite sont généralement entourés d’un halo pléochroïque, cercle plus ou moins foncé ou opaque. Ce phénomène est dû à l’action du rayonnement α émis par les impuretés radioactives du cristal qui détruisent la matrice de la biotite.

halo pléochrïque

Fig. 1 – Un zircon dans une matrice de biotite, entouré d’un halo pléochroïque.

• les sphènes, ou titanites (CaTi(SiO5), du groupe des nésosubsilicates sont caractéristiques des roches magmatiques sodiques (granites, syénites, trachytes, andésites) et métamorphiques de faciès amphibolique (gneiss, amphibolites, etc.). On les trouve en association avec des feldspaths, de la néphéline, de l’ægyrine, du zircon, de l’apatite.

• les apatites, phosphates de composition variable répondant à la formule générale Ca5(PO4)3(OH,Cl,F). Ce sont des minéraux secondaires communs des roches magmatiques alcalines (granites, syénites, pegmatites, et laves équivalentes) et des roches riches en Ca (carbonatites, calcaires métamorphiques)

• les allanites, sous espèces des épidotes, contenant des terres rares (Ce, Th, Y…), rattachées au groupe des sorosilicates. Ce sont des minéraux accessoires de certains granites et pegmatites. La radioactivité des allanites est très variable : inactives à quelques dixièmes de rayons α/cm²/s, soit une teneur en Th voisine de 1%, avec parfois un peu d’U.

• les monazites, nom générique de trois espèces de phosphates (Ce PO4 ou (Ce, La, Th)(PO4)). Ce sont des minéraux accessoires des granitoïdes à biotite, et de leurs pegmatites. Toutes les terres rares peuvent entrer dans la structure des monazites et leur capacité à accepter l’uranium et le thorium en fait les minéraux les plus radioactifs après l’uraninite (UO2), la thorianite (ThO2) et la thorite ((Th, U) SiO4).

• les xénotimes, phosphates d’yttrium (YPO4) assez rares. Ils sont associés aux zircons dans des pegmatites riches en muscovite. On les trouve en faible quantité dans les roches acides comme les granites et les pegmatites et aussi en inclusions dans les biotites des granites. Ils sont également présents dans les roches métamorphiques et dans les dépôts de sédiments détritiques à la suite de la désagrégation des roches qui les contenaient.

Ces différents minéraux ne sont pas, à proprement parler, des minerais d’uranium ou de thorium. Ils contiennent ces éléments non pas comme constituants normaux, mais plutôt sous forme d’impuretés.

II. RADIOACTIVITE DES ROCHES MAGMATIQUES

A. Teneur moyenne des éléments radioactifs des roches magmatiques

D’après les premiers auteurs (HOLMES) qui ont utilisé des méthodes radiométriques se basant sur l’émission de radon, les teneurs moyennes en uranium seraient de 9,10 ppm pour les roches acides qui contiennent plus de 65% de silice, et de 3,20 ppm pour les roches basiques, contenant moins de 50% de silice. Une autre méthode consiste à mesurer directement la radioactivité γ des descendants de l’uranium comme le 214Bi (bismuth). Il suffit de mesurer le niveau de rayonnement ambiant total au-dessus de la zone à prospecter, au moyen d’un compteur gamma portatif ou embarqué à bord d’un véhicule ou d’un aéronef.

D’après des mesures obtenues par les nouvelles techniques décrites dans l’article précédent, ces chiffres semblent trop élevés.
Ainsi, pour des roches granitiques, les valeurs suivantes ont été avancées par différents chercheurs :

Auteurs ppm d’U ppm de Th
Evans et Goodman (1941) 3,00 13
Keevil (1938) 2,77   7,94
Sentle et Keevil (1947) 3,84 à 4,02 13,1 à 13,5

 

Ces données sont reprises d’un ouvrage paru en 1957. Il s’agit de « La radioactivité des roches » par René COPPENS, Maître de Conférences de Radiogéologie à la Faculté des Sciences de Nancy. Lui-même a analysé plus de 1.000 échantillons de roches acides (granites et granulites) de Bretagne par la méthode des plaques nucléaires. Il a mis en évidence une émission α d’une moyenne de 0,80.10-3/cm²/sec., ce qui pourrait correspondre à une teneur moyenne en uranium de 3,7 ppm et une teneur moyenne de Th de 10,1 ppm.

Une autre source, plus récente, donne, toujours d’après HOLMES, une teneur moyenne du granite en uranium de 8.10-6. Ce qui permet de déduire, si l’on admet une densité de 2,70 pour le granite, que 1 m³ de granite contient 21,6 g d’uranium et 1 Km³ en contient 21.600 t (POMEROL et FOUET, 1975).

Dans le manuel « Les minéraux, leurs gisements, leurs associations », les auteurs (P. BARIAND, F. CESBRON et J. GEFFROY) avancent qu’il n’est pas aisé de séparer géochimiquement le comportement de ces deux éléments, tous deux lithophiles et que le clarke d’ensemble est de 2,7 g/t pour l’U et de 9,6 g/t pour le Th mais que ces deux éléments sont surtout concentrés dans les granites et les syénites : environ 3 g/t pour U et 8 à 17 g/t pour Th. Les teneurs sont plus faibles dans les basaltes (1 g/t pour U, 4 g/t pour Th) et très faibles dans les péridotites (1 ppm de U, 4 ppm de Th).

B. Le cas des roches basiques

Comme le montre les résultats de HOLMES, les roches basiques présentent un taux de radioactivité d’environ trois fois moindre que celui des roches acides, soit en moyenne de 1 à 2 ppm d’uranium et de 3 à 4 ppm de thorium. Quant à la répartition de cette activité, elle se montre fort différente de celle des roches acides, et semble plutôt diluée dans la masse de manière particulièrement uniforme. On n’y distingue peu d’inclusions actives.

Les mesures d’activités faites sur un certain nombre de type de roches montrent une activité très basse pour les gabbros, moyenne pour les diorites et beaucoup plus élevée pour les roches acides.
On constate, sans toutefois, en tirer une relation, que l’activité augmente avec la teneur en silice qui varie pour ces roches de 40 à 75%.

Toutefois, sur la base de différentes mesures, des teneurs moyennes (ordre de grandeur) ont pu être estimées :

ppm d’U ppm de Th
Gabbros (moins de 50% de Si) 1 3
Roches intermédiaires :

Diorites (moins de 60% de Si)

Syénites, granodiorites (50 à 60% Si)

 

1,5 à 2

 

5 à 6

Roches acides (famille des granites)

(65 à 70% Si)

3 à 4 9 à 12

C. Le cas des roches volcaniques

Lors d’une éruption volcanique, les roches émises le sont sous forme de coulées de lave, de produits de projection, de nuages de cendres et de nuées ardentes.

