Three Mile Island - Définition et Explications

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Introduction

Centrale nucléaire de Three Mile Island avec ses 4 tours de réfrigération. Les réacteurs nucléaires sont contenus dans les deux dômes en béton
Le réacteur (Un réacteur peut désigner :) TMI-2, qui a subi l'accident de fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état...) du cœur, est à l'arrière plan

Three Mile Island est une île (Une île est une étendue de terre entourée d'eau, que cette eau soit celle d'un cours d'eau, d'un...) de 3,3 km2 sur la rivière (En hydrographie, une rivière est un cours d'eau qui s'écoule sous l'effet de la...) Susquehanna, près de Harrisburg, Pennsylvanie aux États-Unis. Son nom est associé à un accident nucléaire (Un accident nucléaire, ou accident radiologique, est un événement qui risque...) qui s'est produit le 28 mars 1979 dans la centrale nucléaire (Une centrale nucléaire est un site industriel qui utilise la fission de noyaux atomiques pour...) de l'île, lorsque, à la suite d'une chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) d'évènements accidentels, le cœur du réacteur de type réacteur à eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) pressurisée, appelé TMI-2, a en partie fondu. Cet accident a été classé au niveau 5 de l'échelle internationale des événements nucléaires (INES).

L'accident nucléaire de Three Mile Island

Il a commencé par la perte d’étanchéité de l’enceinte du circuit d’eau primaire (2ième barrière de protection), une vanne de décharge du pressuriseur étant restée bloquée en position ouverte. A la suite d’actions inadaptées, le refroidissement du cœur n’a plus été assuré, entraînant la fusion d’une partie du combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se...), c’est-à-dire la perte de la 1ière barrière de protection. L’enceinte de confinement, 3ième barrière, a joué parfaitement son rôle à l’exception d’un léger rejet radioactif (limité en importance et en durée).

Quand six ans plus tard, il a été possible de pénétrer dans l’enceinte, une caméra (Le terme caméra est issu du latin : chambre, pour chambre photographique. Il désigne un appareil...) introduite dans la cuve a montré qu’une partie significative du combustible avait fondu mais qu’il n’avait pas traversé la cuve, le corium s’est stratifié en fond de cuve sans provoquer d’explosion.

De nombreuses leçons ont été tirées de cet accident dont la prise en considération des accidents graves. Une analyse systématique (En sciences de la vie et en histoire naturelle, la systématique est la science qui a pour...) de nombreux scénarios a été étudiée de façon à identifier et à prendre en compte tous les évènements susceptibles de conduire à une fusion du cœur et/ou à la défaillance du confinement.

Les premières minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un...) de l'accident

Les pompes principales d'alimentation en eau du système de refroidissement secondaire (ou circuit secondaire) tombèrent en panne vers 4 heures du matin (t = 0) le 28 mars 1979. Cette panne modifia instantanément les conditions thermodynamiques dans le générateur de vapeur (), diminuant sa capacité à refroidir le système de refroidissement primaire (circuit primaire). La pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) dans le circuit primaire (qui traverse (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C'est une pièce posée en travers de...) le cœur) augmenta alors immédiatement à cause de la hausse de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...). Afin d'éviter que la pression n'augmente trop, la soupape (Une soupape est un organe mécanique servant à fermer et ouvrir une chambre ou un conduit à la...) de décharge du pressuriseur du circuit primaire s'ouvrit automatiquement (t = 3s) puis la turbine (Une turbine est un dispositif rotatif destiné à utiliser la force d'un fluide (eau, vapeur, air,...) et le réacteur se coupèrent automatiquement (t = 8s). Cette soupape aurait dû ensuite se fermer dès que la pression serait redescendue, mais malgré l’ordre automatique (L'automatique fait partie des sciences de l'ingénieur. Cette discipline traite de la...) de fermeture (Le terme fermeture renvoie à :), ce ne fut pas le cas. Facteur aggravant, les voyants des opérateurs montrèrent la soupape en position fermée (le voyant indiquait en fait que l'ordre de fermeture avait été donné, mais pas que la manœuvre avait été réalisée). Par conséquent, la pression continua de diminuer dans le circuit primaire, qui se vidait par cette soupape restée ouverte (perte de la seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...) barrière de confinement).

