0,7171 % au lieu de 0,7202 %. La différence tient sur trois décimales, presque rien à l’œil nu. Et pourtant, cette anomalie détectée en juin 1972 dans un échantillon d’uranium venu du Gabon a mis des physiciens français en état d’alerte maximale, avant de révéler l’un des phénomènes naturels les plus extraordinaires jamais documentés sur Terre : un réacteur nucléaire qui s’est allumé tout seul, il y a environ deux milliards d’années.

Tout commence à Pierrelatte, dans la Drôme, où le Commissariat à l’énergie atomique enrichit l’uranium destiné à la dissuasion nucléaire française. Une mesure de routine, par spectrométrie de masse, de la teneur isotopique d’un échantillon d’hexafluorure d’uranium naturel en tête d’usine présente une petite anomalie : il n’y a que 0,7171% de 235U au lieu de la valeur magique 0,7202%. Sur toute la planète, dans les roches terrestres, sur la Lune, jusque dans les météorites, cette proportion d’uranium 235 est censée être une constante universelle. Autant dire qu’un écart, même minime, ne pouvait pas être ignoré.

Bien que la différence fût minime, c’était si bizarre que le CEA, qui exploitait l’usine, a lancé sur le champ une enquête approfondie, mais en grand secret.

Sommaire

1. Une enquête qui élimine toutes les explications logiques
2. Le coupable : une réaction en chaîne vieille de deux milliards d’années
3. Un réacteur qui s’éteignait et se rallumait tout seul
4. Une mine devenue laboratoire pour la physique fondamentale

Une enquête qui élimine toutes les explications logiques

Première hypothèse, la plus rassurante : une erreur de mesure. Elle tombe rapidement. L’anomalie n’était pas un artefact, elle se reproduisait sur plusieurs autres échantillons. Reste alors la piste industrielle : un incident interne à l’usine aurait-il pu contaminer le stock avec de l’uranium appauvri, recyclé par erreur ? Ce n’était pas non plus une erreur dans l’usine elle-même qui aurait amené un recyclage accidentel d’un reflux appauvri. Les enquêteurs poussent plus loin encore, en excluant l’hypothèse d’une contamination accidentelle et celle de l’utilisation d’uranium retraité, qui aurait laissé des traces d’uranium 236 dans les échantillons.

Il ne restait donc qu’une chose à faire : remonter toute la chaîne, du site d’enrichissement jusqu’à la mine elle-même. Les enquêteurs ont tracé l’anomalie à travers toutes les étapes du traitement de l’uranium, de Pierrelatte à Malvesi puis à Gueugnon, où les concentrés présentaient les mêmes faibles concentrations en 235U. Le fil conducteur menait tout droit vers l’Afrique. Ces concentrés provenaient tous de la COMUF, qui exploitait deux mines d’uranium au Gabon, à Mounana et Oklo, et il est vite apparu que tout le minerai anormal venait de la partie nord du très riche gisement d’Oklo. Et l’anomalie n’était pas anecdotique : dans certains chargements, le niveau de 235U était aussi bas que 0,44%. Des forages menés directement sur le site ont même révélé des échantillons où la chute était encore plus spectaculaire, avec des teneurs descendant jusqu’à 0,29 % selon certaines analyses ultérieures de minerai extrait des mines d’Oklo.

Le coupable : une réaction en chaîne vieille de deux milliards d’années

Une fois toutes les pistes de fraude, d’erreur ou de contamination écartées, il ne restait qu’une explication, aussi improbable qu’elle paraisse au premier abord. Il n’y avait qu’une seule explication possible : la roche était la preuve d’une fission nucléaire naturelle survenue il y a plus de deux milliards d’années. Selon Ludovic Ferrière, conservateur du Muséum d’histoire naturelle de Vienne, après davantage d’études, y compris des examens sur site, les chercheurs ont découvert que le minerai d’uranium était entré en fission tout seul. une partie de l’uranium 235 manquant n’avait pas disparu par accident : il avait littéralement brûlé, consumé par une réaction en chaîne spontanée, exactement comme dans le cœur d’un réacteur construit par l’homme.

Comment une simple roche a-t-elle pu se transformer en centrale nucléaire naturelle ? La réponse tient à la chimie du temps profond. Les scientifiques nucléaires savent bien que les réacteurs ne fonctionnent pas avec de l’uranium naturel actuel, car le taux d’uranium 235 y est trop faible, à seulement 0,7202 %, alors qu’il faut l’enrichir à environ 3,5 % pour amorcer une réaction. Mais l’uranium 235 se désintègre plus vite que l’uranium 238. Il y a 1,8 à 2 milliards d’années, sa proportion naturelle dans n’importe quel gisement terrestre avoisinait donc les 3,7 %, un niveau proche de celui utilisé aujourd’hui dans les centrales civiles. À Oklo, il suffisait alors d’une concentration suffisante de minerai et de la présence d’eau, jouant le rôle de modérateur pour ralentir les neutrons, pour que la réaction en chaîne démarre spontanément, sans intervention humaine, deux milliards d’années avant Enrico Fermi et son premier réacteur artificiel.

Un réacteur qui s’éteignait et se rallumait tout seul

Le phénomène n’a pas fonctionné en continu. Des recherches récentes sur les isotopes préservés dans les minéraux d’Oklo ont permis de reconstituer un rythme précis de fonctionnement. Les isotopes préservés dans les minéraux d’Oklo enregistrent un réacteur fonctionnant selon un rythme répétitif : environ 30 minutes d’activité, suivies d’environ deux heures et demie de dormance. La mécanique est presque poétique : le gisement chauffait, faisait bouillir une bonne partie de son propre modérateur et s’éteignait de lui-même, puis, à mesure que la roche refroidissait, l’eau souterraine revenait et la réaction redémarrait. Un cycle naturel d’auto-régulation qui a pu se répéter pendant des centaines de milliers d’années.

Le site d’Oklo n’était d’ailleurs pas un cas isolé. Seize réacteurs naturels ont été découverts dans la région d’Oklo, répartis dans trois gisements de minerai distincts, à Oklo même, à Okelobondo et à Bangombe, tous dans un rayon de 20 kilomètres. Parmi eux, deux zones ont été étudiées en profondeur grâce à des analyses par spectrométrie de masse sur des échantillons de forage, révélant que la zone RZ2 a vu 1800 kg de 235U fissionnés en 850 000 ans, tandis que la zone RZ10 en a fissionné 650 kg en 160 000 ans.

Une mine devenue laboratoire pour la physique fondamentale

Depuis sa découverte, Oklo n’a jamais cessé de servir la recherche. Les produits de fission piégés dans la roche pendant deux milliards d’années offrent un instantané unique du comportement des particules dans un environnement géologique stable et bien daté. Les physiciens s’en servent notamment pour vérifier si les constantes fondamentales de l’univers, comme la constante de structure fine, ont pu varier dans le temps, en comparant les rapports isotopiques du samarium produit par la fission à ceux observés aujourd’hui. C’est également un site de référence pour comprendre comment des déchets radioactifs se comportent et migrent, ou non, dans une couche d’argile sur des échelles de temps géologiques, un enjeu directement lié aux débats actuels sur le stockage profond des déchets nucléaires. Une seule anomalie de spectrométrie, repérée un matin de juin 1972 dans une usine française, aura donc suffi à ouvrir une fenêtre sur la physique nucléaire de l’aube de la Terre.

Sources : osti.gov | encyclopedie-energie.org | sauvonsleclimat.org