Catastrophe de Tchernobyl - Définition et Explications

Introduction

La centrale de Tchernobyl en Europe.

Les centrales nucléaires en Ukraine.

La catastrophe de Tchernobyl est un accident nucléaire (Un accident nucléaire, ou accident radiologique, est un événement qui risque d’entraîner une émission de matières radioactives ou un niveau de...) qui s'est produit le 26 avril 1986 dans la centrale nucléaire (Une centrale nucléaire est un site industriel qui utilise la fission de noyaux atomiques pour produire de la chaleur, dont une partie est transformée en électricité...) Lénine en Ukraine. Cet accident a conduit à la fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une substance constituée de molécules toutes identiques, la fusion s'effectue à température...) du cœur d'un réacteur (Un réacteur peut désigner :), au relâchement de radioactivité (La radioactivité, phénomène qui fut découvert en 1896 par Henri Becquerel sur l'uranium et très vite confirmé par Marie Curie pour le thorium, est un phénomène...) dans l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux...) et à de nombreux décès, survenus directement ou du fait de l'exposition aux radiations. Il est le seul accident classé au niveau 7 sur l'échelle internationale des évènements nucléaires (INES), ce qui en fait le plus grave accident nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) répertorié jusqu'à présent.

La centrale nucléaire Lénine est située sur un affluent (On appelle affluent un cours d'eau qui va se jeter dans un cours d'eau au débit plus important, au niveau d'un point de confluence. (Synonyme :...) du Dniepr (Le Dniepr (en russe : Днепр, Dnepr ; en biélorusse : Дняпро,...) à environ 15 km de Tchernobyl (Ukraine) et 110 km de la capitale (Une capitale (du latin caput, capitis, tête) est une ville où siègent les pouvoirs, ou une ville ayant une prééminence dans un domaine social, culturel,...) Kiev (Kiev (???? - Kyïv en ukrainien, ???? en russe, Kijów en polonais) est la capitale et la plus grande ville de l'Ukraine, c'est aussi le chef-lieu de la région et une des plus anciennes villes de Ruthénie (au...), près de la frontière (Une frontière est une ligne imaginaire séparant deux territoires, en particulier deux États souverains. Le rôle que joue une frontière peut fortement varier suivant les régions et les...) avec la Biélorussie. L'accident de Tchernobyl est la conséquence de dysfonctionnements nombreux et importants : un réacteur mal conçu, naturellement instable dans certaines situations et sans enceinte de confinement ; un réacteur mal exploité, sur lequel des essais hasardeux ont été conduits ; un contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) de la sûreté par les pouvoirs publics inexistant ; une gestion inadaptée des conséquences de l'accident.

Les conséquences de la catastrophe (Une catastrophe est un événement brutal, d'origine naturelle ou humaine, ayant généralement la mort et la destruction à grande échelle pour conséquence.) sont importantes, aussi bien du point (Graphie) de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) sanitaire, écologique, économique que politique. Plus de 200 000 personnes ont été évacuées.

Un rapport de l'AIEA établi en 2005 recense près de 30 morts par syndrome (Un syndrome est un ensemble de signes cliniques et de symptômes qu'un patient est susceptible de présenter lors de certaines maladies, ou bien dans des circonstances cliniques d'écart à la norme...) d'irradiation (En physique nucléaire, l'irradiation désigne l'action d'exposer (volontairement ou accidentellement) un organisme, une substance, d'un corps à un flux de rayonnements ionisants :...) aiguë directement attribuables à l'accident, et estime que le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de morts supplémentaires par cancer (Le cancer est une maladie caractérisée par une prolifération cellulaire anormalement importante au sein d'un tissu normal de l'organisme, de telle manière que la...) dans les populations les plus exposées aux rayonnements (estimé à 4 000 morts d'après les modèles de radioprotection) est trop faible par rapport à la mortalité naturelle (100 000 morts, soit 4% d'acroissement) pour être détectable par les outils épidémiologiques disponibles. Des organisations non gouvernementales avancent des chiffres beaucoup plus importants.

