Accident à la centrale de Fukushima : questions clefs

Accident à la centrale de Fukushima : questions clefs

@CEA

Suite à l'accident survenu dans la centrale de Fukushima Daiichi en mars 2011 au Japon, retrouvez les réponses aux questions les plus fréquemment posées au CEA.
Au sommaire : rappel des connaissance de base sur le fonctionnement d’une centrale nucléaire, le scénario de l’accident et les questions liées à l'exposition à la radioactivité.

Août 2013

Pour plus d'informations sur l'état des installations nucléaires de Fukushima-Daïchi et sur la surveillance sanitaire et environnementale depuis l’accident du 11 mars 2011, connectez-vous au site internet de l’Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire (IRSN) qui publie des notes d’informations régulières sur le sujet.




Comment fonctionne une centrale nucléaire ?

Le principe général de fonctionnement d'une centrale nucléaire est le même que celui d'une centrale thermique classique : il s'agit de produire de la vapeur d'eau pour faire tourner une turbine couplée à un alternateur qui fabrique de l'électricité. La différence réside dans la nature du combustible et la manière de produire cette vapeur d'eau. Dans une centrale classique, un combustible fossile est brûlé et la chaleur produite transforme de l'eau en vapeur d'eau. Dans une centrale nucléaire, le combustible est constitué de noyaux fissiles d'uranium (et éventuellement de plutonium). La réaction nucléaire consiste à casser ces noyaux, ce qui dégage de l'énergie utilisée pour produire de la vapeur d'eau.



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Quelles sont les particularités des réacteurs nucléaires japonais de Fukushima Dai-Ichi ?

Ces réacteurs sont des réacteurs à eau bouillante (REB). La centrale du site N°1 de Fukushima comprend six réacteurs de ce type. Ces réacteurs sont différents de ceux du parc français qui sont des réacteurs à eau pressurisée (REP). Pour ces deux types de réacteurs, les réactions de fission ont lieu en utilisant un combustible nucléaire, l'uranium enrichi (ou un mélange d'uranium plutonium), situé dans le cœur du réacteur.

Dans un REB l'eau est directement transformée en vapeur dans la cuve et envoyée dans la turbine qui produit l'électricité. L'eau, qui circule au travers des assemblages combustibles, entre en ébullition dans la partie haute du cœur et la vapeur produite va directement à la turbine pour se détendre, et se recondenser ensuite en eau. Il n'y a donc qu'un seul circuit. L'eau assure deux rôles, celui de caloporteur (elle évacue la chaleur et la transporte vers la turbine) et celui de modérateur (elle ralentit les neutrons et permet de contrôler la « réaction en chaîne »).

Dans un REP le transfert de la chaleur n'est pas direct : l'eau du circuit primaire échange sa chaleur avec un circuit d'eau secondaire dont l'eau vaporisée alimente la turbine.


smileseparator  ENCEINTE REB (type Fukushima 1) - Les enceintes REB sont équipées d’un système de suppression de pression : elles comportent un compartiment sec (Drywell) qui entoure la cuve du réacteur et qui communique par des barboteurs (tuyaux plongeurs) avec un compartiment humide (Wetwell, ici en forme de tore) qui est une piscine. En cas de rupture de tuyauterie vapeur sur la cuve, la surpression créée conduit la vapeur dans la piscine via les barboteurs. La vapeur se condense dans la piscine et limite donc l'excursion de pression. L'enceinte sèche est inertée (avec de l'azote) pour éviter toute réaction explosive avec l'hydrogène. La vapeur d'eau inerte également l'enceinte. Cette architecture permet de réduire notablement le dimensionnement de l'enceinte (11.000 m3 au total résistant à 4 bars), pour la résistance à l'excès de pression vapeur, en cas de brèche de tuyauterie. Des doubles vannes d'isolement (internes et externes) sont placées sur les tuyauteries vapeur et d'alimentation en eau, pour isoler complètement l'enceinte en cas d'accident.

ENCEINTE REB (type Fukushima 1) - Les enceintes REB sont équipées d’un système de suppression de pression : elles comportent un compartiment sec (Drywell) qui entoure la cuve du réacteur et qui communique par des barboteurs (tuyaux plongeurs) avec un compartiment humide (Wetwell, ici en forme de tore) qui est une piscine. En cas de rupture de tuyauterie vapeur sur la cuve, la surpression créée conduit la vapeur dans la piscine via les barboteurs. La vapeur se condense dans la piscine et limite donc l'excursion de pression. L'enceinte sèche est inertée (avec de l'azote) pour éviter toute réaction explosive avec l'hydrogène. La vapeur d'eau inerte également l'enceinte. Cette architecture permet de réduire notablement le dimensionnement de l'enceinte (11.000 m3 au total résistant à 4 bars), pour la résistance à l'excès de pression vapeur, en cas de brèche de tuyauterie. Des doubles vannes d'isolement (internes et externes) sont placées sur les tuyauteries vapeur et d'alimentation en eau, pour isoler complètement l'enceinte en cas d'accident.

