Centrale nucléaire de Fukushima Daiichi

La centrale est équipée de réacteurs nucléaires appelés « réacteurs à eau bouillante » (REB). Le fluide qui traverse le cœur est de l'eau déminéralisée qui, portée à ébullition au contact des barres de combustible, se transforme en vapeur et actionne des turbo-alternateurs pour produire de l'électricité[Note 2].

Fukushima I est équipée de six réacteurs, mis en service entre 1971 et 1979, dont cinq selon l'architecture Mark 1. Ils ont été construits par General Electric,Toshiba et Hitachi.

Le réacteur n^o 3 de Fukushima I présente une singularité : il a été rénové pour recevoir du combustible MOX ; l'enceinte de confinement primaire du cœur a été changée à la fin des années 1990, de même que d'autres composants principaux internes (en acier inoxydable type 304 (SS), remplacés par des pièces en acier spécial (à faible teneur en carbone ; de type inox 316 L) pour diminuer la « corrosion inter-granulaire » des métaux du cœur du réacteur (IGSCC) exposés à une radioactivité, des pressions et températures élevées dans l'eau[16].

Schéma de principe du refroidissement d’un réacteur à eau bouillante[17]

Vue schématique d’un réacteur à eau bouillante (REB) Mark I tels que sont les réacteurs n^o 1 à 5 de la centrale de Fukushima I. Ce sont des réacteurs en acier spécial, à enceinte de confinement en béton et à piscine de condensation en acier de forme torique (structure en anneau sous le réacteur, WW). C’est la partie haute du bâtiment qui a été soufflée par l’explosion due à la formation d'hydrogène. La piscine d'entreposage (SFP[Note 3]) se trouve en haut, hors de l'enceinte de confinement. La partie haute de l'enceinte de confinement (SCSW) peut être démontée pour permettre le transfert du combustible sous eau.

Chaque réacteur contient une cuve d'acier étanche, épaisse de 16 centimètres, qui enferme un ensemble de tubes d'alliage de zirconium (dits « crayons ») verticaux parallèles remplis d'uranium enrichi, le combustible nucléaire radioactif. Cette partie est appelée le cœur du réacteur. Chaque tube, d'environ 4 mètres de long, contient un empilement d'environ 360 pastilles de combustible ici sous forme de céramique[18]. À titre de comparaison, une pastille de 7 grammes peut libérer autant d'énergie qu'une tonne de charbon[19].

Certains noyaux des atomes composant le combustible sont fissionnés quand ils sont frappés par des neutrons. Cette réaction nucléaire dégage une forte énergie et libère elle-même des neutrons entretenant ainsi une réaction en chaîne tant que les conditions nécessaires sont réunies. Quand le réacteur fonctionne, de l'eau circule dans la cuve ; elle est chauffée et transformée en vapeur au contact des crayons de combustible nucléaire[Note 4].

Pour maîtriser la réaction en chaîne, on utilise des grappes de barres mobiles verticales (généralement appelées « barres de contrôle ») qui ont la propriété d'absorber les neutrons. Dans un REB, elles sont situées en dessous du cœur et doivent être soulevées pour ralentir la réaction. Leur remontée totale dans le cœur, en cas d'urgence par exemple, permet d'arrêter totalement la réaction en chaîne.

Selon TEPCO[18], la dispersion des matières radioactives peut être freinée par cinq barrières en cas d'accident :

1. la céramique des pastilles de combustible leur permet de résister aux hautes températures et à la corrosion ;
2. les tubes métalliques contenant ces pastilles sont étanches et piègent en partie haute les gaz qui s'échappent des pastilles ;
3. la cuve en acier qui abrite le cœur du réacteur constitue une troisième barrière ;
4. l'enceinte de confinement d'une épaisseur de quatre centimètres qui entoure le réacteur constitue la quatrième barrière ;
5. enfin cette enceinte est elle-même englobée dans un bâtiment dont les parois de béton ont une épaisseur de 1,5 mètre.

