Du minerai à l’exportation : comment l’uranium peut se retrouver dans la chaîne du cobalt en RDC

Dans certaines parties de la ceinture cuprifère congolaise, l’uranium est naturellement associé au cuivre et au cobalt. Sa présence éventuelle dans un produit cobaltifère exporté dépend de la minéralogie du minerai, de la chimie du circuit de traitement et de l’existence — ou non — d’une étape spécifiquement conçue pour l’éliminer.

La présence d’uranium dans des exportations de cobalt ne résulte pas nécessairement d’une irrégularité à la frontière ou de l’exploitation non déclarée d’une mine d’uranium. Elle peut trouver son origine bien plus en amont, dans les formations géologiques où sont extraits le cuivre et le cobalt du sud de la République démocratique du Congo.

Dans certaines parties de la ceinture cuprifère d’Afrique centrale, les minéralisations d’uranium, de cuivre et de cobalt se trouvent dans les mêmes formations géologiques ou à proximité les unes des autres.

Lorsqu’un minerai contenant de l’uranium entre dans une usine de traitement du cuivre et du cobalt, la destination finale de cet uranium dépend de son comportement au cours des différentes étapes : concassage, lixiviation acide, élimination des impuretés et précipitation du cobalt.

En l’absence d’un procédé spécifiquement destiné à son élimination, une partie de l’uranium peut rester dans la solution contenant le cobalt et finir par se retrouver dans l’hydroxyde de cobalt brut. Une autre partie peut être transférée vers les résidus de traitement.

C’est ce parcours technique qui se trouve au centre de la controverse actuelle sur la présence d’uranium dans les exportations congolaises de cobalt.

Tout commence par la géologie

La ceinture cuprifère d’Afrique centrale s’étend du sud de la RDC au nord de la Zambie. L’Institut d’études géologiques des États-Unis, l’USGS, la décrit comme la plus importante province cuprifère et cobaltifère au monde parmi les gisements stratiformes encaissés dans des roches sédimentaires. Plus de 80 gisements ont été recensés dans la zone étudiée.

De nombreux gisements congolais de cobalt présentant un intérêt économique se trouvent dans des roches appartenant au Groupe du Roan. Ces formations peuvent présenter un bruit de fond naturel élevé en uranium, ainsi que des minéralisations uranifères distinctes situées à proximité des gisements de cuivre et de cobalt.

L’uranium n’est toutefois pas réparti uniformément dans l’ensemble de la ceinture cuprifère. Sa concentration peut varier considérablement entre les gisements, les zones minières et même les différentes parties d’un même corps minéralisé.

Cette variabilité est essentielle pour comprendre le dossier. Les résultats obtenus dans une mine, une usine ou une cargaison ne peuvent pas être automatiquement généralisés à l’ensemble de l’industrie congolaise du cobalt.

Dans les minerais oxydés, le cobalt est fréquemment associé à l’hétérogénite, un oxyhydroxyde de cobalt. Des travaux cités dans l’étude récemment publiée par Nature Communications indiquent que l’hétérogénite peut incorporer dans sa structure minérale des formes oxydées de l’uranium.

Cette association minéralogique étroite rend difficile une séparation physique dès les premières étapes du traitement. Lorsque l’uranium et le cobalt se trouvent dans les mêmes grains minéraux, le concassage et les procédés conventionnels d’enrichissement ne suffisent pas nécessairement à les orienter vers des flux distincts.

Étape 1 : concassage et concentration physique

Après son extraction, le minerai est concassé puis broyé afin de libérer les minéraux valorisables de la roche stérile qui les entoure.

Des méthodes de séparation physique peuvent ensuite augmenter la teneur en cuivre et en cobalt en éliminant les matériaux présentant peu de valeur économique. Selon la configuration de l’exploitation, ces procédés peuvent inclure le lavage, le criblage, la séparation en milieu dense ou d’autres techniques gravimétriques.

Ces opérations sont efficaces lorsque le minéral recherché et les matériaux indésirables possèdent des caractéristiques physiques différentes.

Elles le sont beaucoup moins lorsque l’uranium est chimiquement ou structurellement associé aux mêmes minéraux oxydés qui contiennent le cobalt. Dans ce cas, l’uranium peut suivre le cobalt dans le minerai enrichi au lieu d’être rejeté avec la roche stérile.

Le résultat dépend fortement de la minéralogie du minerai traité. Une usine recevant un minerai présentant un faible bruit de fond en uranium peut rencontrer peu de difficultés. Une autre, alimentée par une partie du gisement enrichie en uranium, peut recevoir un matériau sensiblement différent.

Étape 2 : lixiviation à l’acide sulfurique

Une part importante du cobalt provenant des minerais oxydés de la ceinture cuprifère est récupérée au moyen de procédés hydrométallurgiques.