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A quoi sert l'enceinte de confinement d'un réacteur ?

Comme les Français, les Japonais adoptent le principe des trois barrières de confinement pour leurs réacteurs. Dans les réacteurs de Fukushima, ces trois barrières sont :

  • la gaine en métal qui enveloppe le combustible,
  • la cuve métallique qui contient les assemblages combustibles-gaine (cœur du réacteur)
  • et l'enceinte de confinement constituée d'un liner métallique et d'une structure en béton

Dans un réacteur de type REB, le bâtiment réacteur ne constitue pas une barrière de confinement au sens de la sûreté. En cas d'accident grave et si le cœur fond, les gaines se dégradent (première barrière). Le corium, magma à très haute température qui résulte de la fusion des métaux présents avec le combustible, peut alors percer la cuve du réacteur et même progresser au travers du liner pour atteindre le béton de l'enceinte de confinement.

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Que sait-on du déroulement de l'accident survenu dans la centrale de Fukushima Dai-Ichi ?

Le scénario de l'accident a probablement été similaire pour les réacteurs 1, 2 et 3 de la centrale. Ils se sont arrêtés normalement et automatiquement dès les premières secousses du séisme. Mais ensuite, le tsunami d'une ampleur considérable a submergé les digues anti-tsunami puis endommagé les prises d'eau de refroidissement des centrales. Les circuits d'eau de réfrigération de secours étaient par conséquent indisponibles. La température de l'eau du cœur a progressivement augmenté ainsi que la pression dans la cuve du réacteur. A un certain moment, une partie des cœurs a été dénoyée, entraînant ainsi la dégradation des gaines du combustible ainsi que du combustible lui-même. Le contact entre la vapeur d'eau et le zircaloy (alliage de zirconium) constituant les gaines de combustible a entraîné une production d'hydrogène mêlée à la vapeur, accompagnée d'une montée en pression dans la cuve. Pour maintenir l'intégrité de la cuve du réacteur, l'opérateur a procédé :

  • à des relâchements contrôlés de la vapeur dans l'enceinte de confinement puis vers le hall de manutention qui couvre le bloc réacteur ;
  • à une compensation des pertes d'eau en noyant d'une part la cuve du réacteur pour limiter la dégradation du combustible et d'autre part l'enceinte de confinement pour refroidir l'ensemble.

L'hydrogène relâché dans le hall qui surplombe les enceintes de confinement a violemment réagi au contact de l'oxygène de l'air présent dans le bâtiment, produisant une explosion qui a détruit la partie supérieure du bâtiment.

Dans les semaines qui ont suivi l’accident, l’exploitant TEPCO a mené des analyses établissant que :

  • Le cœur du réacteur 1 a totalement fondu. Le corium ainsi formé a percé la cuve et a commencé à attaquer le béton de l'enceinte de confinement.
  • Les cœurs des réacteurs 2 et 3 ont subi une dégradation importante et ont partiellement fondu. Une part du corium ainsi formé a probablement atteint le fond de la cuve et même, peut-être, le béton de l’enceinte de confinement.

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Pourquoi s’inquiète-t-on des piscines d’entreposage des combustibles usés ?

Dans une centrale nucléaire, le combustible est renouvelé périodiquement. Son irradiation en réacteur conduit progressivement à la consommation de la matière fissile au fil du temps tout en produisant des produits de fission. Le combustible ainsi « usé » doit être remplacé par du combustible neuf afin de pouvoir entretenir la réaction nucléaire dans le cœur du réacteur.

Lorsqu’un nouveau combustible est chargé dans le réacteur, l’ancien combustible est entreposé temporairement dans des piscines de refroidissement situées à proximité, avant d’être envoyé dans une filière de gestion adaptée.

Pour les réacteurs de Fukushima (en particulier le n°4), le problème se situe aussi au niveau de ces piscines de stockage des combustibles usés, qui ont été endommagées.

Si la réaction en chaîne n'a plus lieu dans ces combustibles usés, en revanche ils contiennent des éléments très radioactifs qui ont été produits lors des réactions de fission, appelés « produits de fission ».