Dans le cas des réacteurs de la centrale de Fukushima I, l'enceinte de confinement en béton entourant la cuve est en communication via des tuyauteries de fort diamètre avec un tore placé en partie inférieure et contenant de l'eau froide et réfrigérée par un circuit externe dans laquelle les dites tuyauteries plongent. Ce système dit « de barbotage » permet de condenser la vapeur éventuellement présente dans le compartiment entourant la cuve du réacteur de façon à prévenir une augmentation excessive de pression. La réserve d'eau de barbotage sert également à condenser la décharge des soupapes de sûreté placées en amont des vannes d'isolement vapeur[20], vannes qui doivent se fermer à la demande, en 3 à 5 secondes en cas de nécessité[21]. Les éventuelles « décharges » de gaz ou de vapeur destinées à décomprimer l'enceinte de confinement sont faites grâce à une (ou plusieurs) lignes d'évents du tore de barbotage.

Les installations comportent en outre des bassins remplis d'eau (appelés « piscines ») destinés à l'entreposage à long terme des éléments combustibles usés déchargés des réacteurs, en vue de leur refroidissement. Dans ces piscines, la puissance thermique résiduelle des éléments combustibles décroît durant des durées variables jusqu'à rendre possible leur évacuation vers les centres de retraitement ou de stockage. Ces derniers s'effectuent en conteneur blindé sous air maintenu en légère dépression.

Les caractéristiques détaillées de chaque réacteur sont données ci-après[22] - [23].

L’enveloppe du cœur du réacteur n^o 3 a été changée à la fin des années 1990, de même que d’autres composants principaux internes en acier inoxydable du type 304 (norme AISI-SAE) qui ont été remplacés par des pièces en acier inoxydable du type 316 L à plus faible teneur en carbone et plus forte teneur en nickel pour diminuer la corrosion intergranulaire des métaux du cœur du réacteur (IGSCC)[24].

La compagnie d'électricité japonaise TEPCO a indiqué qu'il était possible qu'en 1978 l'une des barres de combustible nucléaire soit tombée dans le cœur d'un réacteur de l'unité n^o 3 de la centrale, ce qui pourrait avoir provoqué une réaction de fission nucléaire spontanée ayant atteint un stade critique[25].

Un scandale qui éclate en 2002 révèle que TEPCO a, durant les années 1980 et 1990, falsifié une trentaine de rapports d'inspection constatant des fissures ou des corrosions sur les enveloppes des réacteurs dont ceux de la centrale de Fukushima. La direction de TEPCO doit démissionner et plusieurs réacteurs sont alors fermés[26] - [27]. En 2007, on apprend que TEPCO a en fait dissimulé 199 incidents entre 1984 et 2002[28].

Dans un rapport remis le 28 février 2011 à l'Agence japonaise de sûreté nucléaire, TEPCO admet avoir de nouveau falsifié plusieurs rapports d'inspection: elle n'a en réalité pas contrôlé trente-trois éléments des six réacteurs de Fukushima-Daiichi. Parmi ceux-ci figurent un moteur et un générateur électrique d'appoint pour le réacteur n^o 1, ainsi qu'un tableau électrique qui n'avait pas été vérifié depuis 11 ans[29] - [30] - [31].

Le 31 mars, le Wall Street Journal révèle que les plans de gestion d'urgence de TEPCO, quoique conformes à la législation japonaise, ne correspondent qu'à des incidents mineurs, ce qui n'a pas permis à l'opérateur de réagir efficacement durant les premiers jours de la crise. Interrogé sur cette question, un porte-parole de l'Agence japonaise de sûreté nucléaire déclare : « Nous sommes douloureusement conscients que ces plans étaient insuffisants »[32] - [33].

Après l'irradiation de trois sous-traitants le 24 mars, l'Agence japonaise de sûreté nucléaire notifie immédiatement à l'opérateur de revoir ses mesures de radioprotection sur le site[34]. Malgré cela la chaîne de télévision japonaise NHK révèle le 31 mars que la dosimétrie des travailleurs sur le site n'est pas précisément suivie car TEPCO n'a plus assez de dosimètres. Cela déclenche des réactions furieuses de la part des autorités japonaises[35].

Le 29 décembre 2011, NHK World révèle que les générateurs de secours, tombés en panne lors de l'accident nucléaire de Fukushima, avaient déjà subi une inondation 20 ans plus tôt à la suite d'une fuite d'eau. À cette occasion, deux des générateurs de secours étaient tombés en panne. Malgré cet incident, TEPCO avait seulement fait installer des portes étanches mais n'avait cependant pas déménagé en hauteur ces générateurs[36].