Les causes de la catastrophe

L'accident s'est produit lors d'un exercice qui avait pour but de prouver que l'on pouvait relancer la centrale d'elle-même suite à une perte totale du réseau électrique (Un réseau électrique est un ensemble d'infrastructures permettant d'acheminer l'énergie électrique des centres de production vers les consommateurs d'électricité.). La centrale était pourvue de générateurs diesel, mais ceux-ci mettaient 15 secondes pour démarrer et de 60 à 75 secondes pour arriver à leur puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) maximale. Ce laps de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) étant considéré comme trop grand, l'objectif était d'utiliser l'énergie cinétique (L'énergie cinétique (aussi appelée dans les anciens écrits vis viva, ou force vive) est l’énergie que possède un corps du fait de son mouvement. L’énergie cinétique...) du turbo-alternateur pour relancer les pompes de recirculation primaires pendant cette période. Les réacteurs RBMK sont instables à faible puissance avec du combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se combiner à l'oxygène (qui sert de...) peu enrichi comme c'était le cas. Cet exercice a été conduit à une puissance trop faible et en plein pic Xénon (Le xénon est un élément chimique, de symbole Xe et de numéro atomique 54. Le xénon est un gaz noble, inodore et incolore. Dans une lampe à décharge, il émet une lumière...) et Iode : on qualifie ce phénomène d'« empoisonnement du réacteur ». La conduite à prendre à ce stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et...) aurait été d'arrêter le réacteur pendant 1 à 2 jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure locale) et sa...) en maintenant un refroidissement permanent le temps que l'iode (L'iode est un élément chimique de la famille des halogènes, de symbole I et de numéro atomique 53.) et le xénon se désintègrent naturellement.

Le réactif de l'explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un volume plus grand, généralement sous forme de gaz. Plus cette transformation...) est le liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) caloporteur, en l'espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type » ou « apparence ») est le taxon de base de la systématique. L'espèce est un concept flou dont...) de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) légère. La chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) aurait provoqué la radiolyse de l'eau, puis la recombinaison de l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) et de l'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) libérés aurait provoqué l'explosion qui a soulevé la dalle de béton (Le béton est un matériau de construction composite fabriqué à partir de granulats naturels (sable, gravillons) ou artificiels (granulats légers)...) recouvrant le réacteur. Selon d'autres experts, l'explosion serait une explosion de vapeur (), conduisant aux mêmes conséquences. Le graphite incandescent après l'explosion a fait fondre les crayons d'uranium (L'uranium est un élément chimique de symbole U et de numéro atomique 92. C'est un élément naturel assez fréquent : plus abondant que l'argent, autant que le molybdène ou...), en zirconium et s'en est suivie la fusion de l'uranium lui-même qui dégagea des gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre :...) et particules hautement radioactifs qui ont contribué à la contamination des nuages. L'incendie a été entretenu par la suite par la combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la combustion est vive, elle se traduit par une flamme voire une explosion.) du graphite. L'explosion n'a rien de nucléaire : si le point de départ est bien une réaction nucléaire (Une réaction nucléaire est une transformation d'un ou plusieurs noyaux atomiques, elle se distingue d'une réaction chimique qui concerne les électrons ou les liaisons entre les atomes. Dans une...) en chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :), c'est bien une réaction chimique, et non nucléaire qui a provoqué la catastrophe.

Suite à l'accident, de grandes quantités de radioisotopes, radioactifs (et pour certains, extrêmement toxiques de surcroît), ont été libérées dans l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :). L'accident qui s'est produit à la centrale nucléaire de Tchernobyl (La centrale nucléaire de Tchernobyl, aussi appelée centrale nucléaire Lénine, est une centrale nucléaire actuellement à l'arrêt,...) dans le réacteur n°4 est ainsi classé au niveau le plus élevé (le niveau 7) dans l’échelle INES qui mesure la gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) des accidents nucléaires.

