Fukushima 福島第一

Depuis quelques années, la Nuclear Regulation Authority, autorité de sûreté nucléaire du Japon communément appelée NRA, mène une enquête approfondie dans les réacteurs nucléaires de la centrale de Fukushima Daiichi. Régulièrement, dans un souci de transparence et au grand dam de Tepco qui n’aime pas montrer ses ruines, elle publie des vidéos montrant les investigations courageuses effectuées au sein des bâtiments réacteurs radioactifs qui ont pour but de documenter la catastrophe en image, de mesurer la radioactivité de chaque recoin et de chaque tuyau. C’est un travail de longue haleine qui conduit à des analyses et de longues discussions d’experts diffusées également sur la chaîne youtube de la NRA.

Les 25 et 26 novembre 2021, les enquêteurs ont visité successivement le rez-de-chaussée (niveau 1F) du bâtiment réacteur 3 et les niveaux 3F et 4F du bâtiment réacteur 1.

Au BR3, les images montrent beaucoup de dégâts, des gravats, des flaques d’eau. L’explosion de ce bâtiment a été la plus spectaculaire et la plus destructrice. C’est sans doute pourquoi les agents de la NRA ne visitent que le rez-de-chaussée. L’un d’eux essaie de monter à l’étage mais il redescend très vite, sans doute à cause d’une trop forte radioactivité.

Au BR1, la visite commence au rez-de-chaussée (1F). Les enquêteurs passent dans des couloirs protégés par des cloisons en plastique puis accèdent au 2e étage (3F) en empruntant un escalier. On voit régulièrement des flaques d’eau au sol. Ils passent ensuite au 2^e (3F) puis au 3^e étage (4F) par un escalier encombré de gravats. À ce niveau, on voit le ciel car le plafond (qui était aussi le plancher de la surface technique) est effondré sur une grande partie. Des poutres métalliques qui portaient la toiture sont également visibles dans le trou béant.

Puis ils redescendent au 2^e étage (3F) pour accéder, via un secteur très bruyant, à un autre escalier (à 12 :40) menant au 3^e (4F). On y voit alors des cuves de couleur rouge ayant perdu une partie de leur isolation, juste à côté du sas d’accès matériel.

Pour leurs prises de mesures, Ils insistent beaucoup sur toutes les tuyauteries, probablement afin de comprendre par où les radionucléides se sont déplacés dans tout le bâtiment lors de l’explosion.

En attendant le résultat de ces mesures et les conclusions de cette gigantesque enquête, on peut lire l’excellent dossier de Simply Info réalisé à l’occasion du 11^ème anniversaire de la catastrophe (pour les anglophones) ou l’encore plus complet bilan chiffré de l’ACRO en ligne depuis le 10^ème anniversaire.

Pierre Fetet

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Dossier photographique des BR1 et BR3 (captures d’écran des vidéos)

Vidéos de la NRA en bas de page

Quand le bâtiment réacteur n°3 de Fukushima Daiichi a explosé le 14 mars 2011, il y avait 566 assemblages dans la piscine de refroidissement : 514 de combustible usé et 52 de combustible neuf. Depuis, ces 100 tonnes de combustible sont restées une menace dans un bâtiment déstructuré, malgré l’habillage récent, sans enceinte de confinement. Avec quelques années de retard par rapport aux prévisions, Tepco vient de commencer à retirer ces assemblages pour les transférer dans la piscine commune du site.

Or, malgré tous ses efforts de communication, Tepco n’a jamais expliqué la succession d’explosions qui ont eu lieu en 2011 dans ce bâtiment réacteur n°3 en provoquant l’émoi du monde entier. L’opérateur n’a pas plus montré l’état des combustibles de la piscine de refroidissement, sinon par de rares photos prises à quelques endroits de la piscine. C’est pourquoi il est intéressant de suivre l’évolution de ce transfert d’assemblages, opération qui est programmée pour durer deux ans.

PF

Comme pour le réacteur 4, Tepco a reconstruit une toiture sur le bâtiment détruit en 2011 et a installé de nouveaux équipements permettant le transfert : une machine de chargement de combustible qui transfère les assemblages et une grue sur pont roulant qui transporte les conteneurs du niveau 5 au niveau du sol.

Un crochet au bout d’un long bras permet de sortir chaque assemblage de son logement dans les paniers. Sept assemblages de combustible neuf ont été gérés du 15 au 23 avril 2019 ; ils ont été placés un à un dans un conteneur de transport à l'aide de la machine de chargement de combustible. Ce conteneur est un grand fût cylindrique blindé de plomb. Une fois chargé, il est fermé, sorti de la piscine et chargé sur un camion qui le mène à la piscine commune. Là, il est plongé dans l’eau, ouvert, et les assemblages sont placés dans un panier.

Ce transfert va prendre beaucoup de temps car le bâtiment réacteur 3 est encore fortement radioactif et tout se fait à distance avec des grues radiocommandées. Or ces manipulations nécessitent une très grande attention car tout se joue au millimètre ; il faut éviter tout choc ou précipitation. Voici une série de captures d’écran tirées d’une vidéo de Tepco montrant les différentes phases.