D’une manière générale, on peut dire que les volcans « rouges » effusifs sont moins radioactifs que les volcans « gris » explosifs. Ainsi, les laves des volcans d’Hawaii, basaltiques, et leurs équivalents plutoniques (les gabbros) sont moins radioactifs que les laves des volcans de la ceinture de feu du Pacifique (rhyolite) et leurs équivalents plutoniques (les granites).

Deux processus interviennent dans la formation des laves : d’une part, la cristallisation et la différentiation magmatique, et, d’autre part, les coefficients de partage.

1. Cristallisation et différentiation magmatique

Lors de sa remontée vers la surface, le magma subit une cristallisation fractionnée et une différentiation. Au départ, le magma primitif est généralement plus proche d’un basalte. Lorsqu’il commence sa cristallisation, il le fait de manière différentielle, c’est-à-dire que certains minéraux cristallisent (olivine, pyroxènes) en premier, appauvrissant la masse en Fe, Mg et l’enrichissant en Si, Al, Na, K. Si le processus de cristallisation se poursuit suffisamment longtemps, le magma basaltique du début devient plus granitique.

2. Coefficients de partage

On retrouve nos éléments radioactifs classiques (40K, 230Th, 235U et 238U) également dans les roches volcaniques, mais à des teneurs variables selon leur nature : plus élevées dans les laves siliciques que dans les laves plus mafiques.
Dans le système basaltique, ces éléments sont dits « incompatibles », car pour des raisons cristallochimiques, ils sont incapables de s’incorporer dans la structure des cristaux formés dans le magma basaltique (olivines, pyroxènes). Ils restent dans le magma résiduel jusqu’au moment où celui-ci atteint des compositions granitiques (rhyolitiques) et que la présence de feldspaths alcalins permet l’incorporation du K dans les nouveaux cristaux en formation.
Cet élément chimique se compose de trois isotopes : les isotopes 39K et 41K qui sont stables et représentent 99,99% du potassium naturel, et le 40K, isotope radioactif dont la demi-vie est de 1,28 milliards d’années.
Neuf fois sur dix, le 4019K se désintègre par émission α en 4020Ca (calcium). La dixième fois il se transforme en 40 18Ar (argon) par capture électronique.
Tant que la lave est liquide, l’argon formé peut s’échapper, et comme il s’agit d’un gaz inerte, il ne peut se combiner chimiquement avec un constituant de la roche. Lorsque la lave se refroidit, il reste prisonnier de la roche et s’y accumule, permettant à un minéralogiste de déterminer l’âge de la roche à analyser par la méthode K/Ar ou 39Ar/40Ar déjà évoqué précédemment.

Le Th et l’U vont atteindre des valeurs proches de la saturation et vont « s’incruster » lors des dernières phases de cristallisation (apatites, zircons, monazites, allanites, etc.).
Ce processus a pour conséquence, qu’au final, un granite / rhyolite est plus radioactif qu’un gabbro / basalte.

Le nuage de cendres volcaniques du volcan Eyjafjöll

Ce que peu de gens savent, c’est que le nuage de cendres volcaniques émis par le volcan islandais Eyjafjöll à la fin du mois d’avril 2010 a rejeté dans l’atmosphère des émissions radioactives, comme tous les volcans d’ailleurs.

Selon les dires du scientifique Hervé NIFENECKER , il s’agirait de près de 600 tonnes d’uranium et 1.800 tonnes de thorium. Pour avancer ces chiffres, il s’est basé sur les calculs de l’Institut de volcanologie islandais. D’après celui-ci, 80 millions de m³ de tephra correspondant à 200 millions de tonnes ont été dispersés dans l’atmosphère durant les 72 premières heures de l’éruption. En tenant compte d’une concentration moyenne de 3 g/t d’uranium dans la croûte terrestre et d’environ 10 g/t pour le thorium, NIFENECKER arrive aux nombres de tonnes d’uranium et de thorium cités plus haut, retrouvés dans le nuage de cendres.

Une autre source, l’IRSN , avance des chiffres un peu moins élevés : 400 tonnes d’uranium et 1.300 tonnes de thorium, pour un rapport Th/U égal à 3,3 (VIASTELIC et al. 2006).

L’activité spécifique de ces éléments s’élève à 12.300 Bq/g pour l’238U et 4.100 Bq/s pour le 232Th. Afin de tenir compte des descendants émetteurs α, avant le radon, on peut multiplier ces valeurs par 4 pour l’uranium, soit 49.200 Bq/s, et par 3 pour le thorium, soit 12.300 Bq/s.

NIFENECKER a voulu faire une comparaison de la toxicité du nuage volcanique avec celui de la catastrophe de Tchernobyl.
Rappelons que dans le cas de l’explosion de la centrale russe, les retombées les plus toxiques furent celles du 137Cs (césium) et de l’131I (iode).

En utilisant les facteurs de dose de la CIPR , il établit le tableau suivant pour les risques sanitaires :

Ingestion adulte Ingestion 1 an Inhalation
137Cs (Tchernobyl) 7,8 x 108 5,76 x 108 2,76 x 108
Uranium (Islande) 5,9 x 106 1,0 x 107 3,8 x 108
Thorium (Islande) 6,1 x 106 1,2 x 107 4,0 x 108
Total (Islande) 1,2 x 107 2,2 x 107 7,8 x 108

En conclusion, la radiotoxicité par inhalation des cendres de l’éruption serait supérieure à celle due aux retombées de 137Cs de Tchernobyl, mais 20 à 50 fois moins radiotoxique à l’ingestion.
En réalité, il est difficile de mesurer les effets radioactifs des émissions volcaniques car d’autres sources naturelles de propagation existent. Ainsi, les vents de sable provenant du Sahara transportent aussi des quantités significatives d’uranium et de thorium.

