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Accidents nucléaires Accidents nucléaires

jeudi 26 avril 2012 par Jean-François

 

Résumé de l’article

Three Mile Island : accident classé 5
- Une installation de conception moderne, comparable à ce qui existe en France
- Des erreurs de manipulation et des procédures inadaptées
- Perte d’eau du circuit primaire, échauffement excessif et destruction partielle du coeur
- L’enceinte de confinement est restée intacte, les rejets radioactifs gazeux sont restés très limités

Tchernobyl : accident classé 7
- Des réacteurs reconvertis présentant plusieurs défauts graves de conception
- A l’origine de l’accident : un test non maîtrisé, conduisant à de nombreuses erreurs de pilotage du réacteur
- Emballement du réacteur et formidable explosion, le coeur du réacteur s’est retrouvé à l’air libre
- Énorme radioactivité sur le site (et pollution radioactive en Europe)
- Gestion des suites de l’accident dans des conditions désastreuses
- Bilan humain considérable, les estimations allant de 4000 à 200 000 victimes

Fukushima : accident classé 7
- Le tsunami (et non le séisme) provoque l’arrêt des circuits de refroidissement de 3 réacteurs
- Une série d’accidents s’ensuivent : fusion des coeurs, le corium se répandant dans les enceintes ; explosions d’hydrogènes et destruction des bâtiments ; incendies dans les piscines de combustibles usés. Les enceintes de confinement sont restées intactes.
- Les émanations radioactives (effluents gazeux et eau de mer utilisée pour le refroidissement) ont été très importantes.
- 107 ouvriers ont été exposés à des doses supérieures à 100 mSv.
- 114 000 personnes ont été déplacées.
- Le coût économique de la catastrophe est estimé de 600 à 1000 milliards d’€

Three Mile Island (TMI)

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La centrale de Three Mile Island

TMI est un site nucléaire situé à 18 km d’Harrisburg, la capitale de Pennsylvanie.

TMI comporte 2 réacteurs (TM1 1 et TMI 2).
Ce sont des réacteurs à eau pressurisée (du même type que ceux fonctionnant en France).
Le réacteur TMI 2 est très récent, il a été mis en service en 1978, un an avant l’accident.
Lors de l’accident, TMI 1 est à l’arrêt pour maintenance.

1. Chronologie de l’accident
28 mars 1979

Sur TMI 2, les opérateurs relèvent une série de petits dysfonctionnements.

(4 heures du matin, début de l’accident)
t=0 une pompe du circuit secondaire de refroidissement tombe en panne.
t=3", pour éviter une hausse de température du circuit primaire, la soupape de surpression de ce circuit s’ouvre automatiquement. La pression tombe effectivement.
T=8", la sécurisation automatique du réacteur se déclenche. Les barres de contrôle tombent, arrêtant le réacteur (mais la chaleur résiduelle reste évidemment considérable).
Un ordre de re-fermeture est envoyé à la soupape de surpression. Pour une raison inconnue, la fermeture ne se fait pas et la vapeur radioactive commence à se répandre dans l’enceinte de confinement. Les opérateurs ne s’en aperçoivent pas : le voyant de fermeture indique seulement que l’ordre a bien été envoyé.

Avec la perte de vapeur d’eau, le niveau d’eau dans le circuit primaire diminue. L’ordre est donné à la pompe de réalimentation de ré-injecter de l’eau dans le circuit primaire.
La pompe se met en route mais la vanne du circuit d’eau est fermée. En fait elle avait été fermée lors d’un test précédent et, suite à une défaillance humaine ou de procédure, elle n’avait pas été rouverte.
Le niveau d’eau dans le circuit primaire continue donc de baisser.

t=5’ La quantité d’eau dans le circuit primaire étant devenue insuffisante, l’eau commence à bouillir dans la cuve et à remplir le réservoir de décharge.
t=15’ Le réservoir de décharge étant plein, une rupture se fait et l’eau radioactive se répand sur le sol de l’enceinte de confinement.

t=1h Les pompes d’alimentation du circuit primaire ne brassent plus que de la vapeur et menacent de se rompre. Les opérateurs décident de les arrêter.
t=1h30’ Les barres de combustible émergent de l’eau et commencent à fondre (enveloppe en métal et combustible), formant le "corium".