Conception et construction du réacteur

Schéma de principe d'un RBMK

Le réacteur de la tranche n^o 4 est de type RBMK 1000 (réacteur de grande puissance à tubes de force). Par sa conception, ce type de réacteur présente plusieurs points faibles :

• Son coefficient (En mathématiques un coefficient est un facteur multiplicatif qui dépend d'un certain objet, comme une variable (par exemple, les coefficients d'un polynôme), un espace vectoriel, une fonction de base...) de vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.) est positif à basse puissance et dans certaines conditions de fonctionnement (contrairement aux réacteurs RBMK plus récents) : si des bulles se forment dans le fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et les liquides, qui sont des...) caloporteur, la réaction tend à s'emballer. Les opérateurs de la centrale n'en étaient pas au courant. Cet état de fait a les origines suivantes.
  • D'une part, le modérateur prépondérant est le graphite qui est solide et peu sensible en volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) aux variations de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est...).
  • D'autre part, pour pouvoir utiliser de l'uranium 235 peu enrichi, le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est...) en fonctionnement est proche de l'optimum de modération.
  • Ces dispositions étaient considérées comme bonnes par les concepteurs parce qu'elles rendent le réseau relativement peu sensible aux variations du taux de vide dans le cours du fonctionnement normal du réacteur. En effet, le taux de vide est variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle est utilisée pour marquer un rôle dans une formule, un...) en fonctionnement; plus la puissance est élevée, plus la pression de vapeur (La pression de vapeur est la pression partielle de la vapeur d'un corps présent également sous forme liquide ou solide.) est basse et plus le taux de vide est élevé dans le cœur. Dès lors si l'augmentation du taux de vide déprime fortement la réactivité (soit un effet de vide fortement négatif), une augmentation de la puissance nécessite une manœuvre importante des absorbants de contrôle pour compenser et accompagner la montée en puissance du réacteur. A contrario une relative insensibilité de la réactivité du cœur au taux de vide facilite la régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se rattache au plan scientifique à l'automatique.) d'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...) en limitant la nécessité de faire varier trop fréquemment la réactivité du cœur au moyen des absorbants de contrôle ce qui est une bonne chose du point de vue de la régulation d'ensemble de la centrale.
  • Dans certaines configurations toutefois on peut se trouver avec un cœur surmodéré dans lequel la disparition d'atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner...) d'hydrogène modérateurs et celle d'atomes d'oxygène absorbants, induites par l'augmentation du taux de vide dans le cœur, provoquent une augmentation de la réactivité.
• Le réacteur se retrouve donc à un niveau de puissance faible pour commencer l'expérience dans lequel il est instable : le coefficient de vide était positif c’est-à-dire que plus le réacteur chauffait, plus il produisait de vapeur et plus la réactivité augmentait, le système était divergent. Ce phénomène dû à la conception est pourtant bien connu, c’est pourquoi il était interdit de maintenir le réacteur dans cet état.
• Le graphite utilisé comme modérateur est inflammable à haute température.
• Le système d'arrêt d'urgence du réacteur est particulièrement lent (20 secondes). Ce système d'arrêt d'urgence est assuré par le déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense déplaçant la valeur,...) de barres modératrices, dites barres de contrôle, qui descendent dans le cœur du réacteur. En outre, dans certaines situations les barres de contrôle accroissent la réactivité durant la première phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) de leur descente dans le cœur. Cette particularité a été un facteur aggravant de l'accident car les opérateurs ont ainsi été trompés : ils disposaient sans le savoir d'un accélérateur et non pas d'un frein (Un frein est un système permettant de ralentir, voire d'immobiliser, les pièces en mouvement d'une machine ou un véhicule en cours de déplacement.) de la réaction nucléaire en chaîne. Dans les centrales du même type que les centrales françaises, ces barres descendent sous la seule action de la gravité en cas d'urgence. De ce fait, elles mettent environ 1 seconde à atteindre leur efficacité maximale.
• La centrale de Tchernobyl n'avait pas d'enceinte de confinement, contrairement à la plupart des centrales actuelles ; c'est ce qui a permis aux rejets radioactifs de s'échapper aisément dans l'environnement.