Eyjafjöll

Fig. 2 – Le nuage de cendres du Eyjafjöll

III. RAPPORT THORIUM / URANIUM

Bien qu’on les trouve en proportions diverses dans toutes les roches, l’uranium et le thorium sont fréquemment associés. De nombreux auteurs ont remarqué que dans les roches magmatiques, le rapport uranium/thorium paraît constant et proche de 3 (COPPENS). Lorsque l’on se trouve en présence d’inclusions, le rapport Th/U peut être très variable, du fait que ces deux éléments n’y sont pas répartis également. Pour que la mesure ait un sens, il est impératif de disposer d’un échantillon suffisamment important. Ce rapport, estimé par différents auteurs a donné des valeurs très variables : 2,6, 1,7, 2,8, 2,5, 3,3, 4,5, 4,00 (COPPENS). La moyenne Th/U des mesures plus précises effectuées par SENFTLE et KEEVIL, sur des roches granitiques, se situe aux environs de 3,4. Pour des roches intermédiaires, toujours d’après ces mêmes auteurs, elle est légèrement plus élevée et se chiffre à 3,98. Malgré ces fluctuations, il n’en est pas moins vrai que les roches contiennent une proportion de thorium en rapport avec celle de l’uranium. Ceci prouve que ces deux éléments ne se sont guère séparés durant la genèse de ces roches et qu’ils ont eu des chimies identiques durant cette période. Du fait qu’ils ont des valences 4+ identiques, stable pour Th et pouvant devenir 6+ pour U dans certaines conditions, il est normal que leurs processus de cristallisation soient identiques pendant la formation des roches qui les contiennent..

Le thorium apparaît dans les trois grandes familles de radionucléides naturels. Il est l’un des descendant de l’238U sous sa forme 230Th d’une période de 75.380 ans. Il forme sa propre famille comme nous l’avons déjà vu plusieurs fois à partir du 232Th d’une période de 1,45.1010 ans. Dans le milieu naturel, il est toujours en équilibre avec ses descendants (équilibre séculaire), tout comme l’238U.

Dans les minéraux, un état stationnaire s’établit au long des chaînes de désintégration, que l’on appelle « équilibre séculaire ». L’abondance relative de chacun des isotopes intermédiaires dépend de leur période respective : plus la période est courte, moins l’élément est abondant. A l’équilibre séculaire, le nombre de désintégrations par seconde, ou « activité radioactive » est le même pour tous les radionucléides de la chaîne. L’ensemble des réactions dans les minéraux d’une roche se résume à la transmutation progressive des atomes de l’isotope de tête de chaîne, par exemple l’238U, en atomes de l’isotope stable final, le 206Pb dans ce cas. Le problème est analogue à celui que tout élève a dû résoudre en arithmétique : celui des baignoires et des robinets

Il peut arriver que l’équilibre séculaire soit rompu, notamment lorsqu’une réaction physico-chimique isole l’un des intermédiaires par rapport à ses ascendants ou descendants. Après quelque temps, l’équilibre se rétablit plus ou moins rapidement selon la période des isotopes considérés. Ces ruptures d’équilibre sont très importantes pour les études de chimie environnementale.
Ainsi, l’uranium et le thorium subissent une séparation importante, si le milieu devient nettement oxydant, car l’uranium passe de l’état U4+ à l’état U6+, devenant très soluble, tandis que le thorium ne change pas et reste à l’état Th4+. Dans ces conditions, ils possèdent des chimies différentes ; les composés de l’U6+ se dissocient de ceux du Th4+, par dissolution et se recristallisent séparent, formant des minéraux d’uranium sans thorium.
Les roches qui n’ont pas été oxydées auraient un rapport Th/U entre 3 et 4, tandis que celles qui ont subi une oxydation et un lessivage verraient leur rapport Th/U nettement supérieur à 3. Par contre, les roches sédimentaires afficheraient un rapport Th/U inférieur à cette valeur.
On peut en tirer une hypothèse qui demande à être confirmée : le rapport Th/U permettrait de se faire une idée sur la formation des roches.

Le processus d’équilibre séculaire a été mis à profit pour déterminer une méthode de datation : la méthode thorium/uranium. Celle-ci s’applique à des systèmes constitués par des minéraux accessoires riches en uranium et en thorium (monazites, zircons, minerais d’uranium et de thorium…). Elle est utilisée dans de nombreuses applications comme la datation des diverses concrétions calcaires, la détermination de l’âge des fossiles de mollusques ou celle des coraux, etc.

A titre d’exemple et de conclusion pour cet article, je donne les résultats d’analyse effectuées lors de l’expédition franco-italienne en Dankalie (Afar, Ethiopie) durant la campagne de décembre 1967 à février 1968.
Les concentrations en U, Th et K ont été déterminée par spectrométrie γ dans plus de 100 échantillons de roches volcaniques prélevées dans deux zones géographiquement distinctes:
1. la dépression danakile (chaîne de l’Erta Ale, massif Pierre Pruvost, Alyata, Afdera, Borawlu) ;
2. Hauts-plateaux éthiopiens (Adigrate – Axum).
Les valeurs obtenues donnent les teneurs suivantes :

Lieux Roches K U Th Th/U
Erta-Ale basaltes 0,5% 1,3 ppm 3,3 ppm 2,6
Rhyolites alcalines 2,3% 4,1 ppm 15,2 ppm 3,7
Pierre Provost acides 3,9% 3,6 ppm 13,5 ppm 3,8
Borawlu rhyolites 2,8% 4,6 ppm 14,7 ppm 3,4
basaltes 0,6% 0,9 ppm 3,1 ppm
Hauts-plateaux Trapps basaltiques Adigrate 0,6% 0,6 ppm 1,1 ppm 1,7
Phonolites Axum 3,9% 2,7 ppm 14,9 ppm 4,9

IV. BIBLIOGRAPHIE

 BARIAND P., CESBRON F., GEFFROY J. (1978) – Les minéraux, leurs gisements, leurs associations, T. 2, Minéraux et Fossiles.
 COPPENS R. (1957) – La radioactivité des roches, Presses Universitaires de France, coll. « Que sais-je ? », 741.
 HAMELIN B. – L’environnement daté et chronométré, in Noyaux atomiques et radioactivité, Dossier Pour la Science, oct. 1996.
 POMEROL C., Fouet R. (1975) – Les roches éruptives, Presses Universitaires de France, coll. « Que sais-je ? », 542.
http://www.springerlink.com/content/g7l0066516k20g4t/