Le nombre d’alarmes (y compris les alarmes de radioactivité) est tel que, dans la salle de commande, les opérateurs ne peuvent plus avoir une vision claire de la situation.

t=3h20 Les opérateurs comprennent que le coeur est en train de fondre et décident de remettre en service la pompe d’injection d’eau dans la cuve (au risque d’une explosion par surpression de la cuve, ce qui n’advint pas).
Entre t=5h et t=9h, les opérateurs actionnent alternativement les soupapes et les pompes, pour faire baisser la pression tout en maintenant un niveau d’eau suffisant dans la cuve.
t=9h50 l’hydrogène (produit par réaction entre la vapeur d’eau et le zirconium des barres de combustible), explose dans l’enceinte de confinement, mais celle-ci résiste.

t=15h La situation se stabilise, les pompes de refroidissement du circuit primaire sont complètement remises en service.

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Schéma de l’enceinte de TMI

2. Bilan

45% du coeur avait fondu et 20% coulé au fond de la cuve.
Bien qu’endommagée, la cuve n’a pas été percée et la partie fondue du cœur est restée contenue dans la cuve.
l’enceinte de confinement est restée intègre ; le relâchement de produits radioactifs dans l’environnement est ainsi resté faible. (mais difficile à quantifier, faute de mesures faites sur le moment).
Ces rejets ont été causés par le maintien en service du système de pompage des effluents du circuit primaire.

Toutes les procédures de conduite accidentelle ont été revues avec une approche totalement nouvelle :
- ne plus demander aux opérateurs de comprendre ce qui se passe (en situation de stress ils ne peuvent pas),
- mais leur donner des actions à faire en fonction des paramètres dont ils disposent : pression, température, niveaux d’eau, taux de radioactivité ou autres.
C’est ce qui s’appelle « l’approche par état », qui est aujourd’hui utilisée dans de très nombreuses centrales nucléaires.

L’accident de TMI a été classé au niveau 5 dans l’échelle des accidents nucléaires (maximum 7)

Tchernobyl

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La centrale vue de Pripyat

La centrale nucléaire se situe en Ukraine à 16 km de la frontière sud du Bélarus.
La centrale utilisait quatre réacteurs de type RBMK-1000, d’abord utilisés pour produire du nucléaire militaire avant d’être adaptés à l’usage civil dans les années 1970

La centrale est dirigée par V. P. Brioukhanov, un ingénieur en thermodynamique non spécialiste du nucléaire.

1 Conception du réacteur

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Schéma d’un réacteur RMBK

- Le système RBMK utilise de l’eau bouillante dont la vapeur alimente directement les turbines, sans utiliser d’échangeur thermique (il n’y a pas deux systèmes de refroidissement : primaire et secondaire).
- Il n’y a pas d’enceinte de confinement, seulement une dalle supérieure en béton.
- Enfin et sans entrer dans les détails, les réacteurs RMBK sont basés sur une technologie qui les rend très instables à faible puissance.

2. Chronologie de l’accident
25 avril 1986

Au matin, la décision est prise de faire un test sur le réacteur n°4 : il s’agit de couper l’alimentation des turbo-alternateurs afin de savoir si ils garderont une puissance suffisante pour alimenter en électricité les pompes de refroidissement du coeur.
A 14h, en prévision du test, le système d’alarme du système de refroidissement est débranché. A 21h, comme prévu par le test, la puissance du réacteur est réduite de 1000 à 700 Mw thermiques.
A minuit a lieu le changement d’équipe. Un nouvel opérateur fait une erreur en insérant trop les barres de commande, ce qui réduit la puissance du réacteur à 30 Mw. Le réacteur est dès lors en régime d’instabilité ("empoisonnement" du réacteur par le xénon).
Les opérateurs décident donc de remonter les barres, mais au delà de la limité de sécurité autorisée.
Par ailleurs et conformément au test en cours, le régime des turbo-alternateurs baisse. Des bulles se forment dans le liquide de refroidissement. Le réacteur (instable) entre dans une rétro-action positive, entrainant une très rapide montée de sa puissance.