On remarque qu’il existe des dépôts solides clairs en forme de gouttes collés sur les parois extérieures du panier dont la taille varie entre 2 et 8 cm. Le site Simply Info estime qu’il s’agit de la même substance dont on a constaté visuellement la présence dans l’enceinte de confinement sous la cuve du réacteur en 2015. Simply Info explique qu’il pourrait s’agir d’éclaboussures de matière ressemblant à de la pierre ponce qui aurait pu se former avec la fonte du béton du fond de l’enceinte de confinement lors du melt-through. Cette hypothèse de formation de rhyolithe est intéressante ; toutefois, on imagine mal quel trajet auraient pu prendre ces éclaboussures entre le fond de l’enceinte de confinement et la piscine de combustible, alors que l’on a constaté que les dalles antimissiles surmontant de puits de cuve étaient restées en place.

On remarque deux choses sur cette image de l’assemblage : 1. Sa base a une couleur noire puis une couleur grise différente de la couleur générale de l’enveloppe. Ces différences de couleur sont également visibles sur une autre image au moment de la sortie du conteneur d’un autre assemblage. Une hypothèse est que ce niveau noir corresponde à un niveau de vase en fond de piscine qui pourrait provenir de résidus qui sont tombés dans la piscine le jour de l’explosion ; on se souvient que le nuage provoqué par l’explosion principale était très sombre et que beaucoup de choses avaient atterri dans la piscine, dont la machine de chargement de combustible.

2. L’assemblage a subi une corrosion : on remarque deux trous. Etant donné qu’il s’agit d’assemblages de combustible neuf, on peut se demander de quelle manière ils ont pu être détériorés. Tepco nous donnera peut-être un jour une explication.

Sources :

Kyodo news

Vidéos Tepco

Acro

Article publié en 7 parties

(partie précédente)

4.2. Hypothèse d’une explosion de vapeur

4.2.1. Eléments favorables

- Les conditions nécessaires à une explosion de vapeur sont là : le cœur a commencé à fondre 24 heures plus tôt. Sans aucun refroidissement, un corium s’était formé et remplissait le fond de la cuve. Malgré l’injection d’eau douce, puis d’eau de mer, la fonte du cœur (« meltdown ») a bien eu lieu. L'injection d'eau de mer a commencé le lundi 13 mars 2011 à 13h12. Deux heures plus tard, malgré l'addition d'eau, le niveau d'eau dans la cuve du réacteur n'avait pas augmenté, ce qui laisse penser qu'il y avait déjà une fuite et que l’eau descendait directement dans le fond de l’enceinte de confinement où l’eau a pu s’accumuler. Si le fond de cuve a lâché, le corium a pu tomber dans cette eau et provoquer une explosion de vapeur.

- Les éléments observés démontrent qu’une explosion a eu lieu à l’intérieur de l’enceinte de confinement : déformation du puits de cuve au niveau du joint avec la piscine d’équipement, déformation de la vanne entre le puits de cuve et la piscine de combustible, déplacement de la porte d’accès de l’enceinte de confinement, et peut-être aussi explosion des condenseurs sous l’effet de la pression.

4.2.2. Eléments défavorables

- Selon la coupe du réacteur, il existe un puits de drainage au fond de l’enceinte de confinement (« equipment drain sump »). Si cette installation était en état, l’eau a pu être évacuée par ce conduit et de ce fait, en l’absence de masse d’eau, une explosion de vapeur n’a pas pu se produire. Toutefois, cette évacuation a pu aussi être bouchée par du corium puisque c’est cette matière qui est arrivée en premier en fond d’enceinte de confinement après avoir percé la cuve. C’est cette hypothèse qui est privilégiée par Tepco en 2011, comme le montre le schéma suivant : puisard rempli de corium.

4.3. Hypothèse d’une explosion de zirconium

4.3.1. Eléments favorables

- Les conditions pour une explosion de zirconium sont réunies : d’une part le métal zirconium est là en abondance : il sert à envelopper les 34 524 crayons de combustible installés dans le réacteur. D’autre part, la chaleur est là : le combustible commence à être découvert le 13 mars 2011 vers 9h10 et donc l’eau ne joue plus son rôle de refroidissement.

- Le zirconium est au contact d’un hydroxyde de métal alcalin, le césium. Quand les gaines se fissurent, le césium, produit de fission, se libère et s’oxyde au contact de l’eau. Le césium ou l’oxyde de césium peuvent se transformer en hydroxyde de césium qui peut déclencher une explosion au contact du zirconium.

4.3.2. Eléments défavorables

- Le zirconium n’est pas pur donc il n’est pas censé réagir de la même manière. Les gaines de combustible sont en effet composées d’un alliage dénommé le zircaloy fait de zirconium (98 %) et de divers métaux (principalement de l’étain, mais aussi du chrome, du fer, du nickel, du hafnium)

- Le zirconium ne se présente pas sous forme de poudre ou de granulés mélangés à l'air dans un réacteur.

- Le zirconium est surtout connu pour produire de l’hydrogène en abondance au contact de l’eau quand la température monte et qu’il s’oxyde. Il favorise ainsi les explosions d’hydrogène plus qu’il n’explose lui-même.

4.4. Hypothèse d’une explosion due à un accident de criticité instantanée dans la piscine de combustible

4.4.1. Eléments favorables

- La vidéo montre que la première explosion se situe dans l’angle sud-est du BR3, là où se trouve la piscine de combustible.

- La photo aérienne du BR3 montre qu’il y a eu une explosion à l’endroit de la piscine.