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LA RADIOACTIVITE DES ROCHES

Article paru dans le Bulletin du G.E.S.T., N°170, novembre 2011

1. INTRODUCTION GENERALITES

Afin de nous resituer dans le contexte, je renvoie le lecteur à l’article « La radioactivité et la géologie ». Cette fois, j’aborderai plus spécifiquement la radioactivité des différentes familles de roches.
Les roches magmatiques issues du magma se forment en profondeur là où la chaleur due aux éléments radioactifs est importante. Ce sont des roches, comme les roches métamorphiques, du type « cristallines » car lors du refroidissement il s’y forme des cristaux dont la taille est inversement proportionnelle à la vitesse de refroidissement : plus le refroidissement est rapide plus petits sont les cristaux et inversement.
Notre planète est un corps tiède dont la chaleur interne est due à la désintégration des éléments radioactifs incorporés, dans ses roches. Cette radioactivité qui maintient une température clémente est l’une des causes, qui ont favorisé l’éclosion de la vie sur Terre. Seule une faible proportion de cette chaleur s’échappe du globe en raison de ses dimensions. La désintégration des isotopes 235U (0,70 milliards d’années), 238U (4,47 milliards d’années), 232Th (14 milliards d’années) et 40K (1,28 milliards d’années) est à l’origine des 80% de l’énergie émergeant à la surface du sol. Cette énergie est en constante diminution à la suite de la disparition de ces éléments radioactifs selon la loi de décroissance exponentielle propre à chaque élément (demi-vie).
Si l’on se reporte aux radioéléments appartenant aux trois grandes familles radioactives naturelles (235U, 238U, 232Th), on peut dire que d’un point de vue géologique et géochimique, leur évolution et répartition dépendent essentiellement de celles de l’uranium et du thorium. En dehors de ces trois familles, seul le 40K (potassium) est susceptible de jouer un rôle en radiogéologie, les autres éléments étant rares et de faible activité.


II. L’URANIUM

L’uranium de numéro atomique Z = 92 est classé dans les atomes à sept couches électroniques. Son nombre de masse est 238,03. Il fait partie du groupe des actinides de la classification périodique, qui comprend les éléments chimiques se situant entre l’actinium et le lawrencium, dont le nombre atomique varie de Z = 89 à Z = 103. Ce sont tous des éléments radioactifs et ils ont des propriétés chimiques voisines. Les actinides dont le numéro atomique est supérieur à 92 sont des éléments artificiels appelés transuraniens. Ils sont générés par la capture de neutrons, sans fission.

Bien que le minerai d’uranium soit connu depuis le Moyen Age, où il est signalé à plusieurs reprises, notamment en Saxe, l’oxyde d’uranium ne sera découvert qu’en 1789, par le chimiste autrichien Martin-Heinrich Klaproth (1743-1817). La couleur du minerai qui évoque la poix, lui valu le nom de pechblende (pech signifiant poix en allemand). C’est en chauffant un échantillon de pechblende en provenance de la mine de St-Joachimsthal, en Bohême, que Klapoth isole l’oxyde d’uranium auquel il donne le nom d’urane en référence à la découverte de la planète Uranus faite par Williams Herschel (1738-1822) huit ans plus tôt (1781).

En 1841, le chimiste français Eugène-Melchior Péligot (1811-1890) détermine que l’urane est composé de deux atomes d’oxygène et d’un atome d’un métal qu’il nomme uranium (UO2). Il estime sa masse volumique à 19 g/cm³.

Ce n’est qu’en 1896 qu’Henri Becquerel (1852-1906) met en évidence la radioactivité de l’uranium, en découvrant des plaques photographiques impressionnées placées à côté de sels d’uranium à l’abri de la lumière. Ensuite, Marie et Pierre Curie vont extraire, dans des conditions pénibles, de la pechblende deux nouveaux éléments, le radium et le polonium.

Avant la découverte du radium, le minerai d’uranium trouvait un emploi limité, comme pigment dans la manufacture des verres colorés, dans la céramique et la faïence, sous forme de diuranate de sodium (Na2U2O7) ou d’ammonium ((NH4)2U2O7). On le retrouvait aussi à de très faibles concentrations, pour colorer des céramiques dentaires. Il a été également utilisé comme additif dans la métallurgie pour obtenir de alliages rares, ou de catalyseur dans certaines réactions chimiques spécialisées et dans les films photographiques. Il sert aussi de lest à la place du plomb, en raison de sa forte densité (18,7). C’est ainsi, qu’en 1974, Eric Tabarly recourt à l’uranium pour alourdir son Pen Duick VI. En 1975, les Français mettent en orbite un satellite très compact du nom de Starlette, constitué d’un alliage à 1,5% de molybdène et 98,5% d’uranium afin de pouvoir viser au laser cet objet ressemblant, autant que possible, à un point matériel. Ironie de l’histoire, l’uranium a été longtemps utilisé comme blindage contre les radiations !

Après la découverte du radium, le minerai d’uranium fut exploité massivement pour en extraire le radium destiné à des fins thérapeutiques. Entre 1900 et 1939, les 7.500 tonnes extraites du sous-sol fournissent 900 g de radium. Il deviendra un élément stratégique lorsque, le 17 décembre 1938 Otto Hahn (1879-1968) et son assistant Fritz Strassmann (1902-1980) réalisent la première fission d’un atome d’uranium. Le sort de l’humanité allait changer !

Sa faible radioactivité génère une puissance de 0,1 W/tonne. Cette énergie est environ 1.000.000 de fois supérieure à celle dégagée par les combustibles fossiles, pour une masse équivalente, d’où son emploi dans l’industrie nucléaire.

C’est un élément chimiquement très réactif, du fait qu’il possède quatre valences[1] possibles (+III à +VI), les valences IV et VI étant les plus répandues dans les minerais. Sous la valence VI (ion uralyne), l’uranium est soluble, il forme avec l’ion carbonate des complexes très stables lui assurant une grande mobilité ; sous la valence IV, il est insoluble et présente alors des similitudes de comportement avec le thorium. Les conditions de passage de la valence IV à la valence VI dépendent du potentiel d’oxydoréduction du milieu.

Sa très forte affinité pour les oxyhydroxydes de fer, fait que lors de changements des conditions d’oxydoréduction, une diminution de la teneur en oxygène (condition réductrice) engendre une précipitation rapide de l’uranium sous formes d’oxyde (UO2). C’est ce type de précipitation qui est à l’origine du gisement d’Oklo (réacteur naturel) dont nous parlerons dans un article sur les gisements.

L’uranium se combine facilement pour former de nombreux composés chimiques dans la nature. C’est ainsi qu’on le retrouve dans pratiquement toutes les roches, où il s’allie avec des éléments tels que l’oxygène, l’azote, le soufre, le carbone, ou sous forme d’oxyde, de nitrate, de sulfure ou de carbonate. Par exemple, en combinaison avec l’oxygène, sous forme d’oxyde uraneux (UO2), il est l’un des constituant de l’uranite et de la pechblende deux des principaux minerais d’uranium.