A Fukushima, des matériaux propulsés par les explosions des halls de réacteurs sont tombés dans ces piscines. Il semble qu’il n’y a pas eu de dégradation importante des combustibles en cours de refroidissement dans les piscines. En revanche, cela compliquera leur extraction et le démantèlement des piscines.

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A quoi correspondent les niveaux de gravité dans le classement des accidents nucléaires ?

Lorsqu'un incident ou un accident nucléaire survient, l'exploitant propose à son autorité de sûreté nucléaire (en France il s'agit de l'ASN) un classement sur l'échelle internationale des événements nucléaires (INES, de l'anglais International Nuclear Event Scale). Cette échelle compte sept niveaux notés de 1 à 7. Pour les incidents de niveau 1 à 2, les informations restent au niveau de l'autorité de sûreté du pays, qui valide le classement. Lorsque les accidents dépassent le niveau 2, l'autorité de sûreté doit en informer l'Agence internationale de l'énergie atomique (AIEA), afin qu'elle valide le classement sur l'échelle INES. Le classement dépend principalement du niveau de retombées radioactives dans l'environnement. Il s'agit d'examiner l'exposition des individus, qui se mesure en millisieverts par heure, ainsi que l'impact sur l'environnement, que l'on compte en Becquerels par grammes. Ensuite, l'on observe aussi la proportion de la population impactée, et la surface géographique touchée. Les critères définis au 1er juillet 2008 sont les suivants :

  • Nombre de décès ou de doses létales reçues (classement de niveau 6 au-delà de 10 individus)
  • Exposition supérieure à 1Sv (classement de niveau 6 au-delà de 100 individus)
  • Exposition supérieure à 100 mSv (classement de niveau 3 à 5 en fonction du nombre d'individus concernés)
  • Effet déterministe constaté ou potentiel au regard de la dose reçue
  • Exposition de travailleur(s) à une dose supérieure à la limite réglementaire annuelle ou d'un membre du public à une dose supérieure à 10mSv (classement de niveau 2 à 4 en fonction du nombre d'individus concernés)
  • Exposition de travailleur(s) à une dose supérieure au quart de la limite réglementaire annuelle ou d'un membre du public à une dose supérieure à la limite de la dose annuelle (classement de niveau 1 à 3 en fonction du nombre d'individus concernés)
Echelle INES - Classement des accidents nucléaires

L’accident de Fukushima-Daiichi a été classé au niveau 7 de l’échelle INES.

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Quelle augmentation de la radioactivité cet accident a-t-il entraînée?

Les relargages de radioactivité dans l'environnement au moment de l'accident ont été dus aux opérations de dépressurisation des enceintes des réacteurs. La dégradation des combustibles a entraîné la libération d'éléments hautement radioactifs qui se sont mêlés à la vapeur d'eau et ont été transférés à l'extérieur, occasionnant ainsi une augmentation de la radioactivité dans l'environnement. Cette contamination s'est ensuite disséminée dans l'atmosphère et s'est propagée en fonction des conditions météorologiques. Cette contamination a généré des niveaux de débit de dose atteignant 12 millisieverts/h à l'entrée du site de la centrale de Fukushima et jusqu'à 400 millisieverts/h à proximité du réacteur N°3.

Les opérations de remédiation engagées par le Japon (recouvrement des bâtiments réacteurs, refroidissement continu, pompage des eaux…) ont, depuis, permis de réduire considérablement ces rejets.

Début 2013, l’IRSN estimait que « de manière générale, de faibles rejets se poursuivent de manière continue dans l’atmosphère, de même que, très vraisemblablement, dans le sol et donc les eaux souterraines. »
En savoir plus sur les rejets radioactifs dans l’environnement suite à l’accident de Fukushima : consulter le site Internet de l’IRSN.

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Quelle est l'exposition des populations aux rayonnements ?