- La double poutre n° 5, la seule à avoir été désolidarisée entièrement de la toiture, se trouvait juste au-dessus de la piscine de combustible

- Cette explosion a produit une forte chaleur qui a tordu les poutrelles métalliques du toit.

- Le nuage 3a, qui initie la grande explosion verticale, se situe exactement au-dessus de la piscine de combustible.

- Le nuage qui est propulsé à 300 mètres d’altitude n’a pas pu être guidé par les murs du BR3 car ceux-ci étaient déjà détruits par la première explosion. Les murs de la piscine de combustible d’une profondeur de 11,80 mètres ont pu jouer ce rôle.

- La machine de réapprovisionnement en combustible qui était positionnée sur la piscine a été projetée en l’air sous l’effet d’une explosion provenant d’en dessous d’elle et est retombée dans la piscine.

- L’endroit le plus chaud de la piscine le 20 mars 2011 correspond à l’emplacement supposé de l’explosion, c’est-à-dire là où il y a eu le moins de retombée de matériel (effet cratère).

- Tepco n’a jamais diffusé de photos des assemblages de la piscine à l’endroit le plus chaud.

- Des morceaux de combustible nucléaire ont été trouvés près du BR2 et jusqu’à plusieurs kilomètres de la centrale de Fukushima Daiichi.

- Des poussières de combustible de Fukushima ont été retrouvées partout dans le monde : de l'uranium à Hawaii et sur la côte ouest des Etats-Unis, du plutonium sur place mais aussi en Lituanie, de l'américium en Nouvelle Angleterre et sur la Côte Est.

- De la poussière noire qui se forme au sol près de la centrale de Fukushima est composée de produits de fission dont les césiums 134 et 137 et le radium 226.

4.4.2. Eléments défavorables

- Les photos de l’intérieur de la piscine montrent certains des assemblages de combustible intacts. Comment une telle explosion aurait-elle pu laisser du combustible au fond de la piscine sans l’endommager ?

4.4.3. Elément indifférent

- Un des arguments d’Arnie Gundersen en faveur d’une explosion de criticité pour le BR3 est que celle-ci a produit une détonation, donc avec une onde de choc supersonique. Nous ne voyons pas en quoi cette information est un argument car l’hydrogène peut aussi produire une détonation (8). L’explosion d’hydrogène du BR1 a par exemple bel et bien produit une onde de choc supersonique. Cet argument n’est donc pas à conserver.

(8) Pour ceux qui s’intéressent à la combustion de l’hydrogène, se reporter au rapport EUR9689  de la Commission des Communautés Européennes, Eléments pour un guide de sécurité « hydrogène » , paru en 1985, chapitre II « Risques caractéristiques présentés par l’hydrogène », et en particulier le paragraphe 6.1.8 sur la détonation.

5. Conclusions prenant en compte les faits et les critiques

Tout d’abord, il faut s’en tenir aux faits avérés.

5.1. Il s’est produit plusieurs explosions

Il faut se rendre à l’évidence qu’on ne peut pas expliquer « l’explosion » du BR3 de manière simpliste comme voudrait l’imposer la version officielle depuis 4 ans. L’analyse de l’évènement démontre qu’il y a eu plusieurs phases visibles qui impliquent l’existence de plusieurs explosions en l’espace d’une demi-seconde :

- Phase 1 (instant T) : explosion principalement sur le côté sud-est avec destruction du toit

- Phase 2 (T + 0,0334 s) : production d’une flamme jaune-orange sur le côté sud-est

- Phase 3 (T + 0,0668) : destruction du toit et des murs de l’angle nord-ouest

- Phase 4 (T + 0,33  s) : formation d’un nuage au-dessus de la piscine de combustible

- Phase 5 (T + 0,43 s) : formation d’un nuage au-dessus du côté nord-ouest

5.1.1. Une explosion s’est produite dans la piscine de combustible

Nous avons vu dans le chapitre 4.4 qu’il y avait 12 éléments favorables à l’explosion de la piscine de combustible contre 1 défavorable. S’il fallait ne retenir qu’un seul élément favorable, c’est que du combustible nucléaire a été retrouvé à l’extérieur de la centrale. Comme le puits de cuve est resté fermé, ce combustible ne peut pas provenir du réacteur. Il provient donc de la piscine de combustible. Comme personne ne l’en a extrait, il s’est donc bien produit une explosion dans la piscine de combustible qui a projeté certains éléments à l’extérieur.

L’hydrogène n’ayant pas pu exploser dans l’eau de la piscine car il lui faut de l’oxygène gazeux, l’explosion ne peut s’expliquer que par un accident de criticité.

Ce n’est pas la première fois qu’un accident de criticité se produit avec du combustible nucléaire. Depuis 1945, l’IRSN en a recensés 39 qui sont survenus sur des réacteurs de recherche et sur des assemblages critiques dans des laboratoires.

Les accidents de criticité les plus courants durent un certain temps, jusqu’à ce que les conditions de la réaction en chaîne ne soient plus réunies. Par exemple, l’accident de Tokaï Mura (Japon, 1999) a duré 20 heures. Dans le cas de l’explosion de la piscine du BR3, Arnie Gundersen parle de criticité instantanée. C'est-à-dire que les conditions nécessaires à la réaction en chaîne ne durent qu’un instant. Mais cet instant suffit à provoquer une énergie phénoménale vu l’importance de la masse de combustible mise en jeu (97 tonnes). Le journal officiel donne la définition de la criticité instantanée : « Criticité qui serait atteinte sous l'action des seuls neutrons instantanés et conduirait à une situation accidentelle grave ».