Le minerai enrichi est mis en contact avec de l’acide sulfurique, qui dissout le cuivre, le cobalt et d’autres éléments solubles. Le liquide obtenu est appelé solution de lixiviation.

L’étude publiée par Nature Communications souligne que, dans les conditions fortement acides généralement utilisées pendant la lixiviation — autour d’un pH de 1,5 — les formes oxydées de l’uranium sont très solubles.

L’uranium présent dans l’alimentation de l’usine peut donc se dissoudre en même temps que le cobalt, au lieu de rester dans le résidu solide.

À ce stade, l’uranium n’est plus simplement présent sous la forme d’une particule minérale susceptible d’être séparée par criblage. Il devient une espèce dissoute au sein d’une solution de traitement chimiquement complexe.

Étape 3 : le cuivre est récupéré en premier

Dans les circuits hydrométallurgiques, le cuivre est généralement récupéré avant le cobalt.

L’extraction par solvant permet de transférer sélectivement le cuivre vers une phase liquide distincte. Le métal est ensuite récupéré, souvent par électroextraction.

La solution restante contient toujours du cobalt ainsi qu’un ensemble d’impuretés. Selon la nature du minerai et les conditions du procédé, l’uranium dissous peut également demeurer dans ce flux cobaltifère.

L’extraction par solvant du cuivre est avant tout conçue pour récupérer le cuivre. Elle ne doit pas être considérée comme une étape assurant automatiquement l’élimination complète de l’uranium, sauf si le circuit a été expressément conçu et exploité dans ce but.

Le parcours de l’uranium peut donc se poursuivre jusque dans les étapes de purification et de concentration du cobalt.

Étape 4 : l’élimination conventionnelle des impuretés ne retire qu’une partie de l’uranium

Avant de précipiter le cobalt, les usines éliminent normalement des impuretés telles que le fer, l’aluminium et le manganèse. Cette opération est souvent désignée comme l’étape de précipitation FAM.

De la chaux ou un autre réactif neutralisant est ajouté afin d’augmenter le pH. Les impuretés ciblées forment alors des hydroxydes ou des oxydes solides, qui peuvent être séparés de la solution puis dirigés vers un flux de résidus.

Une partie de l’uranium peut être éliminée de manière incidente pendant cette étape, par précipitation ou par adsorption sur les solides nouvellement formés.

Cette élimination ne devrait toutefois pas être considérée comme complète.

Selon le modèle chimique utilisé dans l’étude de Nature Communications, une seule étape FAM réalisée à faible pH pourrait éliminer moins de 10 % de l’uranium dissous. Une deuxième étape effectuée à un pH plus élevé pourrait en retirer davantage, mais les performances réelles dépendent de la configuration de l’usine, de la composition de la solution et des conditions d’exploitation.

La difficulté technique réside dans le fait que la précipitation de l’uranium devient plus efficace à mesure que le pH augmente. Or, à un pH plus élevé, le cobalt commence lui aussi à précipiter.

Un opérateur cherchant à éliminer l’uranium uniquement par un ajustement du pH risque donc de perdre une partie du cobalt — précisément le produit que l’usine cherche à récupérer.

Il existe ainsi un compromis économique et métallurgique. Une augmentation du pH peut améliorer l’élimination de l’uranium, mais elle peut aussi réduire le taux de récupération du cobalt et transférer une partie de ce métal valorisable vers les résidus.

Étape 5 : l’élimination ciblée de l’uranium

Une séparation plus sélective nécessite l’ajout d’une étape de traitement expressément conçue pour retirer l’uranium.

Une étude technique présentée en 2023 lors de la conférence Copper Cobalt Africa du Southern African Institute of Mining and Metallurgy a identifié la précipitation au phosphate et l’échange d’ions parmi les technologies disponibles pour traiter les solutions cobaltifères contenant de l’uranium.

Précipitation au phosphate

Un réactif phosphaté peut réagir avec l’uranium dissous pour former un composé moins soluble. Le solide ainsi obtenu peut ensuite être séparé de la solution contenant le cobalt.

Le procédé doit être rigoureusement contrôlé. Le dosage du réactif, le pH, le temps de rétention, la composition de la solution et l’efficacité de la séparation solide-liquide influencent directement ses performances.

Cette méthode génère également un résidu contenant de l’uranium, qui doit être caractérisé, entreposé et géré dans des conditions appropriées.

Retirer l’uranium de la solution ne signifie donc pas le faire disparaître. Le procédé le transfère vers un autre flux de matière qui nécessite à son tour des mesures de contrôle.

Échange d’ions

La technologie d’échange d’ions utilise une résine spécialisée capable de capter certains ions dissous présents dans la solution de traitement.

