Note de la rédaction: cette histoire a été mise à jour le lundi 10 juin à 16 h 45. EDT.
Dans la nouvelle minisérie HBO "Tchernobyl", des scientifiques russes découvrent la raison d'une explosion dans le réacteur 4 de la centrale nucléaire de Tchernobyl, qui a craché des matières radioactives à travers le nord de l'Europe.
Ce réacteur, un modèle appelé RBMK-1000, a été découvert comme étant fondamentalement défectueux après l'accident de Tchernobyl. Et pourtant, dix réacteurs du même type sont toujours en service en Russie. Comment savons-nous s'ils sont sûrs?
La réponse courte est non. Ces réacteurs ont été modifiés pour réduire le risque d'une autre catastrophe de type Tchernobyl, disent les experts, mais ils ne sont toujours pas aussi sûrs que la plupart des réacteurs de style occidental. Et il n'y a aucune garantie internationale qui empêcherait la construction de nouvelles usines présentant des défauts similaires.
"Il existe un certain nombre de types de réacteurs différents qui sont actuellement envisagés dans divers pays et qui diffèrent considérablement du réacteur à eau légère standard, et nombre d'entre eux présentent des défauts de sécurité que les concepteurs minimisent", a déclaré Edwin Lyman, scientifique principal et directeur par intérim du projet de sûreté nucléaire de l'Union of Concerned Scientists.
"Plus les choses changent", a déclaré Lyman à Live Science, "plus elles restent les mêmes."
Réacteur 4
Au cœur de la catastrophe de Tchernobyl se trouvait le réacteur RBMK-1000, une conception utilisée uniquement en Union soviétique. Le réacteur était différent de la plupart des réacteurs nucléaires à eau légère, la conception standard utilisée dans la plupart des pays occidentaux. (Certains des premiers réacteurs américains sur le site de Hanford dans l'État de Washington étaient de conception similaire avec des défauts similaires, mais ont été corrigés au milieu des années 1960.)
Les réacteurs à eau légère sont constitués d'un grand récipient sous pression contenant des matières nucléaires (le cœur), qui est refroidi par une alimentation en eau en circulation. Dans la fission nucléaire, un atome (l'uranium, dans ce cas), se divise, créant de la chaleur et des neutrons libres, qui zing dans d'autres atomes, les obligeant à se diviser et à libérer de la chaleur et plus de neutrons. La chaleur transforme l'eau en circulation en vapeur, qui fait ensuite tourner une turbine, produisant de l'électricité.
Dans les réacteurs à eau légère, l'eau agit également comme modérateur pour aider à contrôler la fission nucléaire en cours dans le cœur. Un modérateur ralentit les neurones libres afin qu'ils soient plus susceptibles de poursuivre la réaction de fission, ce qui rend la réaction plus efficace. Lorsque le réacteur se réchauffe, plus d'eau se transforme en vapeur, et moins est disponible pour jouer ce rôle de modérateur. En conséquence, la réaction de fission ralentit. Cette boucle de rétroaction négative est une caractéristique de sécurité clé qui aide à empêcher les réacteurs de surchauffer.
Le RBMK-1000 est différent. Il a également utilisé de l'eau comme liquide de refroidissement, mais avec des blocs de graphite comme modérateur. Les variations dans la conception du réacteur lui ont permis d'utiliser du combustible moins enrichi que d'habitude et d'être ravitaillé en marche. Mais avec les rôles de liquide de refroidissement et de modérateur séparés, la boucle de rétroaction négative «plus de vapeur, moins de réactivité» a été rompue. Au lieu de cela, les réacteurs RBMK ont ce qu'on appelle un «coefficient de vide positif».
Lorsqu'un réacteur a un coefficient de vide positif, la réaction de fission s'accélère à mesure que l'eau de refroidissement se transforme en vapeur, plutôt que de ralentir. En effet, l'ébullition ouvre des bulles ou des vides dans l'eau, ce qui facilite le déplacement des neutrons vers le modérateur de graphite améliorant la fission, a déclaré Lars-Erik De Geer, physicien nucléaire à la retraite de l'Agence suédoise de recherche pour la défense.
À partir de là, a-t-il déclaré à Live Science, le problème s'accumule: la fission devient plus efficace, le réacteur devient plus chaud, l'eau devient plus vapeur, la fission devient encore plus efficace et le processus se poursuit.