On peut se demander pour quelle raison cet accident a pu se produire dans une piscine de combustible dont la géométrie a été étudiée pour que cela n’arrive pas. Comme tous les accidents, plusieurs facteurs ont probablement joué. Tout d’abord, il est possible que le « re-racking » ait été utilisé, c’est-à-dire un réarrangement des paniers, plus serré que celui prévu par les concepteurs, ce qui permet de stocker plus de combustible. Tepco a-t-il usé de cette pratique ? Les plans fournis par l’opérateur ne sont pas très clairs. L’un d’entre eux montre des caisses (fig. 87b, plan 2) dans un espace qui semble vide sur les autres.  

Le deuxième facteur est la nature du MOX, combustible qui contient un mélange d’oxydes d’uranium et de plutonium non prévu initialement pour être utilisé dans ce réacteur. Ce combustible est plus instable que celui à l’uranium simple. Un troisième facteur a pu jouer également : une explosion d’hydrogène aurait provoqué une pression sur l’eau et les barres de combustible, ce qui aurait soit modifié leur géométrie initiale, soit favorisé une réaction en chaîne par la compression des bulles de vapeur.

Immédiatement après cette explosion, à notre connaissance, aucune photo ne montre de panache de vapeur sortir de la piscine de combustible, comme si elle avait perdu une grande partie de son eau. Pour comparaison, la piscine du BR4 a longtemps émis un panache de vapeur, indiquant que le combustible continuait à se refroidir en faisant évaporer son eau de refroidissement. Après l’explosion du BR3, l’inquiétude était forte pour sa piscine de combustible qui devait être impérativement arrosée. Les opérations de largage d’eau par hélicoptère ont commencé dès le 18 mars 2011.

En ce qui concerne le seul élément défavorable, à savoir que s’il y avait eu un accident de criticité, tout le combustible aurait été endommagé, nous pensons que ce n’est pas forcément le cas. A notre connaissance, la disposition des 566 assemblages dans la piscine de combustible n’a jamais été diffusée par Tepco. Il est possible que l’accident de criticité se soit produit à un endroit où la géométrie était favorable à cet évènement et que les assemblages situés sur les côtés de la piscine, séparés par des racks vides, n’aient pas été affectés. Nous rappelons que Tepco n’a diffusé que les photos des assemblages périphériques, ce qui nous empêche de vérifier cette hypothèse.

5.1.2. Une explosion s’est produite à l’intérieur de l’enceinte de confinement

Plusieurs observations énoncées dans le chapitre 2 conduisent à conclure qu’une explosion s’est produite à l’intérieur de l’enceinte de confinement :

- La double porte entre la piscine de combustible et le puits de cuve a été détériorée côté puits.

- Le mur de séparation entre le puits de cuve et la piscine d’équipement s’est déboîté de son logement et a été poussé, ce qui implique que le diamètre du puits de cuve s’est élargi.

- La porte de l’enceinte de confinement du niveau 1F a été déplacée de plus d’un mètre. 

On pourrait rétorquer que c’est l’explosion de la piscine de combustible qui a provoqué ces effets. Or cela paraît peu vraisemblable car d’une part, la deuxième vanne de la porte entre la piscine de combustible et le puits de cuve a été poussée depuis le côté du puits de cuve et non pas depuis la piscine. D’autre part, l’explosion de la piscine de combustible n’a pas pu écarter le mur séparant la piscine d’équipement et le puits de cuve. Seule une explosion à l’intérieur de l’enceinte de confinement a pu élargir le diamètre du puits de cuve. Enfin, la porte inférieure de l’enceinte de confinement n’a pu être poussée que depuis l’intérieur.

- La radioactivité relevée au niveau de la dalle antimissile est très élevée : plus de 2 Sv/h en juillet 2013. Celle mesurée devant la porte de l’enceinte de confinement au niveau 1F l’est également : 0,87 Sv/h en novembre 2011.

Cette explosion a produit une sévère rupture de l’étanchéité de l’enceinte de confinement. On en a très bien vu les effets dans les semaines qui ont suivi les explosions avec ces importants panaches de vapeur qui s’échappaient du puits de cuve là où l’explosion avait fait des dégâts et ce débit de dose très élevé relevé par Tepco le 14 mars : 167 sieverts par heure au niveau de l’enceinte de confinement.

Il semble difficile qu’une explosion d’hydrogène, théorie soutenue par Tepco et le gouvernement, ait pu se produire dans l’enceinte de confinement tout simplement parce qu’il n’y avait pas d’oxygène à l’intérieur. En effet, l’eau bouillante du cœur a produit de la vapeur d’eau qui a envahi l’ensemble de l’enceinte de confinement. Cette vapeur d’eau qui sort sous pression est visible sur une photo 3 minutes après l’explosion (cf. figure 38). Par ailleurs, selon une analyse de l’IRSN en 2012, « l’enceinte de confinement est remplie d’azote, un gaz inerte. A ce stade, il n’y a pas de risque ».

Il nous semble qu’une explosion de vapeur au sein de l’enceinte de confinement peut expliquer les dégâts observés. Suite à l’explosion qui s’est produite dans la piscine de combustible, l’onde de choc a pu secouer et fracturer la cuve fragilisée par la chaleur intense et un gros paquet de corium a pu tomber dans le fond de l’enceinte de confinement où se trouvait de l’eau. La vaporisation quasi instantanée d’une grande partie de cette masse d’eau a pu faire augmenter la pression subitement avec les dégâts que l’on connaît.