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Le bâtiment du réacteur détruit

01h23’40" Le contremaîte de nuit ordonne l’arrêt d’urgence du réacteur. La chaleur excessive a déjà déformé les barres de contrôle, qui ne peuvent pas descendre.
01h23’44" En 4 secondes, la puissance du réacteur passe de 200 Mw à 100 000 Mw, soit 100 fois sa puissance nominale !
La cuve explose avec une violence inouïe, les 1200 tonnes de la dalle de béton recouvrant le réacteur sont projetées en l’air et retombent de biais sur le cœur de réacteur, qui est fracturé par le choc.
La totalité de la masse radioactive du coeur est dès lors à l’air libre.
De multiples incendies se déclarent.

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L’effondrement de la plateforme

3. Gestion des suites de l’accident

26 avril matin
Le directeur de la centrale, qui ignore que le coeur a été détruit, appelle les pompiers de la ville voisine (Pripyat) qui interviennent sur les lieux sans équipement particulier. Gravement irradiés, ils ne peuvent éteindre l’incendie et sont évacués (ils mourront tous plus tard).

26 avril - 14 mai
Le graphite et le combustible nucléaire forment un magma en fusion qui risque de s’enfoncer dans le sol et d’atteindre une piscine de décharge située au dessous.
La décision est prise de faire intervenir des hélicoptères de l’armée, menés par plus de mille pilotes. Ils doivent larguer sur le coeur un mélange d’argile, de bore, ... pour stopper la réaction nucléaire et étouffer l’incendie du graphite. En 8 secondes de survol, ils reçoivent 150 mSv (3 fois la dose admise en France pour 5 ans !)

Sur le toit de la centrale, une cinquantaine d’opérateurs sont chargés de collecter les débris très radioactifs. Chaque opérateur ne dispose que de 90 secondes pour effectuer sa tâche, avec des équipements de protection dérisoires. La plupart de ces travailleurs (les "liquidateurs") ont développé par la suite des cancers et sont morts dans les années qui ont suivi.

15 mai - fin octobre 1986
Sous le cœur du réacteur en fusion, la dalle de béton menace toujours de fondre. 400 mineurs des environs de Moscou sont appelés pour creuser un tunnel de 167 mètres de long menant sous le réacteur. Du béton y est injecté pour ralentir et arrêter la descente du cœur fondu. A l’entrée du tunnel, le débit de dose est de 2000 mSv par heure.
Dans les mois qui ont suivi, 600 000 ouvriers, les « liquidateurs » venus d’Ukraine, de Biélorussie, de Lettonie, de Lituanie et de Russie arrivent sur le site pour procéder à des nettoyages du terrain environnant.
En août 1986, la décontamination de la centrale et l’isolation de réacteur commencent. Les liquidateurs travaillent dans une radioactivité si élevée qu’ils ne peuvent rester sur place que quelques minutes, voire secondes.

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Le sarcophage isolant le réacteur détruit

_ Le réacteur détruit est recouvert d’une premier sarcophage de Tchernobyl dont la construction s’est terminée en octobre 1986.

En 2010 a démarré la mise en place d’une nouvelle structure enveloppant l’ensemble du site.
Cette structure a été financée par les pays du G7 et l’Ukraine.
Elle devrait être terminée en 2015.

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Deuxième enceinte de protection
Arche de confinement prévue pour 2015

4. Évacuation des populations
L’évacuation des 45 000 habitants de Pripyat débute le 27 avril. Ils n’ont été informés que quelques heures auparavant par la radio locale.
Au début du mois de mai, les 115 000 personnes habitant dans un rayon de 30 km autour du site sont évacuées, opération qui se poursuit jusqu’à la fin du mois d’août.
Les évacuations touchent au total environ 250 000 personnes de Biélorussie, de Russie et d’Ukraine.

