Cet article contient une comparaison des principales propriétés thermiques et atomiques du zirconium et de l’uranium, deux éléments chimiques comparables du tableau périodique. Il contient également des descriptions de base et des applications des deux éléments. Zirconium contre Uranium.
Zirconium et Uranium – À propos des éléments
Source : www.luciteria.com
Zirconium et Uranium – Applications
Zirconium
La plupart du zircon est utilisé directement dans les applications à haute température. Ce matériau est réfractaire, dur et résistant aux attaques chimiques. En raison de ces propriétés, le zircon trouve de nombreuses applications, dont peu sont très médiatisées. Son utilisation principale est comme opacifiant, conférant un aspect blanc et opaque aux matériaux céramiques. Le zirconium et ses alliages sont largement utilisés comme gaine pour les combustibles des réacteurs nucléaires. Le zirconium allié au niobium ou à l’étain possède d’excellentes propriétés de corrosion. La haute résistance à la corrosion des alliages de zirconium résulte de la formation naturelle d’un oxyde dense et stable à la surface du métal. Ce film est auto-cicatrisant, il continue à se développer lentement à des températures allant jusqu’à environ 550°C (1020°F) et il reste fermement adhérent. La propriété recherchée de ces alliages est également une faible section efficace de capture de neutrons.
Uranium
La principale utilisation de l’uranium dans le secteur civil est l’alimentation des centrales nucléaires. Un kilogramme d’uranium 235 peut théoriquement produire environ 20 térajoules d’énergie, en supposant une fission complète ; autant d’énergie que 1,5 million de kilogrammes (1 500 tonnes) de charbon. Un réacteur type peut contenir environ 100 tonnes d’uranium enrichi (c’est-à-dire environ 113 tonnes de dioxyde d’uranium). Ce combustible est chargé dans, par exemple, 157 assemblages combustibles composés de plus de 45 000 crayons combustibles. Un assemblage combustible commun contient de l’énergie pendant environ 4 ans de fonctionnement à pleine puissance. Le combustible retiré (combustible nucléaire usé) contient encore environ 96 % de matière valorisable (il doit être retiré en raison de la diminution du kinf d’un assemblage). Avant (et parfois après) la découverte de la radioactivité, l’uranium était principalement utilisé en petites quantités pour les émaux de verre et de poterie jaunes, comme le verre d’uranium. L’uranium est également utilisé par l’armée pour alimenter les sous-marins nucléaires et dans les armes nucléaires. En raison de sa densité élevée, ce matériau se retrouve dans les systèmes de guidage inertiel et dans les compas gyroscopiques.[10] L’uranium appauvri est préféré aux métaux de densité similaire en raison de sa capacité à être facilement usiné et coulé ainsi que de son coût relativement faible. Le principal risque d’exposition à l’uranium appauvri est l’empoisonnement chimique par l’oxyde d’uranium plutôt que par la radioactivité (l’uranium n’étant qu’un faible émetteur alpha). L’uranium appauvri est un uranium qui contient beaucoup moins d’uranium 235 que l’uranium naturel. Il est considérablement moins radioactif que l’uranium naturel. C’est un métal dense qui peut être utilisé comme lest pour les navires et comme contrepoids pour les avions. Il est également utilisé dans les munitions et les armures. L’uranium appauvri peut également être utilisé pour protéger des radiations. L’uranium appauvri est beaucoup plus efficace en raison de son Z plus élevé. L’uranium appauvri est utilisé pour le blindage des sources portables de rayons gamma. L’uranium est utilisé dans les aciers rapides comme agent d’alliage pour améliorer la résistance et la ténacité. Le trioxyde d’uranium (également appelé oxyde uranique) de formule UO3, est une poudre jaune orangé et est utilisé comme pigment pour la céramique. Dans les verres, il produit un beau « verre d’uranium » jaune verdâtre.
Zirconium et Uranium – Comparaison dans le tableau
| Élément | Zirconium | Uranium |
| Densité | 6,511 g/cm3 | 19,05 g/cm3 |
| Résistance à la traction ultime | 330 MPa | 390 MPa |
| Limite d’élasticité | 230 MPa | 190 MPa |
| Module de Young | 88 GPa | 208 GPa |
| Échelle de Mohs | 5 | 6 |
| Dureté Brinell | 650 MPa | 2400 MPa |
| Dureté Vickers | 900 MPa | 1960 MPa |
| Point de fusion | 1855°C | 1132°C |
| Point d’ébullition | 4377°C | 4131°C |
| Conductivité thermique | 22,7 W/mK | 27W/mK |
| Coefficient de dilatation thermique | 5,7 µm/mK | 13,9 µm/mK |
| Chaleur spécifique | 0,27 J/g·K | 0,12 J/g·K |
| Température de fusion | 16,9 kJ/mole | 8,52 kJ/mole |
| Chaleur de vaporisation | 591 kJ/mole | 417 kJ/mole |