Les formes d’oxydes d’uranium les plus répandus, U3O8 et UO2, sont solides, peu soluble dans l’eau et stables dans un large domaine de conditions environnementales. Le premier est le plus stable des composés d’uranium et le plus fréquent dans la nature. Le deuxième est utilisé pour obtenir le combustible des réacteurs. De part leur stabilité, ces oxydes sont choisis pour l’entreposage et le stockage de l’uranium.

Dans les calcaires, il s’allie aux carbonates. Dans les roches argileuses (argiles, schistes, phyllades) il se fixe sur les minéraux argileux et les matières organiques. Dans les roches gréseuses (sables, grès, quartzites), il peut se localiser dans les minéraux lourds comme par exemple les zircons ou les monazites. Il est également présent dans les roches magmatiques (granites).

L’uranium à l’état naturel est un élément fréquent, dont l’abondance est supérieure à celle de l’argent et l’or, et comparable à celle du molybdène ou de l’arsenic. Cependant, il est quatre fois moins abondant que le thorium. On le trouve en traces partout, dans le manteau et l’écorce terrestre, dans l’eau de mer et l’eau douce. Dans cette dernière, les concentrations  sont de l’ordre du µg/l, mais dans certains cas exceptionnels elles peuvent atteindre la dizaine de mg/l. Dans l’eau de mer, la concentration d’uranium est de 3,3 µg/l. On estime que les océans contiennent 4 milliards de tonnes d’uranium qui se renouvellent chaque année à raison de 20.000 tonnes grâce à l’apport des cours d’eau.

Même notre organisme comporte des traces d’uranium, à raison de 90 µg provenant de l’air que nous respirons, de l’eau et des aliments absorbés. Environ 66% se situent dans le squelette, 16% dans le foie, 8% dans les reins et les 10% restants dans les autres tissus.

Sa concentration varie en fonction du type de roche, et dans une même roche sa répartition peut être hétérogène. De plus, des processus géophysiques sont à l’origine des gisements d’uranium que l’on retrouve dans certaines couches rocheuses, dans des fractures ou dans des cavités. En moyenne, ces concentrations dans les sols sont de 3 à 4 ppm[2], mais elles peuvent atteindre 80 ppm dans certains schistes et 350 ppm dans les phosphates. Les teneurs les plus élevées se retrouve dans les roches magmatiques acides : de 1 à 6 ppm dans les granites et dans les syénites, de 2 à 7 dans les rhyolites et dans les trachytes, de 0,2 à 2 dans les gabbros et dans les diorites, de 0,2 à 4 dans les basaltes et dans les andésites, de 0,001 à 0,03 dans les roches ultrabasiques, de 0,1 à 30 dans les roches alcalines.


III. LE THORIUM

Le thorium de numéro atomique Z = 90 est, comme l’uranium, classé dans les atomes à sept couches électroniques. Il fait également partie de la famille des actinides du tableau périodique. Sa masse atomique est de 232,03806.

C’est en analysant un échantillon d’un minéral noir en provenance de l’île de Løvøy, en Norvège, que le chimiste suédois Jöns Jakob Berzelius (1779-1848), en 1829, découvre un nouvel élément qu’il nomme thorium d’après Thor, le dieu scandinave du tonnerre. Ce n’est qu’en 1889, que Marie Curie découvrit, en même temps que le chimiste allemand Gerhard Carl Schmidt (1865-1949), la radioactivité du thorium. Entre 1900 et 1903, Ernest Rutherford (1871-1937) et Frederick Soddy (1877-1956) démontrent que le thorium se désintègre selon une loi de décroissance exponentielle en une série d’autres éléments, ce qui les amènent à considérer la demi-vie comme l’une des caractéristiques importantes des éléments radioactifs. En 1907, Rutherford donne le nom d’ionium à l’un des éléments de la chaîne de désintégration de l’238U, avant que l’on ne réalise qu’en fait, il s’agit d’un isotope du Th, le 230Th.

Une nouvelle technique, la méthode de la zone fondue, mise au point par les chimistes néerlandais Eduard van Arkel (1893-1976) et Jan Hendrik de Boer (1899-1971), en 1925, permet de produire du thorium métallique de grande pureté. La méthode consiste à faire fondre, généralement par induction électromagnétique, une barre de métal dans un creuset, et de déplacer lentement la zone de fusion d’un bout à l’autre de la barre, toujours dans le même sens. Lors de la recristallisation, les impuretés se concentrent préférentiellement dans la zone fondue ; à chaque passage la barre est un peu plus purifiée, les impuretés s’accumulant à l’extrémité de la barre.

Dans la nature le thorium existe, pratiquement à 100%, sous la forme 232Th. D’autres isotopes se retrouvent à l’état de traces et proviennent de la chaîne de désintégration du 232Th (228Th ; 1,91 an) ; de l’238U (230Th ; 75.000 ans) ; et de l’235U (231Th ; 25,2 h). Tous les isotopes du thorium sont radioactifs. Le 232Th a la demi-vie très la plus longue parmi les éléments radioactifs naturel : 14,05.109 années, soit près de trois fois l’âge de la Terre. Cela en fait un élément mononucléidique, c’est-à-dire un élément naturellement présent sur Terre uniquement sous la forme d’un seul nucléide dont la masse atomique est caractéristique. Son abondance naturelle comporte un seul isotope stable, ou, dans ce cas-ci, un isotope instable à très longue durée de vie.

De plus, 232Th est un isotope fertile car il produit après capture d’un neutron un isotope fissile, le 233Th.

23290Th + 10n → 23390Th → 23392U + 2e + 2νe

Le deuxième isotope fertile dans la nature est l’238U qui donne par capture neutronique de l’239U.

23892U + 10n → 23292U  → 23994Pu + 2e + 2νe

Ces deux éléments peuvent être utilisés pour produire de l’énergie dans des réacteurs adaptés pour la surgénération. L’238U est utilisé dans un grand nombre de réalisations et est l’unique voie pour obtenir du 239Pu. Par contre, le 232Th n’a été utilisé jusqu’à présent qu’à titre expérimental, le principal obstacle étant qu’il n’est pas fissile mais simplement fertile, et que la fission de l’233U produit une faible quantité de neutrons.

Le thorium se trouve dans la majorité des roches et des sols. Il est quatre fois plus abondant que l’uranium et aussi fréquent que le plomb. Sa concentration dans un terrain normale gravite autour de 12 ppm. On le rencontre dans plusieurs minéraux comme la thorite (ThSiO4), la thorianite (ThO2) et surtout la monazite ((Ce,La,Nd,Th)PO4) qui peut contenir jusqu’à 12% d’oxyde de Th.