La baisse de pression dans le circuit primaire entraîna le démarrage automatique du circuit d'injection (Le mot injection peut avoir plusieurs significations :) de sécurité (t = 2min 01s), chargé d'amener de l'eau dans le circuit primaire. Cependant, en même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) que la pression baissait, des « vides » (de la vapeur d’eau en fait) se formaient dans le circuit primaire. Ces vides générèrent des mouvements d’eau complexes qui, paradoxalement, remplirent le pressuriseur en eau (pourtant en haut du circuit). L’opérateur, ayant l’information que le pressuriseur était plein, en conclut par erreur que tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) le circuit primaire l’était également et arrêta manuellement le circuit d’injection de sécurité (t = 4min 38s). Peu de temps après, l’eau commença à bouillir à la sortie du cœur (t = 5min 30s).

Parallèlement, un autre problème était apparu ailleurs :

  • Le système de secours de refroidissement en eau des générateurs de vapeur avait été testé 42 heures avant l'accident. Lors de ce test, une vanne avait été fermée, et devait être rouverte à la fin du test. Mais cette fois, suite à une négligence humaine ou administrative, la vanne ne fut pas rouverte, empêchant le système de refroidissement de secours de fonctionner. La vanne fermée fut finalement découverte et ouverte manuellement (t = 8min 18s), permettant au système de secours de fonctionner correctement, de refroidir les générateurs de vapeur, et par conséquent le circuit primaire.
  • Le mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses...) de vapeur et d’eau qui s’échappait de la soupape du pressuriseur était dirigé vers un réservoir de décharge. Or, au bout d’un certain temps (t = 14min 48s), ce réservoir fut complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou...) plein, amenant à la rupture des disques de décharge prévus pour cette situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un...). À partir de cet instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas...), le circuit primaire se vidait directement dans l’enceinte de confinement (troisième et dernière barrière de confinement de la radioactivité).

Pendant les heures qui suivent

Après plus d’une heure (L'heure est une unité de mesure  :) de lente (La Lente est une rivière de la Toscane.) augmentation de la température et de vidange du circuit primaire, les pompes du circuit primaire commencèrent à trembler parce qu'elles pompaient plus de vapeur que d’eau. Elles furent alors coupées (t = 1h13 pour la première, t = 1h40 pour la seconde), car la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) prévoyait que la convection (La convection est un mode de transfert d'énergie qui implique un déplacement de...) naturelle permettrait à l'eau de continuer à circuler. En réalité la circulation (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles...) fut quasiment stoppée par l’hydrogène déjà piégé dans les générateurs de vapeur, et l’évaporation de l’eau du circuit primaire s’accéléra encore. Au même moment, le haut du cœur commença à émerger de l'eau. La température favorisa la réaction entre la vapeur et le revêtement en zirconium (Le zirconium est un élément chimique, de symbole Zr et de numéro atomique 40.) du combustible, formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de...) de l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.), dégradant fortement la gaine du combustible et amenant au relâchement d’éléments radioactifs dans le circuit primaire (perte de la première barrière de confinement).

Mais en salle de commande (Commande : terme utilisé dans de nombreux domaines, généralement il désigne un ordre ou un...) les opérateurs commencèrent à réagir. Pour comprendre l’enchaînement de cet accident, il faut bien comprendre que les opérateurs étaient pratiquement aveugles (noyés sous le flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...) d'alarmes) et n'étaient pas en mesure de comprendre ce qui se passait (situation très complexe, stress (Le stress (« contrainte » en anglais), ou syndrome général...), pression, trop de monde (Le mot monde peut désigner :) en salle des commandes, etc.).

Une vanne d’isolement située en aval de la soupape du pressuriseur fut fermée, ce qui arrêta enfin la vidange du circuit primaire (t = 2h22). Ensuite, les opérateurs décidèrent également de démarrer une pompe (Une pompe est un dispositif permettant d'aspirer et de refouler un fluide.) du circuit primaire (t = 2h54) alors qu’il ne devait rester environ qu’un mètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du...) d’eau dans le cœur : le mouvement de brassage dégrada fortement les éléments combustibles, en grande partie émergés et extrêmement chauds (voire déjà partiellement fondus).