L’explosion de vapeur est un accident extrêmement redouté par l’industrie nucléaire et fait l’objet de nombreuses études. L’EPR, qui aurait dû être le réacteur du futur mais qu’Areva n’a pas encore réussi à construire, est sensé justement corriger cette faiblesse des réacteurs nucléaires actuels : le récupérateur de corium permettrait, en théorie, d’éviter l’explosion de vapeur.

5.1.3. Une explosion s’est produite au niveau 4F

Nous avons remarqué aux chapitres 2.7.3.2 que le niveau 4F a énormément souffert d’une explosion. Celle-ci ayant affecté presque tout cet étage en détruisant, entre autres, un tiers des murs extérieurs, il est probable qu’il s’agisse d’une explosion d’hydrogène. Ce gaz a pu arriver par les tuyauteries des condenseurs qui sont reliées directement à la cuve du réacteur.  Ainsi, ce système qui est sensé refroidir le réacteur en cas de panne de refroidissement, une fois son service rendu, peut devenir un vecteur de propagation de l’hydrogène dans le bâtiment et faciliter ainsi les explosions. 

5.2. Proposition de déroulement des explosions

Au vu des faits exposés et de leur analyse, nous proposons maintenant notre compréhension du déroulement de ces explosions qui ont eu lieu dans le BR3 de Fukushima Daiichi le 14 mars 2011.

- Phase 1 : De l’hydrogène s’accumule dans le niveau 4F à cause peut-être de tuyauteries défectueuses en rapport avec les condenseurs reliés directement à la cuve du réacteur, et dans les niveaux 5F-CRF à cause de la réaction zirconium-eau du fait de l’absence de refroidissement de la piscine de combustible.

- Phase 2 : Une explosion d’hydrogène se produit au-dessus de la piscine de combustible. L’onde de choc commence à détruire la partie la moins solide du BR3 : la toiture.

- Phase 3 : L’onde de choc arrive en premier dans l’angle sud-est du bâtiment, crée une grande ouverture dans le toit et laisse passer le mélange explosif à une vitesse supersonique en produisant une flamme jaune-orange.

- Phase 4 : Dans la direction opposée, l’onde de choc primitive augmentée de l’énergie de son rebond contre les murs de l’angle sud-est, rencontre l’angle nord-ouest quelques centièmes de secondes plus tard et le détruit.

- Phase 5 : Par l’intermédiaire des escaliers de service et du sas d'accès matériel, l’onde de choc provoque quasi simultanément une explosion d’hydrogène au niveau 4F, détruisant un tiers des murs extérieurs et des plafonds ; les piscines qui ont des structures renforcées ne semblent pas touchées.

- Phase 6 : Dans le même temps, l’explosion d’hydrogène du niveau 5F-CRF compresse les bulles de vapeur de l’eau de la piscine de combustible, le coefficient de vide devient subitement positif (9) et la réactivité de la fission nucléaire est soudainement accrue, produisant un accident de criticité instantanée.

- Phase 7 : La piscine de combustible subit alors un « flash boiling », une sorte d’explosion de vapeur due à l’énergie instantanée dégagée par l’accident de criticité, ce qui a pour effet d’éjecter une partie des barres de combustible à l’extérieur du BR3.

- Phase 8 : L’onde de choc de cette dernière explosion détache du corium, voire le fond de cuve en tout ou partie, qui tombe dans l’eau qui s’est amassée en fond d’enceinte de confinement.

- Phase 9 : La masse de corium d’une température de 2500 à 3000 °C vaporise instantanément une grande partie de l’eau dans laquelle elle tombe ; c’est une explosion de vapeur qui, sous la pression extrême qu’elle dégage, déforme l’enceinte dite de confinement et entraîne la perte de son étanchéité.

Remarque : étant donné que nous ne disposons d’aucun élément visuel de l’explosion qui s’est produite dans l’enceinte de confinement, nous ne savons pas à quel moment elle a eu lieu. Nous l’avons placée arbitrairement à la fin de la série mais elle pourrait tout aussi bien être l’élément déclencheur de la phase 2.

(9) En effet la compression de la vapeur la rapproche de la densité de l’eau, qui fait alors office de modérateur de neutrons lents – ceux qui sont favorables à la réaction de fission de l’uranium – ce qui accélère donc la réaction en chaîne. Dans les bulles de vapeur, les neutrons ne sont pas suffisamment ralentis, cela freine la réaction. Ces considérations sont valables dans le cas où l’eau est à la fois le modérateur et le fluide caloporteur, ce qui est le cas de tous les réacteurs de Fukushima.

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Au terme de cette étude, nous mettons le contenu de cet article en discussion. Nous serons heureux si vous laissez des commentaires ou des critiques qui permettront d’améliorer la compréhension de ces explosions.

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(partie précédente)

2.7.7. La surface technique

La surface technique correspond à la totalité du sol du niveau 5F. C'est là où les ouvriers travaillent pour le chargement ou le déchargement du combustible et pour faire les opérations de maintenance. Suite aux explosions, le sol était entièrement recouvert de décombres. Durant les années 2013 et 2014, des opérations de déblaiement du BR3 ont été entreprises jusqu'à ce que l'ensemble de la surface technique soit nettoyée. Voici en photo l'évolution des travaux qui ont tous été faits à distance avec grues télécommandées tellement ce bâtiment est radioactif.