Ce n’est qu’à partir de 1885 que le thorium trouva une application industrielle dans l’utilisation des manchons à incandescence. L’industrie nucléaire s’y intéresse et l’intègre dans certains réacteurs à haute température HTR (High Temperature Reactor). L’une des options retenues pour alimenter ces réacteurs est le cycle thorium, utilisant l’235U enrichi à 90% ou plus de 232Th. Des prototypes de cette filière ont été construits en Angleterre, en Allemagne et aux Etats-Unis. Les sociétés françaises SFEC et CERCA se sont lancées dans la fabrication de combustible au thorium, mais en 1979, la France a abandonné cette filière. Des études sont en cours afin d’étudier la possibilité de produire de l’énergie à partir  du 232Th au moyen de réacteurs sous-critiques couplés à des accélérateurs de particules.

D’un point de vue militaire, la seule application française connue est l’adjonction de thorium au métal du carter des réacteurs ATAR qui équipe les avions Etendard et Mirage, pour en renforcer la résistance thermique.


IV. LA GEOLOGIE ISOTOPIQUE

La découverte de la radioactivité naturelle a ouvert des perspectives énormes en géologie. Les isotopes peuvent être comparés aux fossiles pour les paléontologues. En effet grâce à eux, il est possible de dater toute une gamme de terrains grâce aux roches qu’ils contiennent et ce à partir des tous premiers instants de la naissance de notre planète.

On peut mesurer la composition isotopique d’un élément chimique grâce au spectromètre de masse inventé en 1910 par sir Joseph John Thompson, physicien anglais (1856 – 1940) et perfectionné en 1919 par le chimiste et physicien anglais Francis William Aston (1877 – 1945).
Son principe est relativement simple et réside dans la séparation en phase gazeuse de molécules chargées (ions) en fonction de leur rapport masse/charge (m/z).
L’échantillon à analyser est ionisé, accéléré dans un champ électrique, puis le jet d’ions ainsi obtenu passe dans un champ magnétique. Les ions sont plus ou moins déviés en fonction de leur masse. A la sortie, ils sont transformés en courants électriques et l’intensité de ceux-ci est proportionnelle à l’abondance relative des diverses masses.


L’appareil comporte quatre parties principales :

        Un système d’introduction de l’échantillon à analyser

        Une source d’ionisation

        Un analyseur qui sépare les ions en fonction du rapport m/z

        Un détecteur et son système d’analyse.

 Spectromètre de masse

Fig. 1 – Principe du spectromètre de masse

 

Grâce à la connaissance isotopique d’un élément inclus dans une roche, les scientifiques peuvent établir des méthodes de datation absolue de celle-ci. Selon l’élément choisi, il est possible de couvrir pratiquement toutes les périodes géologiques. Ainsi, la méthode du 14C ne permet de remonter qu’aux environs de 50.000 ans. Celle du Rubidium – Strontium sert à dater des roches magmatiques ou métamorphiques entre 10 millions d’années à quelques milliards d’années. La méthode Uranium – Thorium – Plomb a permit d’estimer l’âge de la Terre. Citons encore la méthode Potassium – Argon (300 Ma à 100.000 ans), la méthode Argon 39 – Argon 40. Ces différentes méthodes de datation feront l’objet d’une autre série d’articles si le temps m’en donne l’occasion.

V. RADIOACTIVITE DES ROCHES DE BELGIQUE

Le tableau 1 ci-dessous donne les concentrations moyennes en uranium des grandes catégories de roches courantes en Belgique. On constate, à la lecture de celui-ci, que les grès (IDV) et les sables (SL2) sont très peu radioactifs.  Les schistes (RA8, RA32) et les argiles (A7) le sont un peu plus, de par le contenu en thorium dont le thoron (220Rn) est moins dangereux du fait de sa très courte demi-vie que le radon. Les roches carbonatées, calcaires (AN127) ou craies (CP001) contiennent peu d’éléments radioactifs. On remarque également quelques anomalies uranifères comme l’échantillon de schiste revinien de Stavelot (RA9), l’échantillon de grès schisteux siegénien de Daverdisse (AB6), un calcaire (AN146) et un schiste gréseux brun du Carbonifère, marquant le passage entre le Dinantien et le Namurien dans les environs d’Anhée et de Bioul, et enfin,  un phosphate de Ciply (CIP003).

 

Echant.

U (ppm)

Th (ppm)

K2O (%)

Nature de la roche

RA8

3,4

16,4

4,24

Schiste revinien

RA32

2,3

10,9

3,49

Schiste famennien

A7

2,6

11,8

2,87

Argile yprésienne

RA9

42,4

27,4

3,59

Schiste revienien

RA36

2,0

6

0,92

Grès couvinien

IDV

1,7

5

0,13

Grès d’Anor siegénien

SL2

1,1

2

0,83

Sable landénien de Blaton

AB6

25,0

5

2,11

Grès schisteux siegénien

YV1/2

86,2

1

0

Schiste gréseux brun carbonifère

AN127

1,1

5

0,06

Calcaire carbonifère

AN146

8,5

10,3

0

Calcaire carbonifère

CIP001

2,6

1,5

0

Tuffeau de Ciply crétacé

CR001

0,6

0,4

0,01

Craie d’Obourg crétacée

CIP003

40,7

0

0

Phosphate de Ciply crétacé

Tableau 1 – Concentrations moyennes en uranium, thorium et potassium de quelques roches courantes en Belgique

Notre pays ne comporte pas de véritables gisements, mais on y trouve de nombreuses concentrations anormales, comme le montre les échantillons RA9, AB6, YV1/2, AN146 et CIP003 du tableau 1.

Ces différentes anomalies ou indices radioactifs se concentrent spécialement dans le Dévonien de l’Ardenne, comme l’indice radioactif de Daverdisse, ou la zone radioactive constituées de plusieurs niveaux stratiformes ou lenticulaires située dans le Siegénien du Synclinal de Neuchâteau, dans la région de Chiny – la vallée de la Vierre, ou encore à Oizy en bordure de l’anticlinal de l’Ardenne. D’autres zones ont été découvertes dans le Viséen supérieur dans le Bassin de Dinant, dans des couches de transition du Viséen au Namurien.