Avant le désastre
Lorsque l'usine de Tchernobyl fonctionnait à pleine puissance, ce n'était pas un gros problème, a déclaré Lyman. À des températures élevées, le combustible d'uranium qui alimente la réaction de fission a tendance à absorber plus de neutrons, ce qui le rend moins réactif.
À faible puissance, cependant, les réacteurs RBMK-1000 deviennent très instables. Dans la perspective de l'accident de Tchernobyl le 26 avril 1986, les opérateurs effectuaient un test pour voir si la turbine de l'usine pouvait faire fonctionner l'équipement d'urgence lors d'une panne de courant. Ce test a nécessité le fonctionnement de l'usine à puissance réduite. Alors que la puissance a été réduite, les opérateurs ont reçu l'ordre des autorités de l'électricité de Kiev de suspendre le processus. Une centrale conventionnelle était hors ligne et la production d'électricité de Tchernobyl était nécessaire.
"C'était la principale raison pour laquelle tout cela s'est finalement produit", a déclaré De Geer.
L'usine a fonctionné à puissance partielle pendant 9 heures. Lorsque les opérateurs ont obtenu le feu vert pour alimenter la majeure partie du reste du processus, il y avait eu une accumulation de xénon absorbant les neutrons dans le réacteur, et ils ne pouvaient pas maintenir le niveau de fission approprié. Le pouvoir est tombé à presque rien. En essayant de le stimuler, les opérateurs ont retiré la plupart des barres de contrôle, qui sont faites de carbure de bore absorbant les neutrons et sont utilisées pour ralentir la réaction de fission. Les opérateurs ont également réduit le débit d'eau dans le réacteur. Cela a exacerbé le problème du coefficient de vide positif, selon l'Agence pour l'énergie nucléaire. Du coup, la réaction est devenue très intense. En quelques secondes, la puissance a atteint 100 fois ce à quoi le réacteur a été conçu pour résister.
Il y avait d'autres défauts de conception qui ont rendu difficile le contrôle de la situation une fois qu'elle a commencé. Par exemple, les tiges de commande étaient recouvertes de graphite, explique De Geer. Lorsque les opérateurs ont vu que le réacteur commençait à se détraquer et ont essayé d'abaisser les barres de commande, ils se sont coincés. L'effet immédiat n'a pas été de ralentir la fission, mais de l'augmenter localement, car le graphite supplémentaire aux pointes a initialement stimulé l'efficacité de la réaction de fission à proximité. Deux explosions ont rapidement suivi. Les scientifiques débattent toujours exactement de la cause de chaque explosion. Les deux peuvent être des explosions de vapeur dues à l'augmentation rapide de la pression dans le système de circulation, ou l'une peut être de la vapeur et la seconde une explosion d'hydrogène provoquée par des réactions chimiques dans le réacteur défaillant. Sur la base de la détection d'isotopes du xénon à Cherepovets, à 230 miles (370 kilomètres) au nord de Moscou après l'explosion, De Geer pense que la première explosion était en fait un jet de gaz nucléaire qui a projeté plusieurs kilomètres dans l'atmosphère.
Modifications effectuées
Les suites immédiates de l'accident ont été "une période très troublante" en Union soviétique, a déclaré Jonathan Coopersmith, historien de la technologie à la Texas A&M University qui était à Moscou en 1986. Au début, les autorités soviétiques ont gardé les informations proches; la presse d'État a enterré l'histoire et le moulin à rumeurs a pris le relais. Mais très loin en Suède, De Geer et ses collègues scientifiques détectaient déjà des isotopes radioactifs inhabituels. La communauté internationale connaîtra bientôt la vérité.
Le 14 mai, le dirigeant soviétique Mikhaïl Gorbatchev a prononcé un discours télévisé dans lequel il s'est ouvert sur ce qui s'était passé. Ce fut un tournant dans l'histoire soviétique, a expliqué Coopersmith à Live Science.
"Cela a rendu la réalité encore plus réelle", a déclaré Coopersmith, se référant à la politique naissante de transparence en Union soviétique.
Elle a également ouvert une nouvelle ère de coopération pour la sûreté nucléaire. En août 1986, l'Agence internationale de l'énergie atomique a tenu un sommet après l'accident à Vienne, et les scientifiques soviétiques l'ont abordé avec un sens de l'ouverture sans précédent, a déclaré De Geer, qui était présent.