2.7.7.1. Les dalles antimissiles

Les dernières photos de 2014 ont dévoilé les dalles antimissiles qui recouvrent le puits de cuve. Elles sont formées de 9 dalles de béton armé réparties sur 3 niveaux. Chaque niveau de dalles a une forme circulaire dont voici les diamètres : niveau supérieur : 11,80 m ; niveau médian : 11,50 m ; niveau inférieur : 11,30 m.  La masse de l’ensemble de ces dalles est comprise entre 350 et 400 tonnes.

La dalle centrale supérieure du BR3 s’est anormalement affaissée de 30 cm en son centre, ce qui signifie qu'elle a subi un choc extrêmement important, plus important en tout cas que ce qui était attendu à sa conception (4). Il existe deux manières d'expliquer cette fracture au centre de la dalle : soit elle a reçu un objet extrêmement lourd ou avec une vitesse rapide, soit elle s'est soulevée et est retombée sur elle-même, se fracturant sous son propre poids. Il est possible que ce soit le pont roulant qui ait détérioré cette dalle en tombant dessus.

Tepco fournit une coupe des 3 couches ; il est impossible de connaître l'état des deux couches inférieures que l'opérateur représente intactes en pointillés.

(4) Contrairement à ce que l’on pourrait penser, le terme « antimissile » ne se rapporte pas à une protection antiaérienne. Ce terme, utilisé en France, fait référence à la possibilité de la remontée subite des tiges de commande des barres de contrôle (qui sont dans la partie supérieure de la cuve dans les réacteurs français). En janvier 1961, un accident au réacteur américain SL-1 en Idaho a conduit un ouvrier à être transpercé par une barre de contrôle. La menace des « missiles » est donc interne au réacteur. Ces dalles sont appelées en anglais « concrete shield plug ».

2.7.7.2. Les déformations du niveau technique

Le sol de la surface technique a disparu en plusieurs endroits, ce qui conduit à penser qu'une explosion s'est produite au niveau 4F, voire plus bas. La zone la plus détruite est le côté nord-ouest. Une partie du sol du niveau 5F, en forme de carré, a également été soufflée à l'est de la piscine d'équipement. Il ne reste en place que le ferraillage.

Au niveau du joint entre le sol et la paroi séparant la piscine d'équipement et le puits de cuve (angle sud-ouest de la piscine d'équipement), on constate une déformation de la structure : il existe un espace d'environ 12 cm alors que pour le joint similaire symétrique dans l'angle sud-est de la piscine d'équipement, l'espace visible est de l'ordre de 1,5 cm. Cette différence est importante dans une installation nucléaire où l'étanchéité absolue est la règle. De fait, l'élément supérieur de la paroi est visiblement sorti de sa cavité d'accroche et a été poussé vers la piscine d’équipement. Cette déformation signe la perte de confinement du réacteur nucléaire. Depuis les explosions, on signale régulièrement de la vapeur s’échappant par cette ouverture.

Une autre conséquence des explosions est apparente dans la photo de la surface technique de 2014. Celle-ci montre en plan le canal situé entre le puits de cuve et la piscine de combustible. Ce canal est fermé par un élément emboîté et par deux vannes parallèles formant une porte. Or la deuxième vanne s'est décrochée de son support côté puits. Si les deux vannes avaient été détériorées, l'eau de la piscine se serait déversée dans le puits de cuve.

2.7.7.3. Le pont roulant

Le pont roulant est une structure rectangulaire métallique qui fait la largeur du bâtiment. Il repose sur deux rails situés sur les côtés est et ouest, à 8 m au-dessus de la surface technique (niveau CRF). Il supporte un chariot à palan qui permet de manœuvrer les éléments lourds du réacteur et les conteneurs à combustible.

Lors des explosions du BR3, la façade ouest s'étant volatilisée, le pont roulant de plusieurs dizaines de tonnes est tombé quasiment à la verticale de là où il était, et s'est retrouvé sur la surface technique au-dessus du puits de cuve. En tombant sur le puits, il a peut-être endommagé la dalle antimissile.

Selon la photo (Fig. 67), il ne repose pas exactement à l'horizontal car sous le pont se trouvent des cabines techniques pour le grutier et la mécanique. De ce fait, la partie sud est légèrement surélevée, mais Tepco n'a pas fourni de photo de ce côté montrant les cabines écrasées.

On observe également deux trous béants dans le pont roulant. Nous estimons le diamètre du trou situé au nord à 3,50 m. On voit distinctement que la tôle a été repliée vers l'extérieur. Il est possible que ces trous aient été provoqués par la projection d'objets qui étaient en dessous du pont roulant avant que celui-ci ne tombe au sol, ce qui supposerait que le souffle de l'explosion provenait du bas. Une autre hypothèse est que ces trous sont la conséquence de fuites gazeuses radioactives provenant des joints des dalles antimissiles.

Un objet blanc est visible également sous la partie sud du pont roulant. Il se trouve quasiment au milieu de la dalle antimissile centrale. Il est probable que l’affaissement de cette dalle ait été provoqué par la présence de cet objet où s’est concentrée la masse du pont roulant lors de sa chute.

