Accident à la centrale de Fukushima : questions clefs
Mis à jour en septembre 2011
AU SOMMAIRE DE CE QUESTIONS-RÉPONSES
- Comment fonctionne une centrale nucléaire ?
- Quelles sont les particularités des réacteurs nucléaires japonais ?
- A quoi sert l'enceinte de confinement d'un réacteur ?
- Que sait-on du déroulement de l'accident survenu dans la centrale de Fukushima Dai-Ichi ?
- Quelle augmentation de la radioactivité cet accident a-t-il entraîné ?
- A quoi correspondent les niveaux de gravité dans le classement des accidents nucléaires ?
- Quelle est l'exposition des populations aux rayonnements ?
- Comment se protège-t-on de la radioactivité ?
- Que faut-il savoir sur le plutonium ?
- Peut-on connaître les mesures de radioactivité en France métropolitaine et dans les DOM-TOM ?
Pour en savoir plus :
Lire notre dossier thématique sur Le fonctionnement d'un réacteur nucléaire
Et plus particulièrement le chapitre Les différents types de réacteurs.
© 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.
Pour connaitre l'état des installations nucléaires au Japon 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 utilisent 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. Pour en savoir plus sur les combustibles utilisés, consulter la page : Le cycle du combustible. 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 caloportreur et celui de modérateur. 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.
ENCEINTE REB (type Fukushima 1) - Les enceintes REB sont basées sur le principe 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 explosion avec l'hydrogène. La vapeur d'eau inerte également l'enceinte. Cette architecture permet de réduire notablement le dimensionnement de l'enceinte (11.3000 m3 au total résistant à 4bars), 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 alimentaire, 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 du 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 ce type de réacteur, les REB, le bâtiment réacteur ne constitue pas une barrière de confinement au sens de la sûreté. Lorsque 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 progresser au travers du liner et du béton de l'enceinte de confinement. Pour les réacteurs de Fukushima (dont le 4), le problème se situe aussi au niveau des piscines de stockage des combustibles usés. La réaction en chaîne n'a plus lieu dans ces combustibles usés. En revanche, les combustibles usés contiennent des éléments qui ont été produits lors des réactions de fission appelés « produits de fission ». Ces piscines sont séparées du cœur du réacteur. Les assemblages de combustibles usés (gaine plus combustibles) y sont stockés pour y être refroidis avant d'être envoyés dans la filière de gestion adaptée.
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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 noyé 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 zircalloy constituant les gaines de combustible a entraîné une production d'hydrogène mêlé à la vapeur. 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 afin de limiter la dégradation du combustible et d'autre part l'enceinte de confinement pour refroidir l'ensemble.
Le relâchement de vapeur et d'hydrogène dans le hall qui surplombe les enceintes de confinement a conduit à une explosion d'hydrogène détruisant la partie supérieure du bâtiment.
Quelle augmentation de la radioactivité cet accident a-t-il entraîné ?
Pour en savoir plus :
Consulter l'animation sur La pénétration des rayonnements dans la matière
Consulter l'animation sur Le Sievert
Pour l'instant, à notre connaissance, les cœurs des différents réacteurs ont tous été endommagés à des niveaux différents. Les dernières informations indiquent que les enceintes de confinement seraient demeurées intactes. Les relargages de radioactivité dans l'environnement pourraient être seulement dus aux opérations de dépressurisation et à l'évaporation des piscines de refroidissement des combustibles usés. 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 est ensuite disséminée dans l'atmosphère et se propage 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.
A quoi correspondent les niveaux de gravité dans le classement des accidents nucléaires ?
Pour en savoir plus :
La mesure de la radioactivité, consulter nos animations : Le Sievert et le Becquerel
Télécharger le document de l'ASN sur L'échelle internationale de classement des événements nucléaires (INES), (format pdf)
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)
Dans le cas japonais, l'entreprise Tepco a proposé initialement à l'autorité de sûreté japonaise un classement au niveau 4 qui correspond à un accident n'impliquant pas de risque important à l'extérieur du site, samedi. Le président de l'Autorité de Sûreté Nucléaire française a estimé qu'il s'agissait d'un incident de niveau 6 impliquant un risque majeur à l'extérieur du site. Ce sera l'AIEA qui se prononcera sur le classement définitif de l'accident lorsque tous les éléments seront en sa possession.
Sources : CEA - Olivier Dressler pour Lemonde.fr / ASN
Quelle est l'exposition des populations aux rayonnements ?
Pour en savoir plus :
Consulter notre dossier : L'homme et le rayonnement
Consulter : la simulation de la dispersion des rejets radioactifs, réalisée et mise à jour régulièrement par l'IRSN.
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 faudra distinguer le cas des travailleurs intervenant sur les centrales, des populations locales situées à proximité des centrales et qui ont été évacuées et le reste de la population. De source IRSN : « A l'heure actuelle, nous n'avons pas d'informations précises via les autorités japonaises ; nous ne pouvons faire que des pronostics à la lumière de la connaissance acquise par les scientifiques sur les rejets depuis l'accident de Tchernobyl.
On peut faire des pronostics pour 3 situations :
- La situation des personnes qui interviennent dans les centrales ; on mesure des doses très élevées sur le site et elles doivent être extrêmement élevées dans les bâtiments. Si ces personnes reçoivent des doses supérieures à 1 Gray, la moelle osseuse est atteinte, le taux de cellules sanguines diminue. Une telle dose reçue impose des traitements dans un hôpital. Elles risquent leur vie.
- La deuxième situation est celle des populations locales situées dans la dizaine de kilomètres qui entourent la centrale. Pour celles-ci, il n'y aura pas de symptômes immédiats mais une augmentation du risque de développer des cancers selon l'exposition et le type de particules émises.
- La troisième situation concerne la population régionale soumise au passage d'un panache très large et moins concentré. Celle-ci reçoit pour le moment des doses extrêmement faibles.
Pourquoi parle-t-on plus du Césium 137 et de l'Iode 131 ?
Pour en savoir plus :
Consulter notre dossier : Le plutonium
La fiche "Radionucléide, plutonium et environnement" proposée par l'IRSN (format pdf)
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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Que faut-il savoir sur le plutonium ?
Le plutonium est un élément chimique de nombre atomique 94. Il a été obtenu artificiellement pour la première fois par l'équipe de Glenn Theodore Seaborg à l'université de Berkeley (Californie), en décembre 1940. Il existe quinze isotopes connus du plutonium (Pu), de masse allant de 232 à 246. Ils sont tous " radioactifs ". Les plus souvent cités sont les 238Pu, 239Pu, 240Pu, 241Pu, 242Pu. Le plus abondant des isotopes du plutonium dans les combustibles irradiés des réacteurs électrogènes actuel est le Pu239, qui comme l'uranium 235 est fissile. Il possède une capacité énergétique importante. Une caractéristique qui a conduit à son utilisation dans la fabrication des combustibles Mox.
Peut-on connaître les mesures de radioactivité en France métropolitaine et dans les DOM-TOM ?
Pour en savoir plus :
Portail de la mesure de la radioactivité dans l'environnement - site IRSN
Portail du Réseau national de mesures de la radioactivité de l'environnement - site ASN / IRSN
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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Liens utiles :
- Le portail de IRSN - Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire
- Le portail de l'ASN - Autorité de Sûreté Nucléaire