Un système correctement sélectionné peut retirer l’uranium tout en maintenant l’essentiel du cobalt en solution. L’uranium est ensuite extrait de la résine et transféré vers un flux plus réduit et plus concentré, destiné à un traitement supplémentaire ou à une gestion contrôlée.

Une étude de cas commerciale fait état de la mise en service, en 2019, d’une installation d’échange d’ions en continu dans une usine congolaise de traitement du cobalt. Selon le fournisseur de la technologie, l’installation a été conçue pour traiter environ 20 000 mètres cubes de solution cobaltifère par jour.

L’existence de telles technologies montre que la présence d’uranium dans un circuit de cobalt constitue un problème métallurgique techniquement maîtrisable. Elle ne permet toutefois pas de déterminer dans quelle mesure ces systèmes sont déployés dans l’industrie ni avec quelle efficacité chaque usine les exploite.

Étape 6 : précipitation de l’hydroxyde de cobalt

Après la récupération du cuivre et l’élimination des impuretés indésirables, le pH est de nouveau augmenté afin de précipiter le cobalt contenu dans la solution purifiée.

Le cobalt forme alors un hydroxyde solide, qui est filtré, lavé puis préparé pour l’exportation.

L’hydroxyde de cobalt brut est un produit intermédiaire. Il ne s’agit ni de cobalt métal raffiné ni d’un produit chimique de haute pureté destiné directement à la fabrication de batteries.

Il peut contenir de l’humidité résiduelle et différentes impuretés, selon les caractéristiques de l’alimentation et les performances du circuit de purification.

L’étude de Nature Communications indique que l’hydroxyde de cobalt peut être environ 50 à 100 fois plus concentré en cobalt que le minerai initial. Si de l’uranium subsiste dans la solution et suit le cobalt pendant la précipitation, il peut lui aussi se concentrer dans le produit final.

Cela ne signifie pas que l’hydroxyde de cobalt contient inévitablement une concentration excessive d’uranium. La teneur finale dépend notamment :

de la teneur en uranium et de la minéralogie du minerai initial ;
de la proportion de minerais oxydés et sulfurés dans l’alimentation ;
des pratiques de mélange des minerais ;
des conditions de la lixiviation acide ;
du nombre et de l’efficacité des étapes d’élimination des impuretés ;
de l’existence éventuelle d’un système ciblé d’élimination de l’uranium ;
du dosage des réactifs et du contrôle du pH ;
de l’efficacité du lavage et de la filtration ;
des spécifications imposées au produit final.

Deux usines traitant des minerais différents peuvent donc obtenir des résultats très éloignés. Une même usine peut également enregistrer des variations importantes lorsqu’elle traite successivement différentes parties d’un corps minéralisé.

Où va l’uranium retiré du circuit ?

L’uranium qui ne se retrouve pas dans le produit cobaltifère doit nécessairement être orienté vers un autre flux du procédé.

Il peut rester dans la roche stérile non traitée, être retenu dans les résidus de lixiviation, précipiter avec le fer et d’autres impuretés ou être capté au cours d’une étape spécialisée d’élimination.

Ces matières peuvent ensuite être déposées dans un parc à résidus ou stockées sous la forme d’un résidu distinct.

L’Agence internationale de l’énergie atomique classe les radionucléides d’origine naturelle présents dans les minerais, les produits, les sous-produits et les résidus de traitement parmi les matières radioactives naturelles, couramment désignées par l’acronyme anglais NORM.

Les activités d’extraction et de traitement chimique peuvent redistribuer ces radionucléides et augmenter leur concentration dans certains produits ou flux de résidus.

La présence de matières NORM ne signifie pas automatiquement qu’un matériau présente un risque inacceptable. Les mesures réglementaires doivent être proportionnées à ses caractéristiques radiologiques et aux voies d’exposition possibles.

Pour les résidus miniers et métallurgiques, plusieurs questions doivent être examinées :

Quels radionucléides sont présents ?
Quelle est leur activité massique ?
Sous quelle forme chimique et physique se trouvent-ils ?
Les matériaux peuvent-ils produire des poussières contaminées ?
L’uranium peut-il migrer vers les eaux de surface ou les nappes souterraines ?
Les travailleurs ou les communautés sont-ils régulièrement exposés ?
Quelle est la stabilité à long terme de l’installation de stockage ?

L’AIEA recommande une approche réglementaire intégrée et graduée pour la gestion des résidus contenant des matières radioactives naturelles. Les contrôles doivent être proportionnés au niveau de risque effectivement mesuré.