Outre ces problèmes de conception, la construction de la centrale a été réalisée sans respecter les normes en vigueur. Un rapport confidentiel de 1979, signé par le directeur du KGB Iouri Andropov et cité (La cité (latin civitas) est un mot désignant, dans l’Antiquité avant la création des États, un groupe d’hommes sédentarisés libres (pouvant avoir des esclaves), constituant une société...) par Nicolas Werth, souligne que « divers chantiers de construction réalisant le bloc n^o 2 de la centrale atomique de Tchernobyl mènent leurs travaux sans aucun respect des normes, des technologies de montage et de construction définies dans le cahier des charges (Un cahier des charges est un document visant à définir exhaustivement les spécifications de base d'un produit ou d'un service à réaliser. Outre les...)».

En 1983, l'« acte de mise en exploitation expérimentale » du réacteur n^o 4 de la centrale de Tchernobyl est signé alors que « toutes les vérifications n'avaient pas été achevées ».

Cause directe de l'accident

Une expérience était prévue sur le réacteur n^o 4, pour tester l'alimentation électrique (Le terme d'alimentation électrique désigne un ensemble de systèmes capables de fournir de l'électricité aux appareils fonctionnant avec cette énergie.) de secours qui permet au réacteur de fonctionner en toute sécurité pendant une panne de courant. La puissance thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant différents...) du réacteur avait été réduite de 3 200 MW à 1 000 MW dans le cadre de ce test dans la nuit du 24 au 25 avril. L'expérience était initialement prévue dans la journée du 25 avril, mais une autre centrale électrique (Une centrale (de production d'énergie) électrique est un site industriel destiné à la production d'électricité. Les centrales électriques...) tombe en panne et le centre de régulation de Kiev demande de retarder l'expérience car son énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) est nécessaire pour satisfaire la consommation électrique de la soirée. A 23 h 04, le centre de régulation de Kiev donne l'autorisation de reprendre l'expérience.

L'accident s'est alors produit suite à une série d'erreurs commises par les techniciens de la centrale en supprimant volontairement plusieurs sécurités. Les opérateurs ont notamment violé des procédures garantissant la sécurité du réacteur et donc de la centrale. Enfin, depuis sa mise en service en 1977, la centrale est dirigée par Viktor Petrovitch Brioukhanov, un ingénieur (« Le métier de base de l'ingénieur consiste à résoudre des problèmes de nature technologique, concrets et souvent complexes, liés à la conception, à la réalisation et à la mise en œuvre de...) en thermodynamique (On peut définir la thermodynamique de deux façons simples : la science de la chaleur et des machines thermiques ou la science des grands systèmes en équilibre. La première définition est...) et non un spécialiste du nucléaire. Il fait partie d'une génération d'hommes promus grâce à « leur volontarisme militant, qui consistait d'abord et avant tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) à remplir et dépasser le plan de production, nonobstant le respect des normes de construction ou de sécurité ».

Chronologie des événements

Le test prévoyait que la puissance du réacteur soit située entre 700 et 1 000 MW. La puissance de 700 MW est atteinte le 26 avril à 0 h 05 mais continue à baisser. Lorsqu'elle atteint environ 500 MW, le responsable du régime du réacteur, Leonid Toptunov commet une erreur en insérant les barres de contrôle trop loin. Ceci conduit à la chute de la puissance de sortie qui atteint 30 MW, provoquant un empoisonnement du réacteur au xénon. Les opérateurs essaient alors de rétablir la puissance, mais le xénon-135 accumulé absorbe les neutrons et limite la puissance à 200 MW. Pour débloquer la situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un espace par rapport à son environnement proche ou non. Il inscrit un lieu dans un cadre plus général...), les opérateurs retirent les barres de carbure (Un carbure est un composé chimique du carbone avec un deuxième élément chimique autre que l’oxygène. Ils présentent donc une formulation générale...) de bore (Le bore est un élément chimique de symbole B et de numéro atomique 5.), qui servent (Servent est la contraction du mot serveur et client.) à contrôler la température du réacteur, au-delà des limites de sécurité autorisées.

