L’accident nucléaire de Fukushima – Daiichi

L’accident de la centrane nucléaire de Fukushima Daiichi a été le second accident nucléaire le plus grave de l’histoire, après l’accident de Tchernobyl. C’est le seul autre accident classé au niveau 7 de l’échelle INES. Il s’est produit suite au séisme le plus puissant de l’histoire du Japon, suivi par un tsunami ayant tué des dizaines de milliers de personnes. Il a causé la perte des circuits de refroidissement et, à terme, la fusion de 3 réacteurs, qui ont relaché plusieurs centaines de PBq dans l’air et dans l’eau. Toutefois, sur le plan sanitaire, outre une cinquantaine de décès liés à l’évacuation, l’accident lui-même n’aurait pas fait de victime. C’est sur le plan économique et social qu’a été le vrai dommage, avec l’éviction de 118 000 personnes et l’interdiction de plusieurs centaines de km².



Présentation de la centrale de Fukushima Daiichi

La centrale nucléaire de Fulushima Daichi était composée de 6 réacteurs à eau bouillante d’une puissance de 460 à 1100 MWe. Contrairement aux réacteurs à eau sous pression, l’eau de refroidissement est directement envoyée, quand elle se transforme en vapeur, vers la turbine. L’une de leurs caractéristiques est la présence d’une structure en forme de tore (= donut) en bas du réacteur, qui accueille de l’eau froide.

Les réacteurs avaient des systèmes de refroidissement d’urgence pouvant fonctionner sans électricité extérieure:

• Les réacteurs 2 et 3 utilisent deux turbopompes (RCIC, pour Reactor Core Isolation Cooling System),et HPCI, pour High Pressure Coolant Injection System) actionnée par la vapeur qui l’envoie dans un réservoir d’eau froide, où elle se refroidit avant d’être renvoyée dans le réacteur.
• Dans le réacteur 1, un échangeur de chaleur situé en hauteur accueille la vapeur, la fait se condenser et refroidir, et la laisse redescendre vers le réacteur. Elle permet le refroidissement du réservoir pendant 10h.

Enfin, il faut noter la présence de piscine accueillant le combustible usé au dessus du réacteur.

Elle était exploitée par la Tokyo Electric Power Company (Tepco).

Déroulement de l’accident nucléaire de Fukushima

Le 11 mars 2011, seuls les réacteurs n°1, 2 et 3 fonctionnent. Les n°4, n°5 et 6 étaient à l’arrêt. Un séisme de magnitude 9, le maximum sur l’échelle de Richter et le plus puissant de l’histoire du Japon, se produit à 80km au large de l’île de Honshu (Japon) et à 180km de Fukushima. Il déclencha un tsunami qui déferle sur le Japon, atteignant jusqu’à 10km à l’intérieur des terres et causant au final plusieurs milliers de morts.

14h46: le séisme

Tout d’abord, c’est le séisme qui frappe. Il cause la perte des alimentation électriques externes du site. Automatiquement, les 3 réacteurs en fonctionnement s’arrêtent, les barres de modérateurs s’insérant dans les coeurs et étouffant la réaction en chaîne.

Des groupes électrogènes de secours sont lancés pour faire fonctionner les pompes de refroidissement et permettre d’évacuer la puissance résiduelle des réacteurs. Les opérateurs ferment et ouvrent temporairement les vannes vers l’échangeur de chaleur du réacteur 1 pour agir sur la pression.

15h41 : l’arrivée du tsunami

Moins d’une heure après, le tsunami arrive: des vagues successives de plus de 10 mètres s’écrasent sur la digue de protection du site et noient les installations. La plupart des groupes électrogènes sont mis hors service, de même que de nombreux moyens de communication. Les opérateurs n’arrivent pas à remettre en service l’échangeur de chaleur du réacteur 1. Les batteries des unités 1 et 2 ont également été inondées. Celle de l’unité 3 leur permit d’avoir du courant pendant 30 heures.

Les salles de contrôle perdent toute information, tout monitoring. Ont notamment été éteintes 23 des 24 stations de surveillance des radiations. On ne savait alors pas que l’échangeur de chaleur (IC, Isolation Condenser) était fermé. Certains reviendront, notamment pour informer sur le niveau d’eau, mais leur mesures se révélèrent erronées.

Globalement, le refroidissement a duré 76h pour l’unité 2 et 43h pour l’unité 3. Pour l’unité 1, l’arrivée du tsunami a sonné le glas très vite: le refroidissement a laché et le coeur a commencé à s’endommager 3 heures après.

La fusion des coeurs

Des équipes ont travaillé à refroidir et stabiliser les 3 coeurs dans un premier temps en injectant de l’eau douce, puis en pompant de l’eau de mer.