La concentration ne correspond pas nécessairement au niveau d’exposition

Les discussions sur l’uranium présent dans le cobalt font fréquemment référence à des concentrations exprimées en parties par million. Cette unité mesure la masse d’uranium présente dans un matériau.

Les décisions en matière de radioprotection utilisent également l’activité massique, généralement exprimée en becquerels par gramme, ainsi que l’estimation de la dose susceptible d’être reçue par les travailleurs ou le public.

Une concentration d’uranium exprimée en parties par million ne permet donc pas, à elle seule, d’établir le niveau d’exposition d’un travailleur ou d’une communauté.

Le risque dépend également de la composition isotopique de l’uranium, de ses produits de désintégration, de la production de poussières, de la présence de radon, de la ventilation, des possibilités d’ingestion ou d’inhalation, de la durée d’exposition et de l’efficacité des mesures de protection.

L’AIEA souligne que les matières NORM présentes dans les procédés industriels peuvent nécessiter une réglementation et une surveillance lorsque l’activité radiologique ou les conditions d’exposition dépassent les critères applicables.

Elle ne considère pas que tous les minerais contenant de l’uranium naturel présentent un niveau de risque identique.

Les analyses chimiques, les mesures radiologiques et les évaluations de l’exposition répondent donc à des questions différentes et ne doivent pas être confondues.

Ce que l’étude établit — et ce qu’elle estime

L’étude publiée par Nature Communications décrit un mécanisme techniquement plausible permettant à l’uranium de suivre le cobalt depuis un minerai oxydé jusqu’à l’hydroxyde de cobalt brut.

Elle s’appuie sur des connaissances géologiques, la chimie des minéraux, le comportement des éléments pendant le traitement, des données de production et des statistiques commerciales.

Cependant, son estimation selon laquelle entre 2 000 et 5 000 tonnes d’uranium auraient pu être exportées de la RDC entre 2000 et 2024 repose sur un modèle de premier ordre décrivant le transfert de l’uranium à travers la chaîne de traitement.

Elle ne résulte pas d’analyses directes de chaque cargaison d’hydroxyde de cobalt exportée au cours de cette période.

Les résultats du modèle dépendent d’hypothèses concernant les concentrations d’uranium dans les minerais, les différences entre les exploitations, la configuration des circuits de traitement et la proportion d’uranium éliminée ou transférée vers les résidus.

L’étude identifie donc un mécanisme crédible et une lacune potentiellement importante dans le suivi de la chaîne d’approvisionnement. Elle ne fournit pas un registre détaillé cargaison par cargaison et n’établit pas que tous les producteurs ont exporté du cobalt contenant de l’uranium au-delà des limites applicables.

Ce que l’enquête congolaise devra vérifier

Le gouvernement congolais a annoncé une campagne de vérification portant sur un échantillon représentatif des exportations d’hydroxyde de cobalt. Des institutions nationales ainsi qu’un laboratoire international accrédité doivent participer aux analyses.

Pour produire des résultats significatifs, l’enquête devra tenir compte de la diversité géologique et opérationnelle de l’industrie congolaise.

Un programme techniquement crédible devrait notamment préciser :

les critères utilisés pour sélectionner les mines, les usines et les cargaisons ;
le nombre d’échantillons et les dates auxquelles ils ont été prélevés ;
si l’échantillonnage a été effectué avant ou après le mélange des produits ;
les mesures prises pour garantir l’intégrité des échantillons et leur chaîne de traçabilité ;
si les résultats sont exprimés sur une base humide ou sèche ;
les méthodes analytiques utilisées et leurs limites de détection ;
les concentrations d’uranium et les activités radiologiques mesurées ;
les normes retenues pour déterminer la conformité ;
si les résidus, les flux de traitement et l’exposition professionnelle ont également été évalués ;
si les usines concernées disposent de systèmes spécialement conçus pour éliminer l’uranium.

Une seule campagne d’analyses ne fournira qu’une photographie de la situation à un moment donné. Elle risque de ne pas refléter les variations provoquées par la nature du minerai, la séquence d’exploitation, les périodes de maintenance ou les réglages du circuit de traitement.

Si Kinshasa souhaite instaurer une confiance durable, l’enquête pourrait devoir déboucher sur un système permanent de surveillance fondé sur les risques, plutôt que sur une opération ponctuelle de vérification.

La question technique centrale n’est pas de savoir si de l’uranium existe dans la ceinture cuprifère. Ce fait est déjà établi.

Il s’agit plutôt de déterminer quelle quantité entre dans chaque circuit de traitement, comment elle se répartit au cours du procédé, quelle proportion atteint le produit exporté et si les matières restantes sont gérées de manière sûre.

Seules des mesures directes, indépendantes et vérifiables permettront de répondre à cette question pour chaque exploitation et chaque cargaison concernée.