Le 26 avril 1986, entre 01 h 03 et 01 h 07, deux pompes supplémentaires du circuit de refroidissement sont enclenchées pour essayer de faire augmenter la puissance du réacteur. Le flot supplémentaire entraîne une hausse de la température dans les échangeurs de chaleur. A 01 h 19, pour stabiliser le débit (Un débit permet de mesurer le flux d'une quantité relative à une unité de temps au travers d'une surface quelconque.) d'eau arrivant dans les séparateurs de vapeur, la puissance des pompes est encore augmentée et dépasse la limite autorisée. Le système demande l'arrêt d'urgence. Les signaux sont bloqués et les opérateurs décident de continuer.

L'essai proprement dit débute à 01 h 23 et 4 s. Les vannes d'alimentation en vapeur de la turbine (Une turbine est un dispositif rotatif destiné à utiliser la force d'un fluide (eau, vapeur, air, gaz de combustion), dont le couple est transmis au moyen...) sont fermées, ce qui a fait augmenter la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) dans le circuit primaire. Les générateurs diesel démarrent et atteignent leur puissance nominale à 01 h 23 et 43 s. Durant ce temps, l'alimentation des pompes était fournie par l'arrêt des turbo-alternateur. Le débit d'eau passant dans le réacteur décroit au fur (Fur est une petite île danoise dans le Limfjord. Fur compte environ 900 hab. . L'île couvre une superficie de 22 km². Elle est située dans la...) et à mesure de la baisse de régime des turbo-alternateur, ce qui provoque la formation de bulles dans le liquide de refroidissement (Le liquide de refroidissement est un liquide utilisé dans un circuit fermé dans le but d'évacuer des calories créées sous forme de chaleur. Le plus souvent, il s'agit d'eau avec un additif permettant d'augmenter...). À cause du coefficient de vide positif, le réacteur entre dans une rétro-action positive, entrainant une rapide montée de la puissance du réacteur.

A 01 h 23 et 40 s l'opérateur (Le mot opérateur est employé dans les domaines :) en chef ordonne l'arrêt d'urgence. Les barres de contrôle sont descendues, sans grand effet : en effet, le réacteur est déjà bien trop chaud, ce qui a déformé les canaux destinés aux barres de contrôle ; celles-ci ne sont descendues qu'à 1,50 m au lieu des 7 m normaux. A 01 h 23 et 44 s la radiolyse de l'eau conduit à la formation d'un mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est...) détonnant d'hydrogène et d'oxygène. De petites explosions se produisent, éjectant les barres permettant le contrôle du réacteur. « En 3 à 5 secondes, la puissance du réacteur centuple ». Les 1 200 tonnes de la dalle de béton recouvrant le réacteur sont projetées en l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser les cabines des avions et autres...) et retombent de biais sur le cœur de réacteur, qui est fracturé par le choc (Dès que deux entitées interagissent de manière violente, on dit qu'il y a choc, que ce soit de civilisation ou de particules de hautes énergies.).

Un incendie très important se déclare, tandis qu'une lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde...) aux reflets bleus se dégage du trou formé.

Les techniciens présents sur place, ainsi que Brioukhanov réveillé à 1 h 30, ne saisissent pas immédiatement l'ampleur de la catastrophe. Ce dernier appelle le ministère de l'Énergie à 4 h en déclarant que « Le cœur du réacteur n'est probablement pas endommagé ». Il reçoit pour ordre de maintenir le refroidissement par eau du réacteur; cet ordre, que Brioukhanov persistera à appliquer toute la journée, n'aura pour effet que de libérer plus de radio-éléments dans l'atmosphère et de noyer (Le noyer (Juglans) est un genre de plantes appartenant à la famille des Juglandacées, originaire des régions tempérées et chaudes principalement de l'hémisphère nord (Eurasie, Amérique du Nord).) les installations souterraines communes aux réacteurs 3 et 4, menaçant gravement le fonctionnement et l'intégrité du réacteur 3. L'ingénieur en chef responsable du réacteur 3 prendra, au cours de la journée et contre les directives de Brioukhanov, la décision de faire passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) ce réacteur en arrêt à froid (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.), permettant ainsi de le sauver d'une destruction certaine, au vu de la destruction progressive des installations.