5. Conséquences sanitaires

L’estimation du nombre des victimes fait l’objet de très vives polémiques. Il va de 4 000 au minimum à 200 000 pour Greenpeace.
Le problème vient de l’estimation des décès entraînés par les faibles doses de radioactivité, dont les effets ne sont pas immédiats mais à long terme. Il sont appelés stochastiques ou probabilistes et caractérisés par une augmentation du risque de cancer et de mutations génétiques.

Les plus fortes doses de radiation ont été reçues par le millier de personnes qui sont intervenues sur le site les premiers jours et sont probablement toutes décédées.
Selon l’IAEA les 600 000 « liquidateurs » qui sont intervenus sur le site ont reçu en moyenne une dose de l’ordre de 100 mSv (de 10 à 500 mSv), conduisant à une estimation de quatre mille morts supplémentaires.
Selon "Union Tchernobyl", principale organisation des liquidateurs, sur 600 000 liquidateurs, 60 000 sont morts avant 2006 et 165 000 sont handicapés.
Le nombre total de cancers supplémentaires induits dans les zones contaminées serait à long terme (effets stochastiques) de l’ordre de 5 000, soit un pour mille de la population exposée (et une extrapolation sur le reste de l’Europe conduirait à 50 000 victimes supplémentaires).

Fukushima

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La centrale de Fukushima

Fukushima est situé à 250 km de Tokyo, sur la cote nord est du Japon.
Le site comporte 6 réacteurs, exploités par l’opérateur TEPCO.

1. Conception des réacteurs

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Schéma d’un réacteur


Ces sont des réacteurs à eau bouillante (la vapeur d’eau chauffée par le combustible entraîne directement les turbines, il n’y a pas deux circuits séparés).
En cas de surpression, la vapeur est dirigée vers un réceptacle (torique) de refroidissement situé sous le réacteur, en dehors de l’enceinte de confinement.
Chaque cuve de réacteur est dans une enceinte de confinement en béton de 1,5 mètres d’épaisseur.
Les piscines de refroidissement des combustibles usés sont placées en haut des bâtiments, pour faciliter les opérations de chargement/déchargement.

1. Chronologie de l’accident

Le 11 mars 2011, les réacteurs 1, 2, 3 sont en fonctionnement, les réacteurs 4, 5 , 6 sont en arrêt pour maintenance.

Le 11 mars à 14h46 locale, un séisme de magnitude 8 frappe le Japon.
Il entraîne :
- L’arrêt des 3 réacteurs en service, par enfoncement automatique des barres de commande.
- La destruction des lignes de courant externes qui alimentent le site. Les 12 groupes électrogènes de secours (diesel) entrent automatiquement en fonction pour alimenter en particulier les pompes de refroidissement des réacteurs.
Il ne semble pas que les bâtiments des réacteurs aient été endommagés par le séisme.

53’ plus tard, le tsunami atteint la centrale, avec une vague de 15 m, alors que l’installation avait été prévue pour une vague maximale de 5,7 m.
La vague dégrade les prises d’eau en mer et détruit les diesels entraînant les groupes électrogènes de secours, pour les réacteurs 1, 2, 3 et 4. Les réacteurs 5 et 6, construits sur une plate-forme plus haute, ne sont pas touchés.

Fusion des coeurs
Privés de refroidissement et dans les 3 à 72 heures qui suivent, les coeurs des réacteurs 1, 2 et 3 entrent en fusion. Le corium (mélange en fusion de l’uranium et du métal des barres) perce le fond des cuves et se répand sur le sol de l’enceinte de confinement.

Du fait de la chaleur excessive, les décompresseurs du circuit de refroidissement s’ouvrent automatiquement, la vapeur pénétre dans les tores de condensation prévus sous les réacteurs. La surpression entraîne des fuites d’hydrogène dans le bâtiment, en dehors de l’enceinte de confinement.