 A.    Les anomalies radioactives de l’Ardenne belge

Une prospection radiométrique autoportée générale pour l’uranium en Ardenne a été entreprise dans les années 1980 par plusieurs de nos scientifiques (J.- M Charlet, L. Dejonghe, J. Jedwab, Y. Quinif, et bien d’autres.). Il en est découlé, la découverte d’un certain nombre d’anomalies radioactives dans le Dévonien inférieur : dans la région de Chiny – vallée de la Vierre, à Daverdisse et à Oizy.

 Anomalies Dévonien belge

Fig. 2 – Situation géologique des anomalies radioactives du Dévonien inférieur de l’Ardenne (carte géologique d’après Asselberghs (1946) et Beugnies (1982-1984))

1. Massif cambrien                                                        9. Complexe volcanique de la Croix Scaille

2. Gedinnien inférieur                                             10. Failles longitudinales majeures

3. Gedinnien supérieur (formation G2a)    11. Autres failles

4. Gedinnien supérieur (formation G2b)    12. Rivières

5. Siegenien inférieur                                                13. Autoroutes

6. Siegenien moyen                                                     14. Anomalies uranifères principales

7. Siegenien supérieur                                              15. Frontières

8. Jurassique

1.     Anomalies de la région de Chiny – vallée de la Vierre

On les retrouve dans une série de niveaux radioactifs stratiformes ou lenticulaires, dans une zone schistogréseuse du Siegenien inférieur du Synclinal de Neuchâteau, de près de 3 Km s’étendant d’ouest en est dans les vallées de la Semois et de la Vierre. Ces niveaux d’anomalies s’insèrent dans des schistes gréseux de couleur sombre (faciès des « schistes noirs ») et les teneurs en uranium peuvent atteindre 250 ppm. Ils se seraient formés durant la sédimentation (synsédimentation) suivie d’une mobilisation et d’une précipitation selon des processus d’oxydo-réduction. Minéralogiquement, il s’exprime sous forme de phosphoarseniates d’U et de Cu.

 2.     Anomalie de Daverdisse

Cette anomalie très localisée se situe dans la vallée de la Lesse près de Daverdisse. Nous sommes, dans cette zone de la Haute Lesse, dans les formations plissées et faillées du Dévonien inférieur. A l’endroit de l’anomalie on rencontre, en affleurement, des phyllades, des quartzophyllades, des grès argileux et des quartzites de la formation de St. Hubert.

L’indice coïncide avec une fracture transversale varisque de faible intensité. Elle est essentiellement liée à l’uranium avec des teneurs pouvant atteindre 0,3%.

D’un point de vue minéralogique, plus d’une vingtaine de minéraux, dont plusieurs étaient nouveaux pour la Belgique,  y ont été détectés par différentes méthodes : lames minces, microsonde électronique et spectromètre à dispersion. Les échantillons ainsi analysés ont permis d’établir la présence de minéraux appartenant à cinq familles principales (voir tableau 2) :

        Oxydes

        Séléniures, sulfures et métaux natifs

        Sulfates

        Phosphates

        Hydroxydes et oxysels

OXYDES                                                        SELENIURES, SZULFURES &

                                                                       METAUX NATIFS

 

Uraninite                                                          Clausthalite

Brannerite                                                        Tiemannite

Rutile(s)                                                          (Bravoite)

Anatase                                                           Pyrite

Oxyde rouge à U-Ti-Fe                                     Chalcopyrite

Quartz                                                             (Bohdanowiczite)

(Oxyde de bismuth)                                          (Naumannite)

                                                                       (Argentite ou acanthite)

SULFATES                                                      (Amalgame Ag-Hg)

                                                                       (Hg-Ag-Se)

Jarosite                                                            (Pb-Bi-Hg-Se)

(Plumbojarosite)                                               (Fe-Sb-S)

(Sulfate de Fe)                                                 (Ag)

                                                                       (Au-Pd)

 

HYDROXYDES                                              PHOSPHATES

 

(Hydroxyde de Fe à U, Bi, Zr)                           Xénotime

(Hydroxychlorure de Fe)                                   Tobernite

                                                                       Autunite

 

 

 Tableau 2 – Minéraux rencontrés dans les diverses paragenèses de Daverdisse (d’après J. Jedwab & L. Dejonghe)

L’origine de cet indice, du fait de sa coïncidence avec une fracture, pourrait être épigénique, c’est-à-dire que ce faible gisement métallifère s’est formé secondairement, les apports des minéraux étant liés à des solutions hydrothermales. En d’autres mots, à Daverdisse, l’uranium a été concentré et séparé du thorium et du plomb par lessivage des sédiments hôtes, durant l’orogenèse varisque, pour ensuite se déposer au niveau d’une fracture.

3.     Anomalie d’Oizy 

Cette anomalie se situe dans des fractures qui se sont ouvertes au sommet du Gedinnien inférieur, et qui ont été colmatées par des oxy-hydroxydes de Fe (goethite, lépidocrocite) et des minéraux argileux illite-kaolinite. L’origine de cet indice est à chercher dans des sols mis en place sous un climat subtropical durant la période Eocène-Miocène. L’uranium que l’on y trouve a dû vraisemblablement migré depuis la surface pour se bloquer sur les oxy-hydroxydes de Fe et les argiles de remplissage. Il est possible que l’uranium et le plomb uranogénique associés proviennent d’anomalies antérieures antédévoniennes, vraisemblablement cambriennes, pour ensuite être piégés au niveau d’un remplissage limonitique de fracture au Tertiaire.

 B.    Les anomalies radioactives du Viséen supérieur dans le Bassin de Dinant

 Anomalies Viséen belge

Fig. 3 – Localisation des principales anomalies radiométriques du Viséen supérieur du Bassin de Dinant (d’après Charlet J.-M., Ndziba M., Quinif Y.)

a. Dévonien inférieur ; b. Dévonien moyen ; c. Dévonien supérieur ; d. Dinantien ; e. Namurien

1. Florennes ; 2. Bioul (centre) ; 3. carrière de la Noire Terre (Bioul) ; 4. carrière de Jaiffe (Warnant) ; 5. bois de Warnant ; 6. route de Haut-le-Wastia ; 7. bois du Curé (Haut-les-Wastia) ; 8. lieu-dit Plantisse (Haut-les-Wastia) ; 9. chemin forestier des ruines de Poilvache, à la vallée de la Meuse ; 10. mont d’Houx (route de Purnode) ; 11. tranchée du chemin de fer ; 12. au N-E de Modave (talus de route) ; 13. route Modave-Ocquier

 

L’existence locale d’anomalies radiométriques dans le Viséen supérieur/Namurien de Belgique avait été signalée très tôt dans le Bassin de Namur par E. Legrand et confirmée par les travaux de J.-M. Charlet et al. (1977 et 1979) pour la région de Blaton et par ceux de A. Herbosch et al. (1979) pour la région de Visé. Le levé radiométrique autoporté, conduit par la Faculté Polytechnique de Mons, a permis de circonscrire un grand nombre de zones anomaliques nouvelles dans le bassin de Dinant. Ainsi plus d’une dizaine d’anomalies ont été localisées par voie aéroportée et par prospection scintillométrique pédestre. Elles apparaissent dans tous les synclinaux namuriens du Bassin de Dinant où les conditions d’affleurement permettent l’observation du contact Namurien-Viséen.