En mars 2007, la centrale nucléaire de Shika (exploitée par la Compagnie d'électricité Hokuriku) subit un tremblement de terre, sans dégât annoncé. En juillet, un autre séisme provoqua un incendie (et des fuites radioactives limitées) à la centrale de Kashiwazaki-Kariwa (exploitée par TEPCO). Ces problèmes provoquent au Japon une controverse sur le risque nucléaire en cas de tremblement de terre : « Le 25 mars, la centrale de Shika, exploitée par la Hokuriku Electric Power Co., a été affectée par un tremblement de terre qui n'était pas supposé pouvoir arriver. »[37] Les défaillances de l'Agence japonaise de sûreté nucléaire, des exploitants japonais en général, et de TEPCO en particulier sont pointées du doigt[38].

C'est également en 2007 que TEPCO réalise une étude sur le risque d'un tsunami de grande ampleur. L'étude estime ce risque à 10 % sur cinquante ans. TEPCO décide de le négliger, arguant que « cette estimation ne faisait pas consensus parmi les experts »[39].

Un comité d'experts est alors chargé de revoir les normes anti-sismiques. En août 2007, Katsuhiko Ishibashi, un sismologue japonais réputé, démissionne de ce comité : pour lui, les nouvelles normes ne sont pas assez strictes et ne garantiront pas la sûreté. Il écrit alors : « À moins de prendre des mesures radicales pour réduire la vulnérabilité des centrales nucléaires en cas de séisme, le Japon pourrait subir une réelle catastrophe nucléaire dans un proche avenir »[40] - [41].

Selon The Daily Telegraph, un document communiqué par WikiLeaks montrerait qu'un expert de l'Agence internationale de l'énergie atomique (AIEA) a en décembre 2008 averti le Japon du caractère obsolète de ses critères de sécurité ; les réacteurs japonais, dont ceux de Fukushima, ne pouvant résister au maximum qu'à des séismes de magnitude 7 (le séisme du 11 mars 2011 était de magnitude 9). Plutôt que de contraindre les exploitants à renforcer leurs installations, le gouvernement japonais réagit en mettant sur pied un centre de réponse aux urgences sur le site de Fukushima[42] - [43].

Lorsque la construction de la centrale nucléaire commence en 1967, l'estimation retenue pour la hauteur potentielle maximale d'un tsunami sur le site dépasse à peine trois mètres[44]. Les autorités de TEPCO indiqueront plus tard que le mur de protection à Fukushima était conçu pour résister à des tsunamis déclenchant des vagues hautes de 5,7 mètres.

Les connaissances scientifiques évoluent, et dans un rapport publié en juillet 2002, une commission publique de sismologues estime à 20 % la probabilité qu’un tremblement de terre de magnitude 8 déclenche un redoutable tsunami au large du littoral au cours des trois décennies suivantes. L'Agence de sûreté nucléaire et industrielle demande alors à TEPCO d'effectuer une simulation de tsunami pour Fukushima Daiichi et d'autres centrales, mais TEPCO refuse jusqu'en 2008. La conclusion de sa simulation est alors qu'un tsunami consécutif à un fort séisme atteindrait une hauteur de 15,7 mètres, suffisante pour inonder la centrale. Pourtant, TEPCO ne fait rien pour réduire le risque, et attend le début d'année 2011 pour informer l'ASNI des conclusions de l'étude[44]. En mars 2011, les vagues atteignent la hauteur de 14 mètres du fait de leur énergie cinétique.

• Séisme de 2011 de la côte Pacifique du Tōhoku
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• Liste d’accidents nucléaires
• Décontamination à la suite de la catastrophe de Fukushima (en)
• Accident nucléaire de Fukushima

• Infographie animée : comprendre l'accident de Fukushima-Daiichi en 3 minutes
• (en) Page descriptive sur Fukushima Daiichi
• (en) Les centrales nucléaires de Tepco
• Vue satellite de la centrale de Fukushima-Daiichi, Wikimapia
• informations mises à jour sur l'accident nucléaire à cette centrale à la suite du séisme et du tsunami (ACRO)
• (en) État de la situation au 2011-04-05, 20h00 heure locale, vu par le Forum japonais de l'industrie atomique (Japan Atomic Industrial Forum, Inc).