"C'était incroyable ce qu'ils nous ont dit", a-t-il déclaré.
Parmi les changements en réponse à Tchernobyl figuraient des modifications aux autres réacteurs RBMK-1000 en service, 17 à l'époque. Selon la World Nuclear Association, qui promeut l'énergie nucléaire, ces changements comprenaient l'ajout d'inhibiteurs au cœur pour empêcher les réactions d'emballement à faible puissance, une augmentation du nombre de barres de contrôle utilisées en fonctionnement et une augmentation de l'enrichissement du combustible. Les barres de contrôle ont également été adaptées pour que le graphite ne se déplace pas dans une position qui augmenterait la réactivité.
Les trois autres réacteurs de Tchernobyl ont fonctionné jusqu'en 2000 mais ont depuis fermé, tout comme deux autres RBMK en Lituanie, qui ont été fermés en raison de l'entrée de ce pays dans l'Union européenne. Il y a quatre réacteurs RBMK en fonctionnement à Koursk, trois à Smolensk et trois à Saint-Pétersbourg (un quatrième a été retiré en décembre 2018).
Ces réacteurs "ne sont pas aussi bons que les nôtres", a déclaré De Geer, "mais ils sont meilleurs qu'avant."
"Il y avait des aspects fondamentaux de la conception qui ne pouvaient pas être corrigés quoi qu'ils fassent", a déclaré Lyman. "Je ne dirais pas qu'ils ont été en mesure d'augmenter la sécurité du RBMK dans l'ensemble au niveau que vous attendez d'un réacteur à eau légère de style occidental."
En outre, De Geer a souligné que les réacteurs n'étaient pas construits avec des systèmes de confinement complet comme on le voit dans les réacteurs de style occidental. Les systèmes de confinement sont des boucliers en plomb ou en acier destinés à contenir du gaz radioactif ou de la vapeur de s'échapper dans l'atmosphère en cas d'accident.
Surveillance oubliée?
Malgré les effets potentiellement internationaux d'un accident de centrale nucléaire, il n'y a pas d'accord international contraignant sur ce qui constitue une centrale "sûre", a déclaré Lyman.
La Convention sur la sûreté nucléaire exige des pays qu'ils soient transparents quant à leurs mesures de sûreté et permet un examen par les pairs des centrales, a-t-il dit, mais il n'y a pas de mécanismes d'application ou de sanctions. Chaque pays a ses propres agences de régulation, qui ne sont aussi indépendantes que les gouvernements locaux le permettent, a déclaré Lyman.
"Dans les pays où la corruption sévit et le manque de bonne gouvernance, comment pouvez-vous vous attendre à ce qu'une agence de régulation indépendante puisse fonctionner?" Dit Lyman.
Bien que personne en dehors de l'Union soviétique n'ait fabriqué de réacteurs RBMK-1000, certaines nouvelles conceptions de réacteurs proposées impliquent un coefficient de vide positif, a déclaré Lyman. Par exemple, les réacteurs à multiplication rapide, qui sont des réacteurs qui génèrent plus de matières fissiles lorsqu'ils génèrent de l'énergie, ont un coefficient de vide positif. La Russie, la Chine, l'Inde et le Japon ont tous construit de tels réacteurs, bien que le Japon ne soit pas opérationnel et soit mis hors service et que l'Inde ait 10 ans de retard sur le calendrier d'ouverture. (Il existe également des réacteurs à faible coefficient de vide positif en service au Canada.)
"Les concepteurs font valoir que si vous prenez tout en compte, dans l'ensemble, ils sont sûrs, donc cela n'a pas tant d'importance", a déclaré Lyman. Mais les concepteurs ne devraient pas être trop confiants dans leurs systèmes, a-t-il déclaré.
"Ce genre de pensée a causé des ennuis aux Soviétiques", a-t-il dit. "Et c'est ce qui peut nous causer des ennuis, en ne respectant pas ce que nous ne savons pas."
Note de l'éditeur: cette histoire a été mise à jour pour noter que la plupart des barres de contrôle, mais pas toutes, ont été retirées du réacteur, et pour noter que certains premiers réacteurs aux États-Unis avaient également un coefficient de vide positif, bien que leurs défauts de conception aient été corrigés .