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Destruction des bâtiments suite aux explosions d’hydrogène
Photo satellite

Explosions d’hydrogène
Le 12 mars, l’explosion d’hydrogène détruit le bâtiment du réacteur 1 (mais l’enceinte de confinement reste intacte), entraînant de forts rejets radioactifs dans l’atmosphère.
Le 14 mars, explosion du bâtiment du réacteur 3.
Le 15 mars, explosion du bâtiment du réacteur 2.
Selon Tepco, le niveau de rayonnement atteint au moins 10 sieverts par heure à proximité de débris accumulés entre les réacteurs

Incendies
Avec la perte des circuits de refroidissement, la température augmente dans les piscines de refroidissement des combustibles usés, situées au sommet des bâtiments. L’évaporation est telle que les responsables craignent un "dénoyage" des barres de combustible, entraînant leur fusion. Il semble que les apports d’eau (cf. ci-après) ont pu éviter cette fusion (contrôles ultérieurs par robots).

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Les différents accidents

2. Gestion post-accident

Le 15 mars, les 750 exploitants de la centrale sont évacués, sauf 50 qui seront appelés "les 50 de Fukushima".

Du 13 au 30 mars, de l’eau de mer est déversée sur les bâtiments et les piscines, d’abord avec un hélicoptère (méthode qui sera vite abandonnée en raison des niveaux de doses) puis avec des camions-pompes. Ces déversements d’eau, retournant à la mer, y entraînent une forte contamination radioactive.

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Déversement des effluents liquides

Du 19 au 26 mars, une alimentation électrique de secours est mise en place, permettant de relancer le refroidissement des réacteurs 1 et 2 (pas le 3).

- En juin, une usine de traitement des effluents liquides est mise en oeuvre.
- De mai à octobre, une nouvelle superstructure des bâtiments est construite pour contenir les effluents gazeux.

Fin 2011 "l’arrêt froid" des réacteurs est obtenu.

3. Conséquences sanitaires

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Les zones de contamination

Plan d’évacuation

Le 11 mars, l’ordre d’évacuation est donné pour un rayon de 2 km.
le 12 mars, cet ordre est étendu pour la zone des 10 km, puis des 20 km, avec ordre de confinement pour la zone de 20-30 km.
le 11 avril, l’évacuation (volontaire) sera instituée dans la zone 20 à 30 km, pour éviter une contamination des personnes supérieure à 20 mSv par an (je rappelle les dose normales admises : 1mSv/an pour la population, 20mSv/an pour les travailleurs du nucléaire).

Contamination des personnes
Pour les travailleurs (volontaires), la limite légale a été portée à 100 mSv/an.
107 ouvriers ont été exposés à des doses supérieures à 100 mSv, 6 à des doses supérieures à 250 mSv. Un ouvrier est décèdé sur le site, des suites d’un accident cardiaque.

Pour les populations évacuées, environ 600 personnes auraient reçu des doses entre 1 et 10 mSv et environ 10 personnes des doses supérieures à 10 mSv. La presse japonaise a estimé qu’un village (Litate) a été évacué trop tardivement.

Je n’ai pas trouvé d’estimation des effets à long terme au Japon (effets stochastiques des faibles doses). Des articles font toutefois état d’un risque à terme de 14000 décès aux Etat Unis dus à Fukushima.

Si vous voulez en savoir plus sur les causes et effets comparés des accidents de Tchernobyl et de Fukushima, je vous propose d’aller voir ce site.

4. Conséquences économiques

Le démantèlement complet de la centrale a été décidé avec le plan suivant :
Évacuation des combustibles usés des piscines en 2015.
Evacuation des combustibles fondus des coeurs en 2022.
Fin du démantèlement en 2052.

Selon l’IRSN français (Institut de Radioprotection et de Sureté Nucléaire) le coût de l’accident pour l’économie japonaise irait de 600 à 1000 milliards d’€.

L’accident de Fukushima a été classé au niveau 7 de l’échelle INES (International Nuclear Event Scale)

Galerie

  • Réacteur de Tchernobyl
  • Schéma d'un réacteur

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