2.7.8. La porte de l’enceinte de confinement (« equipment hatch »)

Il existe un passage à la base de l’enceinte de confinement bouché par une grosse porte blindée dénommée en anglais « shield plug ». En France, on l’appelle aussi « tampon d’accès matériel ». C’est une porte de visite qui permet d’apporter des équipements et de contrôler le matériel situé sous la cuve durant les périodes de maintenance. Or, il se trouve que cette porte-bouchon de plusieurs tonnes fermant ce passage s’est déplacée : l’inspection de cet équipement en avril 2012 a montré que la porte était ouverte (vidéo). Certes, la porte se déplace habituellement sur des rails sans difficulté, mais il est totalement anormal de la trouver ouverte alors que sa fermeture assure l’étanchéité de l’enceinte de confinement quand le réacteur est en marche. Il y a donc eu un évènement qui a provoqué son ouverture. Soit une secousse particulièrement violente du séisme, soit une pression ou un choc extrêmement puissant provenant de l’intérieur de l’enceinte. A priori, nous rejetons la première hypothèse car les centrales nucléaires japonaises sont justement prévues pour résister aux tremblements de terre.

2.8. La radioactivité mesurée au BR3

Tepco a fourni plusieurs relevés de radioactivité. La première information d’importance est que l’explosion du BR3 a provoqué une pollution énorme. Tepco a annoncé avoir mesuré le 14 mars 2011 au niveau de l’enceinte de confinement un débit de dose de 167 Sv/h.

Plus tard, en novembre 2011, il a diffusé les mesures effectuées devant la porte de l’enceinte de confinement. La plus élevée a donné 870 mSv/h. Une autre mesure est également évoquée au niveau d’une fuite d’eau : 1300 mSv/h.

Enfin, le 24 juillet 2013, Tepco a relevé des valeurs très élevées au niveau de la dalle antimissile recouvrant le puits de cuve, à la verticale du réacteur : de 137 à 2170 mSv/h, ce qui prouve que l’enceinte ne joue plus son rôle de confinement.

2.9. La poussière noire

Suite aux évènements de mars 2011, il a été remarqué de nombreuses fois que de la poussière noire se déposait en divers endroits dans les 20 km autour de la centrale. Ce dépôt est particulièrement visible sur l’asphalte des routes et a la particularité d’être très radioactif. Plusieurs analyses ont été faites déterminant que cette poussière est un agglomérat de particules radioactives qui proviennent du combustible nucléaire de Fukushima Daiichi. Les éléments Césium 134, Césium 137, Radium 226 et divers produits de fission ont été repérés, ce qui fait de cette poussière un élément de preuve que les explosions du réacteur n°3 ont répandu du combustible nucléaire dans l’atmosphère sous forme de fines particules. En se déplaçant avec l’eau ou le vent, celles-ci finissent par s’agglomérer car leurs rayonnements alpha et bêta sont électriquement chargés.

2.10. Le son des explosions

Des vidéos de l’explosion du réacteur 3 sont apparues sur Youtube avec une bande son rapportant trois détonations en l’espace de quelques secondes. L’analyse de cet enregistrement montre que ce que l’on entend ne peut pas être la bande originale. En effet, le premier son de détonation arrive 2 secondes seulement après la vision de la première explosion. Cela signifierait que la caméra était à seulement environ 700 mètres de la centrale, ce qui n’est pas possible vu l’angle de vue. La vidéo originale, sans zoom, montre un paysage qu’il n’est possible de voir qu’en altitude et à plusieurs kilomètres de là. Nous avons estimé dans un article passé qu’une caméra d’observation se situait à 17 km à vol d’oiseau sur une montagne au sud-ouest de la centrale. Pour cette caméra par exemple, si un enregistrement de l’explosion avait eu lieu, l’onde sonore n’aurait dû arriver au micro que 50 secondes plus tard.

Autre incohérence allant dans le même sens : si l’on synchronise le son de la première détonation à la vision du premier flash, les deux autres détonations ne correspondent à aucun évènement visible dans cette vidéo.

Nous considérons donc qu’il ne faut pas tenir compte de cet enregistrement qui est très certainement un faux.

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2.7.2. La toiture

Le toit du BR3 est horizontal. Il est maintenu par une charpente de poutres métalliques que l'on  voit très clairement sur cette photo datant d'avant 2011.

La structure charpentée, très solide, est restée solidaire dans son ensemble durant les explosions. Ses 5 grandes doubles poutres maîtresses reposaient sur les 10 piliers centraux des faces est et ouest. 

Les piliers ouest ayant disparu durant les explosions, la charpente s'est affaissée de ce côté et n'est restée maintenue du côté est que sur le pilier central.

Deux secteurs de cette charpente ont été fortement dégradés par les explosions. La double poutre maîtresse située à l’extrémité sud (poutre 5) s’est détachée de l’ensemble de la charpente et a été en grande partie ensevelie par les décombres du toit. Celle de l'extrémité nord (poutre 1) a été fortement détériorée, il en reste une grande partie visible du côté nord-est mais très déformée.

2.7.3. Les zones d'explosions

L'étude de la toiture a permis de localiser deux zones très dégradées, l'une au sud, l'autre au nord.

