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Fukushima : Piscine N°4



Un manque de refroidissement des combustibles usés

Piscine d’entreposage des combustibles usés à Fukushima
Une des piscines d’entreposage de Fukushima avant l’accident. La piscine est située à proximité du réacteur, pour permettre le transfert sous eau des combustibles usés quand ils sont sortis du cœur. La piscine est profonde de 12 mètres. Les assemblages de combustibles sont placés au fond dans des paniers ou casiers. Leur hauteur étant de 4 m, leur partie supérieure est surmontée de 8 mètres d’eau. La fonction de l’eau est double : évacuer la chaleur qui continue d’être émise par les assemblages ; assurer la radioprotection en absorbant les rayons gamma émis.
New York Times : Tomohiro Ohsumi - XAQUÍN G.V., BILL MARSH and GRAHAM ROBERTS

Naïvement, il semble qu'il faille se préoccuper en premier lieu des accidents de réacteurs en marche. On imagine plus difficilement des accidents arrivant à l’arrêt. On a encore plus de mal à imaginer, qu’ils puissent survenir au sein ces véritables étables pour chevaux de retour que sont les piscines où sont entreposés les combustibles usés des réacteurs. C’est pourtant ce qui est arrivé avec le réacteur N°4 de Fukushima, à partir du 15 mars 2011 et dans les jours qui suivirent.

Le niveau de l’eau dans la piscine de ce réacteur a beaucoup baissé soit par évaporation progressive, soit en raison d’une fuite ou du tremblement de terre, au point de découvrir peut-être le sommet des assemblages situés à 8 mètres de la surface. Tant que le sommet des assemblages n’est pas découvert, aucune matière radioactive ne s’échappe, même si l’eau s’échauffe en commençant à s’évaporer. Seuls s’échappent des gaines de combustible des rayons gamma qui, comme les rayons X, sont pénétrants. Le rôle des 8 m d’eau est de servir d’écran et d’absorber ces gamma. Si le niveau baisse beaucoup, le rayonnement gamma émergeant de la piscine devient si fort qu’il devient mortel de s’en approcher.

Quand la baisse du niveau se poursuit au point de découvrir le sommet des assemblages, le zirconium des gaines s’oxyde et éventuellement prend feu sous l’effet de la chaleur dégagée par les produits radioactifs encore présents dans le combustible.

Trois niveaux de radiations
A gauche l'état normal : la piscine est pleine avec les assemblages de combustibles sous 8 m d’eau. Le refroidissement est assuré et les rayons gamma émergeant des assemblages sont absorbés avant d’atteindre la surface. Au centre, le niveau a baissé. L’épaisseur d’eau est insuffisante et un fort niveau de radiations est présent dans l’enceinte. A droite, le niveau affleure le sommet des assemblages. La protection contre les gamma devient inexistante et le niveau de radiation encore plus élevé. De plus, le haut des assemblages de combustibles est non refroidi. Si la température devient trop élevée, il y a risque de rejets radioactifs du fait de la perte d'étanchéité des gaines enrobant le combustible..
IN2P3

Contrairement aux réacteurs N°1,2 et 3, le réacteur N°4 était arrêté . Son combustible usé venait d'ête déchargé dans sa piscine où il cohabitait avec des décharges précédentes sorties depuis des mois, voire des années. Il était donc récent et chaud, mais les espèces radioactives les plus agressives comme l’iode-131 avaient disparu. Les radioéléments a même de s’échapper étaient principalement les césium-134 et 137 et le strontium-90.

Des niveaux de radiation très élevés furent observés au dessus du toit des piscines des réacteurs N°3 et N°4. L’hypothèse fut alors émise que ces piscines de 12 m de profondeur se seraient en partie vidées de leur eau au point de laisser affleurer la partie supérieure des assemblages. Une partie des assemblages combustibles de 4m de haut auraient été exposées des heures durant à l’air, avec un début de fontes des gaines et des rejets radioactifs.