La première opération a visé le réacteur 1 et a commencé à 5h46 le 12 mars au matin à l’aide d’un camion de pompier. On ne savait pas qu’il avait commencé à fondre 3h à peine après le passage du tsunami. A 14h53, les capacités d’eau douce sont épuisées et on décide d’injecter de l’eau de mer, ce qu’on commence à 19h04. On y ajoute de l’acide borique.

Le RCIC du second réacteur fonctionne bien pendant plusieurs jours. Le 13 mars à 12h, on injecte en plus de l’eau de mer, au cas où. L’eau de mer venait d’une fosse d’entretien, qui avait été remplie par le tsunami. Or, le toit du réacteur 3 est soufflé par une explosion (on suppose) d’hydrogène le 14 à 11h01. Des débris tombent dans la fosse et endommagent les pompes et tuyaux d’incendie. Le RCIC tombe en panne à 13h25. Divers problèmes empêchent de reprendre l’opération jusqu’à 19h57. Dès 17h30, le réacteur avait déjà été mis à nu et fondu.

S’agissant du 3e réacteur, le RCIC fonctionne bien jusqu’au 12 mars 11h36 sans raison apparente. A 12h35, le HPCI prend le relai automatiquement. Ayant (de nouveau) perdu la visibilité sur le niveau d’eau, les opérateurs estiment que l’injection ar les pompes à incendie serait plus stable et choisissent d’arrêter le HPCI (oui j’ai pas trop compris non plus) à 2h42 le 13 mars, mais l’information est mal transmise à la cellule de crise. Néanmoins, la pression dans la cuve est trop forte pour la pompe à incendie. Les informations sont mal transmises et ce n’est qu’à 5h08 que le surintendant réalise la perte de refroidissement des réacteurs. Ils utilisent des batteries de voiture pour ouvrir la soupape de décompresssion et ce n’est qu’à 9h25 que l’injection peut reprendre d’abord avec de l’eau douce, puis de l’eau de mer. Après coup, on a calculé que le haut du réacteur avait été atteint dès 1h du matin, avait commencé à fondre vers 6h et que le coeur était découvert à 9h30.

Les réacteurs ont enfin atteint un stade d’arrêt froid en décembre 2011.



s réacteurs ont fondu, formant un corium qui a percé le réacteur et coulé au fond de l’enceinte de confinement. Encore aujourd’hui, on ne connait pas exactement l’étendue des dommages à ce niveau.

L’éventage

Un autre problème a été l’éventage.

Sans refroidissement, les crayons de combustible commencent à surchauffer et même à fondre, augmentant la pression dans les cuves. Lorsque la pression dans l’enceinte du réacteur est trop élevée, une soupape envoie le gaz dans l’eau du tore, où une partie des gaz radioactifs sont captés, et ensuite le libérer. Pour les réacteurs 1 et 3, cela a pu se faire.

Pour le réacteur 2, toutefois, il n’a pas été possible d’éventer pour diverses raisons. Il en résulta une pression beaucoup plus importante, qui est potentiellement (si j’ai bien compris) lié à l’arrêt du RCIC le 13 mars à 13h25. L’eau dans le tore était en effet montée à 150°C et 4.9 bars. La pression ne diminuant pas, d’importantes fuites se produisirent, permettant à des gaz non filtrés de s’échapper.

Les explosions d’hydrogène

Les gaines en zirconium s’oxydent à partir de 1200°C. Cela crée beaucoup de chaleur et génère du dihydrogène. Ce gaz est particulièrement problématique, puisqu’il peut s’échapper en dehors des chemins prévus si la pression est trop forte (et si les équipements sont défaillants). C’est ce qu’il s’est produit et il a pu atteindre le haut du bâtiment réacteur où, réagissant avec l’air, il a fait exploser le toit d’abord du réacteur 1 le 12 mars à 15h36, puis du réacteur 3 le 14 mars 11h01. Vers 20h, une troisième explosion semble se produire (ce n’est pas confirmé) à l’intérieur du réacteur 2. Enfin, le lendemain, le toit de l’unité 4 est aussi soufflé par une explosion à 6h, probablement causée par des gaz venant d’une voie de ventilation partagée avec le réacteur 3.



L’évacuation

A 20h50 le jour du tsunami, la préfecture ordonna l’évacuation des personnes dans un rayon de 2km, puis à 21h23, le premier ministre l’étendit à 3km et à 10km le lendemain, à 5h44. A 18h25, sans doute à cause de la première explosion d’hydrogène, il étendit l’évacuation à 20km. Cela concernait 78 000 personnes. Entre 20 et 30km, il y avait évacuation en cas d’exposition supérieure à 20 mSv/an. Une zone au nord ouest, particulièrement touchée par les retombées radioactives, a également été l’objet d’une zone d’évacuation volontaire.

