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...) 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...) 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...) 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...) dans l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...) 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...) du Dniepr (Le Dniepr (en russe : Днепр, Dnepr ; en...) 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,...) Kiev (Kiev (???? - Kyïv en ukrainien, ???? en russe, Kijów en polonais) est la capitale et la plus...), près de la frontière (Une frontière est une ligne imaginaire séparant deux territoires, en particulier deux...) 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...) 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...) 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...) 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...) d'irradiation (En physique nucléaire, l'irradiation désigne l'action d'exposer (volontairement ou...) aiguë directement attribuables à l'accident, et estime que le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de morts supplémentaires par cancer (Le cancer est une maladie caractérisée par une prolifération cellulaire anormalement...) 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...). 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...) 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...) 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...) 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...) 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...) 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...) 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...) 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...) est le liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...) caloporteur, en l'espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type »...) de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) légère. La chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent :...) 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...) libérés aurait provoqué l'explosion qui a soulevé la dalle de béton (Le béton est un matériau de construction composite fabriqué à partir de...) 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...), en zirconium (Le zirconium est un élément chimique, de symbole Zr et de numéro atomique 40.) 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...) 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...) 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...) 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,...) 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...) 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...) 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...) aux variations de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...).
  • D'autre part, pour pouvoir utiliser de l'uranium 235 (L'uranium 235, noté 235U, est l'isotope de l'uranium dont le nombre de masse est égal...) peu enrichi, le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des...) 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...) 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...) 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...) d'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) 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...) 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...) 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...) 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...) 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...) 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...)».

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...) 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...) 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...) tombe en panne et le centre de régulation de Kiev demande de retarder l'expérience car son énergie 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...) en thermodynamique (On peut définir la thermodynamique de deux façons simples : la science de la chaleur...) 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...) 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...), les opérateurs retirent les barres de carbure (Un carbure est un composé chimique du carbone avec un deuxième élément chimique...) 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'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,...) sont fermées, ce qui a fait augmenter la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) 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...) 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...). 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...) 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...) 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...).

Un incendie très important se déclare, tandis qu'une lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) 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 (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) 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,...) 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...) 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.