Savoir et comprendre

 

Présentation de la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi

 

Exploitée par Tokyo Electric Power Company (Tepco), la centrale de Fukushima Daiichi est constituée de six réacteurs à eau bouillante (REB), de conception américaine et construits dans les années 1970, d'une puissance électrique comprise entre 460 et 1100 mégawatts.

 

Les réacteurs à eau bouillante se distinguent des réacteurs à eau sous pression (REP) exploités par EDF en France sur 2 points majeurs :

• l'enceinte de confinement : Elle est bien plus petite dans le cas des REB, ce qui rend la montée en pression dans l'enceinte plus rapide. Elle est composée de deux éléments : le ​drywell (en forme d'ampoule) qui abrite la cuve du réacteur, et le ​wetwell​ (en forme de tore) qui contient de l'eau sur la moitié de sa hauteur.
• le système de refroidissement : dans les REB, la vapeur Dans les REB, la vapeur générée par le refroidissement du cœur du réacteur est directement envoyée à la turbine. Dans les REP, il existe un circuit intermédiaire: le circuit d’eau refroidissant le réacteur se refroidit lui-même en transférant sa chaleur à un circuit secondaire d’eau qui met en mouvement la turbine.

 

Schéma général d'un réacteur à eau bouillante (REB)

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Source : Vidéo L'analyse de l'IRSN du déroulement de l'accident de Fukishima Daiichi. Jean-Yves Pipaud/Patrick Barra/Epsim/Médiathèque IRSN. 2012.

Le scénario de l'accident expliqué

 

11 mars 2011 - 14h46 (heure locale)

 

Les réacteurs n°1, 2 et 3 sont en fonctionnement à pleine puissance. Le réacteur n°4 est à l'arrêt et son coeur est déchargé dans la piscine de désactivation. Les réacteurs n°5 et 6 sont à l’arrêt pour maintenance.

 

Le séisme entraîne la perte des alimentations électriques externes du site. Les 3 réacteurs en fonctionnement s'arrêtent automatiquement par insertion des grappes de commande dans les coeurs, étouffant la réaction de fission par absorption des neutrons. Les groupes électrogènes de secours à moteur diesel démarrent pour faire fonctionner les pompes de refroidissement et assurer l'évacuation de la puissance résiduelle des réacteurs.​

 

11 mars 2011 - 15h41

 

Moins d'une heure après le séisme, un tsunami survient : les installations du site sont submergées par des vagues successives. La plus dévastatrice, d'une hauteur de 14 à 15 mètres, est supérieure de près de 10 mètres à la hauteur de la digue de protection du site.

 

Les stations de pompage des 6 réacteurs, dont la plateforme est située à 4 mètres au-dessus du niveau de la mer, sont fortement endommagées et les pompes de refroidissement des installations de la centrale sont noyées, privant les réacteurs et les piscines de désactivation de leurs sources normales de refroidissement. L'eau pénètre ensuite dans les bâtiments des îlots nucléaires (plateforme située à 10 mètres de hauteur), entraînant la perte des groupes électrogènes de secours et des tableaux électriques.

 

Seul le groupe électrogène du réacteur n°6 refroidi à l’air a pu être utilisé durablement, en alternance pour le réacteur n°5 et pour le réacteur n°6. Tous les autres réacteurs du site se sont retrouvés à la fois dans une situation de perte totale des sources électriques et de perte totale de la source froide.

 

Les batteries du réacteur n°3 sont toutefois restées opérationnelles après le tsunami. En revanche, les salles de commande des réacteurs n°1 et n°2 se sont trouvées privées d’éclairage ; la perte de leurs batteries a également entraîné la perte d’indications précieuses sur l’état des installations, en particulier l’état de fonctionnement de certains systèmes.

 

Enfin, la perte des sources électriques a conduit à la perte d’un grand nombre des moyens de télécommunication prévus pour l’information des équipes de crise.

 

Sans moyens de refroidissement, les crayons de combustible nucléaire contenus dans le coeur des réacteurs commencent à surchauffer puis à fondre. Cette fusion produit différents gaz, dont de l'hydrogène, et augmente la pression dans la cuve du réacteur et dans l'enceinte de confinement. Pour faire baisser cette pression, des éventages sont réalisés, éventages qui entrainent des rejets radioactifs dans l'atmosphère.

 

Représentation schématique de l'inondation de la centrale de Fukushima Daiichi par le tsunami le 11 mars 2011

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Source : Vidéo L'analyse de l'IRSN du déroulement de l'accident de la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi. Jean-Yves Pipaud/Patrick Barra/Epsim/Mediatheque IRSN. 2012.