Au total, 118 000 personnes ont été évacuées. (UNSCEAR 2021, p.193)

Retombées après l’accident



Il y a eu d’autres tremblements de terre: le 7 avril (magnitude 7.1), le 11 avril (magnitude 7.1) et le 12 avril (magnitude 6.3), sans ajouter de problèmes.

Les piscines

Au dessus des réacteurs se trouvent une piscine avec du combustible usagé. Ce dernier libère toutefois encore de la chaleur, il fallait donc qu’elles soient refroidies.

Retirer le combustible fut l’un des enjeux les années suivantes. La plus grande peur était qu’un autre événement vienne endommager davantage la piscine du réacteur 4. L’entrée en fusion des 264 tonnes du combustibles aurait des conséquences dramatiques. Le transfert des rreres a commencé le 18 novembre 2013 et se sont terminées en décembre 2014.

Panaches radioactifs

En se détériorant, les réacteurs libèrent des gaz chargés de matières radioacctives, comme le césium 137 et l’iode 131. Le premier panache est emmené vers le pacifique. Le 15 à 7h, un nouveau panache est, cette fois, emmené vers Tokyo, puis d’autres émissions, vers 18h, vont vers le Nord-Ouest au même moment où il pleut. Chariées vers le sol par les gouttes d’eau, les composés radioactifs vont contaminer lourdement cette zone qui, s’étendant à plus de 30km de la centrale, sera tout de même une zone interdite. D’autres panaches vont se succéder jusqu’au 25 mars. La plupart sont emmenés vers le Pacifique, mais un autre touche de nouveau Tokyo le 21 mars.

Globalement les panaches auraient libéré entre 100 et 500 PBq d’iode 131 et entre 6 et 20 PBq de césium 137. L’essentiel des émissions se sont produites à la fin du mois de mars 2011.

Contamination marine

L’eau a d’abord été condaminée par les retombées radioactive, puis par des fuites d’eau radioactive. En effet, lors du refroidissement des réacteurs, beaucoup d’eau est utilisée et doit être évacuée, tout en étant chargée de radioactivité. L’exploitant tente de retenir l’eau contaminée, mais une partie s’échappe dans l’océan. Il faut aussi parfois faire de la place et Tepco du relacher 10400m3 d’eau contaminée, représentant 0.15TBq entre le 4 et 10 avril pour faire de la place pour de l’eau plus contaminée.

D’autres réservoirs sont construits. L’opération continue sur plusieurs années et plusieurs centaines tonnes d’eau contaminé sont recueillies chaque jour. En 2017, plus de 960 000 tonnes d’eau contaminée étaient stockées. Pour éviter d’autres rejets, deux usines de traitement codéveloppées par Areva et Veolia sont installées et ont efficacement décontaminé l’eau, qui devait néanmoins rester stockée.

Le 19 aout 2013, une fuite de 330 tonnes d’eau contaminée causée par l’ouverture d’une valve avait été identifiée. L’incident a été classé au niveau 3 de l’échelle INES. En avril 2021, le gouvernement japonais a validé le rejet progressif sur 30 ans des eaux retraitées en mer à partir de 2023.

Le rapport de l’UNSCEAR (2021, p.32) estime les contaminations marines suivantes:

• Les émissions liées à l’événément initial à 60-100 PBq d’iode 131, 5-100 PBq de césium 134 et 137.
• Par la suite, 60TBq de césium 137 auraient été émis, essentiellement par les eaux souterraines du site (alimentées par le refroidissement ?). Des mesures ayant été prises en octobre 2015 pour les stopper, elles diminuèrent à 0.5TBq par an.
• Enfin les cours d’eau auraient ramené 5-10 TBq dans l’océan par an.

S’agissant du tritium, je n’ai pas trouvé de mention. Selon Kaizer et al. (2018), cité par l’UNSCEAR, 0.7PBq en auraient été libérés dans l’océan pacifique.

L’alimentation

Le 21 mars 2011, le gouvernement japonais interdit la vente de lait cru et d’épinards cultivés dans les environs de la préfecture de Fukushima. Idem pour les brocolis et produits frais

Le gouvernement japonais a rendu plus exigente les règles en mars 2011 et avril 2012:

UNSCEAR 2021, p.40

Le Codex Alimentarius, la norme internationale, recommande 1000Bq/kg.

Quelles causes ?

L’une des causes importantes a été le manque de préparation de TEPCO et de ses équipes.

TEPCO déclarait en 2012 s’être abstenu de réaliser certaines mesures qu’il avait prévu par peur que celles-ci augmentent « l’anxiété publique et renforcent les mouvements anti-nucléaires » en laissant penser qu’elles impliquait qu’il y avait un problèmede sécurité.