Dans la nature, la radioactivité est présente partout autour de nous. La dose moyenne naturelle reçue en France à Paris par un individu est de 2.5 millisieverts (mSv) par an. L'exposition supplémentaire aux sources artificielles d'irradiation (activités industrielles nucléaires, activités industrielles non nucléaires, irradiation médicales) est réglementée. La limite réglementaire de dose d'exposition est de 1 mSv par an par individu pour le public. Pour les travailleurs du nucléaire, cette limite réglementaire est de 20 mSv par an. Une exposition à une dose de 100 mSv/an peut être autorisée pour des interventions techniques d'urgence et de 300 mSv/an pour une intervention de secours à victimes. A Fukushima, une exposition de 250 mSv a été autorisée pour les interventions en cours. Les conséquences sanitaires des rayonnements dépendent de la dose absorbée. On la mesure en Gray. Un Gray est la dose d'énergie absorbée par un milieu homogène d'une masse d'un 1kg lorsqu'il est exposé à un rayonnement ionisant apportant une énergie d'un 1 joule. Cette unité est homogène au Sievert (1Gray=1Sievert) mais le Sievert tient compte dans son calcul de l'effet relatif du type de rayonnement considéré sur l'organe considéré, par rapport à un rayonnement de référence. Le Gray est une unité indépendante du type de rayonnement et de l'organe considéré. On distingue deux cas :

  • Au-delà d'un seuil de dose absorbée d'1 Gray, des effets déterministes apparaissent obligatoirement comme des brûlures ou une modification de la formule sanguine.
  • Au-delà de 15 Gray, en dose unique délivrée sur le corps entier, la dose est létale.

En dessous d'1 Gray, des effets aléatoires, comme des augmentations de probabilité d'apparition de certains cancers, peuvent survenir. Les effets dépendent de la dose, mais aussi de la sensibilité de chaque individu. A un niveau de 100 à 200 mSv, à l'appui d'études épidémiologiques et aussi des recherches scientifiques actuelles, on considère qu'il n'y a pas d'effets délétères sur la santé.

En ce qui concerne les conséquences de l'accident sur les populations japonaises, il faut distinguer le cas des travailleurs intervenant sur les centrales, de la situation des populations locales situées à proximité des centrales et qui ont été évacuées, et le reste de la population.


  • La situation des personnes qui interviennent dans les centrales ; on a mesuré des doses très élevées sur le site et elles ont dû être extrêmement élevées dans les bâtiments. L’exploitant japonais TEPCO publie chaque mois un bilan des doses reçues par les travailleurs du site de Fukushima. TEPCO annonce que, 6 travailleurs auraient reçu des doses supérieures à 250 mSv entre le 11 mars 2011 et le 31 décembre 2012. Sur la même période, TEPCO annonce que les doses moyennes reçues étaient de 24 mSv pour les salariés de TEPCO et de 10 mSv pour les salariés d’entreprises sous-traitantes.
  • La deuxième situation est celle des populations locales situées dans la dizaine de kilomètres qui entourent la centrale. La période principale de rejets radioactifs court du 11 au 25 mars 2011 et l’évacuation des populations a été achevée le 15 mars. Compte-tenu de ces rejets et selon les calculs retenus, des doses maximales de 10 à 50 mSv ont pu théoriquement être atteintes sur cette période, selon la zone concernée, dans un rayon de 50 km autour de la centrale.
  • La troisième situation concerne la population régionale soumise au passage d'un panache très large et moins concentré. Celle-ci a reçu des doses extrêmement faibles.

Plusieurs études épidémiologiques ont été lancées par les autorités japonaises, afin d’assurer un suivi de la population japonaise et des travailleurs de la centrale de Fukushima.

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Pourquoi parle-t-on plus de l'Iode 131 et du Césium 137 ?

Ces deux éléments sont parmi les principaux produits de fission que l'on surveille dans les relâchements de vapeurs radioactives rejetées par les réacteurs de Fukushima. L'iode 131 est le noyau radioactif le plus abondant dans les rejets. Le danger est qu'il se fixe sur la thyroïde. Il y a alors un risque de développer à terme un cancer de la thyroïde pour les personnes exposées. C'est pourquoi on fait ingérer aux populations avoisinantes de l'iode stable pour saturer la thyroïde et empêcher la fixation de l'iode en iode radioactif. La quantité d'iode présente dans l'environnement diminue de moitié tous les huit jours.

Le Césium 137 est un autre élément abondant et nocif dans les rejets. Il peut accroître le risque de développer des cancers digestifs ou pulmonaires ou des leucémies.

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Peut-on connaître les mesures de radioactivité en France métropolitaine et dans les DOM-TOM ?

La France dispose d’un réseau de surveillance de l’environnement qui permet de détecter instantanément en France métropolitaine ainsi que dans les départements et territoires d'outre-mer l’augmentation de la radioactivité dans l’air, et de mesurer avec un certain délai la composition des radionucléides dans l’atmosphère. Les mesures de radioactivité sont disponibles en temps réel sur le site de l’IRSN. D’autres mesures sont aussi disponibles pour connaître la radioactivité de l’environnement dans sa région au travers du site internet du réseau national de mesures de la radioactivité de l’environnement.

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