 

​Réacteur n°1

 

Pour refroidir le coeur du réacteur, de l'eau douce est injectée dans le circuit primaire à partir du 12 mars au matin. Lorsque les ressources en eau douce sont épuisées peu avant 15 heures, l'injection d'eau de mer est décidée. ​Elle débute le 12 mars à 19h04. A partir de 20h45, de l'acide borique est ajoutée à l'eau de mer afin d'écarter le risque de criticité (déclenchement incontrôlé d'une réaction de fission en chaîne).

 

Face à la montée de la pression dans l'enceinte (drywell), un éventage est ordonné le 12 mars à 0h06. Mais compte-tenu de nombreuses difficultés techniques, il n'a lieu qu'à 14h30. A 15h36, une explosion a lieu dans la partie haute du réacteur n°1, sans doute due à l'hydrogène.

 

Réacteur n°2

 

Les systèmes de refroidissement de secours (RCIC) prévus à la conception pour refroidir le coeur du réacteur sont mis en service manuellement après le séisme. Ils vont fonctionner pendant environ 3 jours jusqu'au 14 mars à 14h25.

 

Cependant, dès le 13 mars à 12 heures, il n'y a plus d'eau douce d'appoint disponible. Les opérateurs se préparent alors à injecter de l'eau de mer en utilisant des moyens incendie. Mais​ l'explosion sur le réacteur n°3 le 14 mars à 11h01 va détruire ces moyens. L'injection d'eau de mer sera finalement effective le 14 mars à 19h54.

 

Compte tenu du manque d'eau, le début de fusion du coeur du réacteur n°2 se serait produit le 14 mars, générant le relâchement d’une quantité importante d’hydrogène et de produits de fission dans la cuve puis dans l’enceinte de confinement. De multiples difficultés techniques empêchent la réalisation d'éventages. Le 15 mars au matin, le niveau élevé de pression crée une brèche, avec des rejets importants de radionucléides.

 

Réacteur n°3

 

Comme sur le réacteur n°2, les systèmes de refroidissement de secours (RCIC) sont mis en service manuellement après le séisme. Cependant, ils s'arrêtent le 12 mars à 11h36. Un autre système de secours (HPCI) démarre automatiquement le 12 mars à 12h35, et fonctionne jusqu'au 13 mars à 2h42. A partir de ce moment, le coeur n'est plus refroidi. Il restera sans refroidissement jusque 9h25 et l'injection d'eau de mer.

 

Comme sur le réacteur n°2, de multiples difficultés techniques perturbent la réalisation d'éventages. Le 14 mars à 11h01, une explosion a lieu dans la partie haute du bâtiment, affectant significativement sa structure.

 

La piscine d’entreposage de combustibles usés du réacteur n°3 suscite également des inquiétudes. La perte des sources électriques et de la source froide conduisent en effet à une augmentation de la température de l'eau de la piscine, et donc à son évaporation. Le 17 mars, de l’eau de mer est larguée par hélicoptère dans la piscine (à l'air depuis l'explosion du 14 mars), avec peu de succès. Le lendemain, des moyens anti-incendie sont utilisés pour compenser l’évaporation.

 

Réacteur n°4

 

Le réacteur est à l'arrêt mais il est là aussi nécessaire de maintenir le refroidissement de la piscine de désactivation, qui contient l'équivalent de trois coeurs.

 

Le 15 mars, plusieurs incendies et explosions se produisent dans le bâtiment réacteur et le hall de la piscine du réacteur n°4, provoquant des dégâts structurels importants. Ils seraient dûs à des gaz provenant du réacteur n°3 par une tuyauterie de ventilation commune.

 

Des appoints en eau significatifs à la piscine du réacteur n°4 sont réalisés grâce à des lances à incendie à partir du 20 mars puis, à partir du 22 mars, par un camion disposant d’une « pompe à béton » permettant l’injection d’eau à l’aide d’un bras articulé.

 

Réacteurs n° 5 et 6

 

D’une construction plus récente et situés à une dizaine de mètres au-dessus du niveau d’implantation des quatre autres réacteurs, les réacteurs n°5 et 6 ont mieux résisté aux événements.

 

Un des quatre générateurs électriques du réacteur n°6 a permis de refroidir les piscines d’entreposage des combustibles usés des réacteurs 5 et 6 (ceux-ci étaient à l’arrêt). Après l’explosion sur le réacteur n°4, des ouvertures ont été effectuées dans le bardage des halls des piscines 5 et 6 pour favoriser l’évacuation de l’hydrogène.