Notez que la centrale d’Onagawa, pourtant la plus proche de l’épicentre, a été « remarquablement indemne« .

Conséquences de long terme de l’accident de Fukushima

Globalement l’événement aurait libéré 570 PBq (iode 131- équivalent), soit un peu plus de 10% de ce qu’a libéré Tchernobyl. L’essentiel des émissions se sont produites à la fin du mois de mars 2011.

Le bilan humain

Selon le rapport de l’UNSCEAR (2021), la dose effective reçue sur la première année après l’accident par les habitants des zones dont l’évacuation n’était pas obligatoires à un maximum de 5.3 mSv, pour une préfecture au nord-ouest de la centrale. Le reste a des expositions très inférieures. En 2021, les doses effectives ont encore diminué, pour moins de 0.5mSv dans les zones non évacuées de la préfecture. Parmi les personnes évacuées, les doses ont été également très réduites: de l’ordre de 0.2 à 8 mSv. De hautes doses ne se sont pas produites en raison de l’évacuation.

Les 20 000 ouvriers ayant travaillé sur le site entre mars 2011 et 2012 ont reçu en moyenne 13mSv. On estime néanmoins que 0.8% ont subi plus de 100mSv de radiations. Cela a largement décru ensuite et aucun ouvrier n’a reçu de dose effective supérieure à 50mSv depuis avril 2013.

Au final, les radiations ne semblent pas avoir eu d’effet sanitaire : ni augmentation des cancers de la thyroïde ou du sein, leucémie, avortement ou autre conséquence liée à des radiations. Notez qu’une augmentation identifiée des cancers de la thyroïde a été observée chez les enfants, mais les experts ont estimé qu’elle résulterait de l’attention particulière y étant accordée. A fortiori, aucun décès n’est imputé aux radiations.

Cela contredit le premier avis de l’OMS, qui avait estimé en 2013 que les radiations aboutirait, chez les femmes exposées enfants dans les zones les plus contaminées, à des augmentations des cancers solides (4%), du cancer du sein (6%), du cancer de la thyroïde (70%) et, pour les hommes, de leucémie (7%).

L’évacuation a, par contre, eu des effets négatifs. D’abord, elle a causé la mort d’une cinquantaine de personnes agées à la suite de leur évacuation. Ensuite, par l’impact sur le mode de vie des populations, elle peut avoir généré une augmentation dans l’incidence de problèmes cardiovasculaires et métaboliques.

Le bilan écologique

On a observé que 41% des poissons péchés au large dépassaient la limite sanitaire fixée par le gouvernement japonais (100Bq/kg) dans l’année après l’accident. Ils n’étaient plus que 17% en 2012 et 0.05% en 2015. (UNSCEAR 2021) Les niveaux de radionuclides présents dans les produits alimentaires cultivés dans la région on rapidement décliné et, après 2015, aucun échantillon n’aurait dépassé les limites fixées par le gouvernement. Ce serait le cas de seulement quelques pourcents d’animaux ou végétaux sauvages. S’agissant des limites fixées par le Codex Alimentarius, les produits agricoles ne les dépassaient déjà pas en 2012.

S’agissant de l’effet sur la vie sauvage, l’UNSCEAR estime que, si des effets négatifs sur des individus est possible, il n’y aurait pas eu de dommage à grande échelle.

Apprentissages: quoi retenir pour la sûreté nucléaire ?

L’accident de Fukushima a appris que :

• Monitorer précisément l’exposition des employés au moment de la catastrophe aurait permis des mesures plus précises. L’UNSCEAR a dû se reposer sur des modèles.

• IRSN, Récapitulatif approfondi de l’accident => La dernière vidéo est particulièrement approfondie
• Le dossier complet (en anglais) : https://world-nuclear.org/information-library/safety-and-security/safety-of-plants/fukushima-daiichi-accident.aspx
• UNSCEAR 2021, Fukushima Daiichi Nuclear Power Station Accident, https://www.unscear.org/unscear/en/areas-of-work/fukushima.html
• Kaizer, J., M. Aoyama, Y. Kumamoto et al. Tritium and radiocarbon in the western North Pacific waters: post-Fukushima situation. J Environ Radioact 184-185: 83-94 (2018), https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2018.01.015
• Un bon article de presse nationale sur le rejet de tritium en 2022: https://www.20minutes.fr/planete/3236079-20220215-fukushima-rejets-centrale-nucleaire-devastee-goutte-eau-radioactive-ocean
• Article sur les conséquences sur l’agriculture: https://revue-sesame-inrae.fr/japon-une-agriculture-quoi-quil-en-coute/
• Voix du nucléaire, 17 réalités méconnues sur l’accident nucléaire de Fukushima, https://www.voix-du-nucleaire.org/17-realites-meconnues-sur-laccident-nucleaire-de-fukushima/