Géologiquement, ces anomalies se situent dans les schistes qui constituent les « couches de passage » du Viséen supérieur (V3c) et qui se sont formés lors du confinement d’un bassin à la fin du Viséen.

De l’étude géologique, radiométrique et géochimique du V3c du Bassin de Dinant, se sont dégagés les résultats suivants :

        le V3c de cette entité présente une zone d’anomalies radiométriques, stratiforme et d’extension régionale, repérable aux affleurements. La spectrométrie γ montre que l’uranium est responsable de ces anomalies, les autres éléments radioactifs naturels (Th, K4O) étant en concentrations très faibles ;

        La comparaison entre les différents horizons du V3c supérieur (schistes, calcaires, nodules phosphates) ne montre pas de différences essentielles entre les constituants des faciès uranifères et les autres faciès. Toutefois, l’enrichissement en uranium correspond à un enrichissement en phosphate de toute la série ;

        Les processus de concentration de l’uranium diffèrent selon  que l’on considère la base ou le sommet de V3c supérieur. A la base, l’uranium est fixé préférentiellement par les matières réductrices tandis qu’au sommet ce sont les phosphates qui jouent le rôle de fixateur.

        Le passage du Namurien au Viséen se marque par :

o      une absence d’anomalies radiométriques véritables ainsi que celle d’une phophatogenèse au niveau des calcaires namurien, avec présence de quartz détritique ;

o      une teneur déjà élevée en uranium des calcaires à Conodontes de la base du V3c supérieur

o      des anomalies radiométriques bien marquées dans les schistes du V3c supérieur, avec phophatogenèse progressive de la base au sommet.

        L’anomalie radioactive du passage Viséen-Namurien peut constituer un excellent marqueur stratigraphique

VI.      METHODES DE MESURE DES TENEURS EN ELEMENTS RADIOACTIFS DES ROCHES

Différentes méthodes permettent de déterminer les teneurs en éléments radioactifs des roches. Ainsi, l’étude de la radioactivité des roches magmatiques a été au début faite par des méthodes radiochimiques qui déterminaient la quantité de radon qu’elles contenaient. Nous aborderons l’histoire du radon dans un article ultérieur. Des mesures plus récentes sont couramment utilisées : mesure par  fluorimétrie ou par plaques nucléaires.

 A.    La fluorimétrie ou spectroscopie de fluorescence

C’est une technique de dosage qui utilise la propriété de certaines substances d’être fluorescente. Elle consiste à mesurer la fluorescence qui est proportionnelle à la concentration de l’élément. Ce type de spectroscopie implique l’utilisation d’une source lumineuse (habituellement dans l’ultraviolet) dont les rayons vont exciter les électrons des atomes de l’élément étudié et leur faire émettre une lumière de plus basse énergie. Pour les dosages de l’ordre du µg/L, on utilise des lasers qui permettent de réaliser une fluorescence atomique. Les instruments utilisés à cet effet sont des fluorimètres.

Cette méthode est utilisée pour effectuer le dosage d’uranium dans un échantillon. On réalise une perle par fusion d’un sel d’uranium et de fluorure de sodium. Celle-ci a la propriété de devenir fluorescente jaune sous l’action d’un rayonnement ultraviolet. La mesure de la fluorescence se fait au moyen d’une cellule photoélectrique suivie d’un amplificateur et d’un galvanomètre.

 Une technique plus sophistiquée est la spectrométrie de fluorescence X (SFX ou FX, ou en anglais XRF pour X-ray fluorescence). Cette méthode d’analyse chimique utilise une propriété physique de la matière, la fluorescence de rayons X. Dans ce cas, la source de rayonnement est une source de rayons X qui provoque une émission secondaire de rayons X au niveau de l’échantillon. C’est la fluorescence de rayons X. Le spectre des rayons X émis par la matière est caractéristique de la composition de celle-ci. On peut en déduire la composition élémentaire, c’est-à-dire les concentrations massiques en éléments (fig. 4).

 Spectre d'énergie

 Fig. 4 – Exemple d’un spectre en énergie du rayonnement fluorescent d’un échantillon

 B.    Plaques nucléaires

Cette méthode utilise le pouvoir de réaction des grains d’argent d’une plaque photographique à une émission radioactive. Quand une particule chargée traverse une émulsion photographique, elle ionise des grains d’argent le long de sa trajectoire et perd ainsi une partie de son énergie cinétique. L’analyse des trajectoires observées permet de déterminer le spectre d’énergie des particules émises par l’échantillon analysé.

Dans la pratique, on dépose une lame mince de l’échantillon à analyser sur une plaque nucléaire pendant un certain temps. On éclaire légèrement l’émulsion à travers la lame mince. Après développement, les éléments sombres se dessinent en clair et permettent un repérage très précis. On remarque également les traces des rayons α qui indiquent la position des éléments radioactifs (fig. 5)

  radioactivité dans une roche

(à suivre)

 


[1]  La valence d’un élément chimique est le nombre maximal de liaisons chimiques qu’il peut former. Autrement dit, c’est le nombre maximal d’atomes d’un élément univalent avec lesquels un atome de cet élément peut s’associer. La valence d’un atome dans le cadre d’une molécule ou d’un ion est le nombre de liaisons covalentes que cet atome a formé. La valence d’un ion monoatomique en solution est sa charge, on parle alors d’électrovalence.

La couche de valence est la dernière couche électronique d’un atome (couche externe) et la (ou les) sous-couche en cours de remplissage.

[2] ppm : part par millions. Au sens strict, un ppm correspond à un rapport de 10-6, soit, par exemple, un milligramme par kilogramme ; au sens large, un ppm correspond à milligramme par litre : dans ce cas il s’agit d’un abus de langage, car le litre (unité de volume) n’est pas équivalent au kilogramme (unité de masse). En outre, le ppm n’est pas une concentration mais un rapport, c’est-à-dire un quotient sans dimension, à l’instar d’un pourcentage.

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