En l’absence d’électricité, de moyens de pompage, il fallait donc remettre impérativement en eau ces piscines d’entreposage. A l’aveuglette, de l’extérieur à travers les toitures endommagées, car on ne pouvait ni pénétrer dans les lieux ni disposer de caméras. Le largage d’eau par des hélicoptères s’est avéré risqué et peu efficace en raison de l’intensité des rayons gamma qui imposait aux pilotes de prendre de l’altitude au dessus de la toiture. Finalement, on a utilisé de puissantes lances d’incendie pour parer au danger.

19 mars 2011 : Arrosage par rampes à eau
Pour remplir les piscines d'entreposage des réacteurs 3 et 4 et les refroidir, les autorités japonaises sont amenées à utiliser de puissantes lances à incendie . En raison de haut niveau de radiations au dessus du toit, cette méthode était préférable au largage d'eau avec des hélicoptères.
REUTERS/Self Defence Force Nuclear Biological Chemical Weapon Defense Unit

Après le 21 mars, le retour progressif de l’électricité a permis une alimentation en eau plus normale. Les piscines d’entreposage des six réacteurs purent être refroidies. Un refroidissement en circuit fermé fut mis en place sur les tranches N°1 à 4. La température est descendue en dessous de 30°C. La désalinisation a été entreprises sur les piscines 2 à 4.

Trois mois après l'accident, des images vidéo de l’intérieur des piscines et des mesures de la contamination de l’eau indiquèrent qu'il n’y avait pas eu de dégradation importante des combustibles entreposés. En revanche, des matériaux étaient tombés dans les piscines à la suite des explosions d’hydrogène qui serait venu du réacteur 3 (via le pied de la cheminée commune)

Des travaux de consolidation ont été entrepris par l'exploitant Tokyo Electric Power (Tepco). Le 18 juillet 2012, le personnel de la centrale a pour la première fois retiré de la piscine deux assemblages de combustible neuf de 4 m de long, afin de décider de la méthode à adopter.

Plus de peur que de mal
Cette photo extraite d’une vidéo, prise en mai 2011, de la piscine du réacteur n°4, montre le dessus des assemblages de combustibles arrangés en paniers. Si l’on y observe la présence de débris, les sommets des assemblages semblent intacts. Cela signifie qu’il n’y a pas eu dénoyage, donc fonte des parties supérieures avec rejets de produits radioactifs contrairement à ce que l’on avait craint.
TEPCO/B.Barré

Après cette reprise en main et l'arrêt à froid des réacteurs N°1, 2 et 3, l'évacuation du combustible usé des piscines est devenue la priorité des ingénieurs japonais. Les données fournies par Tokyo Electric Power montrent que la majorité des matières radioactives présentes sur le site se trouvaient dans les piscines : 11 125 assemblages de combustibles usés étaient entreposés dans les piscines, soit près de 4 fois autant de matières radioactives que dans le cœur des 6 réacteurs.

Des inquiétudes nourries par les médias exprimèrent quant à la fragilité de la piscine. Que se passerait-il en cas de nouveau séisme ? Si l'eau venait à manquer à la suite d'une vidange brutale, les réactions en chaine ne pourraient pas se développer faute de neutrons lents. Par contre, Il faudrait refroidir de manière urgente, mais on disposerait de temps pour un refroidissement de secours. Le dégagement de chaleur n'était plus après 18 mois que le dixième ou moins de celui auquel il avait fallu faire face en mars 2011.

Lors du seisme de 2011, le bâtiment avait résisté grâce aux normes antisismiques japonaises. Les dégâts subis ont concerné l'étage supérieur à la suite de l'explosion d'hydrogène du réacteur N°3 voisin. Cet étage est celui des manutentions. Il fallut déblayer les débris, reconstituer l'étage supérieur de façon à pouvoir déployer des systèmmes de manutention, puis consolider le bâti sous la piscine. Des renforts métalliques furent fixés sous la structure et du béton coulé pour la renforcer. Après cette restauration, on commença à vider en novembre 2013 la piscine de ses combustibles usés. Les délicates opérations de retrait du combustible se déroulèrent sans incident jusqu'au 22 décembre 2014.

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