2.7.3.1. La zone sud

Cette zone correspond à l’emplacement de la piscine de combustible. L'explosion qui a eu lieu à cet endroit a pulvérisé entièrement la toiture et sa charpente, ainsi que l'intégralité du mur sud aux niveaux CRF et 5F. Les poutrelles métalliques issues de la toiture semblent avoir été déformées par une intense chaleur et jonchent la surface technique parmi les gravats. La double poutre maîtresse située à l’extrémité sud (poutre 5) s’est désolidarisée du reste de la charpente et est tombée sur la surface technique le long de ce qui était le mur sud. A l’emplacement de la piscine de combustible, une zone d’environ 20 m² semble vide de débris, du moins c’est ce qu’on observe à la surface de l’eau. 

Avec le plan de la piscine de combustible fournie par Tepco, on peut localiser l’endroit correspondant à cette zone vide faisant penser à un « trou ». Il y avait bien du combustible à cet endroit mais Tepco n’a jamais fourni aucune photo de ce secteur de la piscine où l’on apercevrait des assemblages.

2.7.3.2. La zone nord

C'est la zone du BR3 la plus endommagée. Les inquiétudes s'étant focalisées sur la piscine de combustible au sud, ce secteur est presque passé inaperçu. Pourtant c'est de ce côté nord, associé à une partie du côté ouest, que le niveau 4F a été éventré. La torsion de la poutre maîtresse nord (poutre 1) indique que le souffle de l'explosion avait pour origine le côté de l'angle nord-ouest.

L’explosion qui a eu lieu de ce côté provenait d’un niveau inférieur à celui de la surface technique (5F). On trouve au niveau 4F les condenseurs de secours, c’est-à-dire le système qui permet de refroidir le cœur automatiquement en cas de panne des pompes. Il est constitué de deux grosses cuves remplies d’eau. En cas d’urgence, la vapeur provenant du réacteur est acheminée directement par des tuyauteries robustes dans les condenseurs où, comme leur nom l’indique, la vapeur d’eau se condense, refroidit, puis revient au cœur à l’état liquide par simple gravité pour continuer le cycle du refroidissement du combustible.

Selon les plans du bâtiment réacteur, les condenseurs se trouvent proches du puits de cuve. L’explosion qui s’est produite au niveau 4F est peut-être liée à un disfonctionnement des condenseurs.

2.7.4. Les panaches

Après les explosions et dans les jours suivants, des panaches de différentes couleurs ont été visibles s’échappant du BR3.

2.7.4.1. Juste après l’explosion

Un panache de couleur blanche, provenait du centre du bâtiment, donc de l'enceinte de confinement. Il indiquait qu'il y avait des fuites de gaz importantes au niveau du puits de cuve sur plusieurs points comme on peut le constater sur cette photo satellite qui a été prise seulement 3 minutes après l’explosion.

Le 27 mars, il a été remarqué que le principal dégagement gazeux provenait de l'angle sud-ouest de la piscine d'équipement (3) qui communique avec le puits de cuve.

(3) La piscine d’équipement se trouve au point 2 du plan d’Oyster Creek présenté au chapitre 1. Cette piscine n’est pas orientée de la même manière à Fukushima, cf. paragraphe 2.7.6.2.

On a observé également un panache blanc au-dessus de la piscine de combustible. Voici une capture d’une vidéo non datée (fin mars ou avril 2011) que nous avons colorisée.

2.7.4.2. Panaches noirs

Le 21 mars, puis le 23, une fumée noire s’échappait du BR3, entrainant l’évacuation d’une partie du personnel. Des photos de Tepco conservent le souvenir de ces évènements.

Cette photo du 21 mars montre un panache gris-noir provenant de la partie nord du bâtiment. Il ne s’agit pas d’un effet de contraste avec le ciel clair car l’évaporation de l’eau de la piscine du réacteur 4 en arrière-plan donne bien un panache de couleur blanche.

Un communiqué de Tepco précisait ce jour-là que de la fumée grise puis noire s’échappait « du toit du réacteur », plus exactement, selon la photo, de l’emplacement de la piscine d’équipement qui, rappelons-le, était vide. On observe également sur cette photo qu’il n’y a pas de panache blanc sortant du BR3.

Deux jours plus tard, on observe ce 23 mars un mélange de deux panaches noir et blanc. Il est possible que le panache blanc soit celui du BR4. A propos de la fumée noire, un porte-parole de Tepco affirmait qu’ils ne savaient pas si elle provenait du bâtiment des turbines ou de l’enceinte de confinement. Manifestement, elle ne provenait pas du bâtiment des turbines.

On peut observer également ce qui ressemble à un panache gris-noir s’échappant de la piscine de combustible sur une photo aérienne prise le 30 mars 2011. Cependant, il est fort probable qu’il ne s’agisse que du reflet du panache blanc sur la surface de l’eau de la piscine ou d’un effet de contraste d’un léger panache blanc à la surface sombre de l’eau de la piscine de combustible.

2.7.4.3. Jet de vapeur

Une vidéo aérienne publiée à l’origine par NHK, puis reprise par des médias étrangers comme CNN ou TV9, montre un jet de vapeur formant un champignon au-dessus du BR3. Ce fait a été considéré par plusieurs observateurs comme l’explosion du BR4. Or la vidéo de cet évènement n’a jamais été diffusée.

En situant exactement les réacteurs à leur place respective, on peut s’apercevoir que cette vapeur sort bien du BR3.

La vidéo, sauvegardée sur différents comptes Youtube, ne mentionne pas la date mais comme le BR4 est encore intact, elle a certainement été tournée le 14 mars après-midi, quelques heures après l’explosion du BR3.

(lien vers la 4ème partie)