La pompe fut finalement arrêtée (t = 3h12), et les opérateurs décidèrent de rouvrir 5 minutes la vanne d’isolement qui fermait la soupape du pressuriseur. Le circuit primaire recommença à se vider dans l’enceinte, mais cette fois-ci avec de l’eau très fortement contaminée, ce qui déclencha les alarmes d’irradiation. Comprenant alors que le cœur avait été fortement dégradé et que le circuit manquait donc sûrement d’eau (et commençant à comprendre la situation), les opérateurs remirent en service l’injection de sécurité (t = 3h20), remettant le cœur, en partie fondu, sous eau. En faisant cela, ils prenaient le risque de générer une explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un...) de vapeur ou de provoquer la rupture de la cuve à cause du choc (Dès que deux entitées interagissent de manière violente, on dit qu'il y a choc, que ce soit de...) thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de...), mais rien de tout cela n’arriva : la cuve tint bon et le cœur fut de nouveau sous eau (t = 3h45), stabilisant la situation.

Le circuit d’injection de sécurité envoyant de l’eau à très haute pression dans le circuit primaire, il fallut, dans les heures qui suivirent (entre t = 5h et t = 9h), ouvrir et fermer successivement la vanne d’isolement afin de maintenir une pression acceptable (ce qui était le rôle de la soupape défaillante normalement). Ceci amena (Orange est aujourd’hui une marque commerciale propriété de l'entreprise internationale...) encore à relâcher des centaines de mètres cubes d’eau contaminée dans l’enceinte de confinement.

Dernier évènement majeur (t = 9h50) : l’hydrogène, généré par la réaction entre la vapeur d’eau et le zirconium du combustible puis relâché dans l’enceinte de confinement, explosa, mais sans faire de dégât particulier (le seul indice de cet évènement fut la détection d’un pic de pression dans l’enceinte de confinement).

Pendant les heures qui suivirent, les opérateurs tâchèrent de remplir le circuit primaire en eau, ce qui fut difficile puisque de grandes quantités d’hydrogène étaient piégées dans les points hauts des générateurs de vapeur. Enfin, la situation se stabilisa, et les pompes du circuit primaire furent remises en service (t = 15h49). L’état du réacteur était très dégradé, mais permettait néanmoins de refroidir le combustible. Celui ci a pu fonctionner durant des années.

Bilan des études postérieures à l'accident

Des années d’études sur cet accident ont permis de découvrir qu’au final :

  • 50% du cœur avait fondu
  • 20% avaient coulé au fond de la cuve, qui a pourtant résisté !

À côté de cet enchaînement de défaillances mécaniques, d’erreurs humaines et de défauts de conception, il faut aussi retenir que malgré la gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) extrême de l’accident, l’enceinte de confinement étant restée intègre, le relâchement de produits radioactifs dans l’environnement est resté faible. Il est cependant difficile de trouver des chiffres fiables pour le quantifier (pour la simple raison qu'ils n'ont pu, pour l'essentiel, être mesurés sur le moment).

Par ailleurs, un mal pour un bien, cet accident amena les exploitants de centrales de conception similaires (et en particulier EDF en France, même si ses centrales présentent bon nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de différences) à de profondes réflexions. En effet, contrairement à Tchernobyl, TMI a été très instructif et a permis de faire avancer la sûreté. D'ailleurs, s’il fallait retenir une avancée, ce serait celle de la « conduite par état ».

Les opérateurs de TMI disposaient de procédures à appliquer en fonction de tel ou tel incident (on parle de « procédures évènementielles »). On a vu qu’en situation réelle, ils n’ont pas pu faire un diagnostic (Le diagnostic (du grec δι?γνωση, diágnosi, à partir de...) et que cela a en fait aggravé la situation (arrêt de l’injection de sécurité, redémarrage des pompes primaires avec un cœur émergé etc.). Toutes les procédures de conduite accidentelle ont donc été revues avec une approche totalement nouvelle : ne plus demander aux opérateurs de comprendre ce qui se passe (car il y a de très grandes probabilités pour qu’ils se trompent, aussi compétents soient-ils), mais leur donner des actions à faire en fonction des paramètres dont ils disposent : pression, température, niveaux d’eau, taux de radioactivité (La radioactivité, phénomène qui fut découvert en 1896 par Henri Becquerel sur...) ou autres. C’est ce qui s’appelle « l’approche par état », qui est aujourd’hui utilisée dans de très nombreuses centrales nucléaires de par le monde.

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