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Orientations scientifiques : La crise de Fukushima indique des pistes à développer

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Les chercheurs n’ont pas attendu l’avènement du drame japonais pour travailler sur la prévention des accidents nucléaires. Au contraire, nombre d’outils ont servi à gérer la crise. Mais certains axes de recherche s’en sont trouvés renforcés.

« Il ne s’agit pas d’une révolution », insiste Bernard Chaumont, qui contribue à la coordination des recherches de l’Institut. Il a été chargé de l’animation d’un groupe de travail dédié à la R & D post-Fukushima. « La crise n’a pas fait émerger de nouvelles thématiques ou mis en évidence des axes de recherche auxquels nous n’avions pas songé. » Mais les premiers retours d’expérience de Fukushima renforcent certains besoins en sûreté et radioprotection.

  

Prévention et maîtrise du pire dans les installations

Simulation d’un accident de fusion du cœur d’un réacteur à eau sous pression par le logiciel Astec.©IRSN Le premier enjeu identifié par l’IRSN concerne les installations elles-mêmes. Il s’agit de mieux prévenir les accidents, et pour cela de mieux caractériser les aléas naturels (séismes, inondations…).

En leur accordant une plus grande considération, notamment dans les études probabilistes de sûreté, on identifiera les points faibles des installations. Cela supposera un travail collectif avec d’autres organismes de recherche, mais aussi de répondre à des problèmes de fond : « Se pose par exemple la question de savoir comment nous devons prendre en compte les événements rares, comme un séisme dépassant toutes les prévisions », illustre Véronique Rouyer, chargée des programmes à l’IRSN. « Doit-on les considérer comme suffisamment rares et donc peu probables pour ne pas être prioritaires, ou au contraire leur allouer un budget de recherche au regard de leurs possibles conséquences ? »

Fukushima a aussi montré que la prévention ne suffit pas : il faut mieux maîtriser les accidents graves s’ils devaient se produire. « La phénoménologie de tels accidents est maintenant bien connue », poursuit Bernard Chaumont. « La pertinence de nombreuses recherches antérieures a été démontrée. Par exemple, durant la crise japonaise, le relâchement de produits de fission a été estimé, notamment grâce aux travaux menés dans le cadre du programme Phébus [1]. Pour autant, Fukushima souligne la nécessité d’approfondir certains points. Jusqu’où est allée la dégradation du cœur du réacteur ? Qu’en est-il du percement des cuves ? » 

 

Des outils opérationnels pour une réponse rapide

Grégory Caplin, ingénieur spécialisé dans l’étude et la recherche en criticité à l’IRSN, recevait les questions du centre technique de crise de l’Institut sur le risque d’un accident de criticité à Fukushima au moment de la crise.

« Des mesures, des observations de la zone contaminée au Japon nous parvenaient. Nous devions établir si un tel accident avait eu lieu. Nous disposions d’une version en développement de Vesta, un code simulant l’état du combustible irradié, assez souple pour modéliser un réacteur à eau bouillante. Nous avons aussi été aidés par une thèse en cours portant sur des algorithmes de calcul inverse pour notre logiciel Prométhée.

Car, si habituellement nous examinons une situation donnée et cherchons ses conséquences, là il fallait partir des conséquences de l’accident. Grâce à ces divers travaux, nous avons pu affirmer qu’aucun élément ne confirmait un accident de criticité à Fukushima. Plus qu’un concours de circonstances, j’y vois le résultat d’une recherche anticipative dotée d’instruments performants et opérationnels. La rapidité de nos réponses s’explique par nos moyens de calcul, et par notre habitude d’une recherche proche de l’expertise. »

 

 

Anticiper les rejets en cas de dénoyage des piscines

« Le combustible usé doit être refroidi pendant plusieurs années dans des piscines avant d’être transportable », rappelle Philippe March, responsable d’un laboratoire d’expérimentation à l’IRSN qui travaille sur les gaines de combustible. « Fukushima a pointé la vulnérabilité du combustible irradié présent dans les piscines des réacteurs, mais l’Institut travaillait depuis longtemps sur cette thématique.

Le programme Mozart avait défini les vitesses d’oxydation de la gaine dans l’air et les seuils d’emballement de cette réaction. Il permettait ainsi d’estimer le temps dont on dispose avant que la gaine ne casse et ne laisse échapper des produits radioactifs... Néanmoins, Fukushima va nous amener à préciser les conditions d’emballement pour mieux définir ces marges temporelles et adapter éventuellement les mesures d’intervention. Dans les deux années à venir, nous allons travailler sur la résistance des gaines de combustible dans une atmosphère plus proche des conditions réelles et évaluer si elles conservent leurs propriétés de confinement après un dénoyage puis une remise en eau. »

Un autre travail a servi durant la crise : « Le code Astec - Accident Source Term Evaluation Code -, qui permet de déterminer la quantité de radionucléides rejetés dans l’environnement lors d’un accident grave », répond Olivia Coindreau, chercheure chargée de modélisation à l’IRSN. Une version spéciale « piscine » du code Astec devrait être mise au point, alimentée par les résultats à venir sur le comportement des gaines.

« Pendant la crise, le code Astec, dans sa version actuelle ‘réacteur’, a pu être utilisé pour calculer rapidement des délais avant des relâchements significatifs, au cas où les piscines se videraient. Heureusement, ça n’a apparemment pas été le cas. Mais c’est un signal fort pour poursuivre les travaux relatifs à la problématique des accidents de combustible irradié en piscine. »

  

Radioprotection autour des installations

Second axe de recherche renforcé : la protection de l’homme et de l’environnement, l’accident ayant confirmé la vraisemblance de scénarios accidentels conduisant à des rejets importants. « La crise a modifié la priorité de certains axes de recherche », confirme Bernard Chaumont. Certains sujets sont devenus plus urgents, telles les études des effets des faibles doses sur la santé ou les effets de la contamination sur l’environnement, notamment du milieu marin. »

Le champ de travail se révèle très vaste : mieux comprendre les effets des rayonnements ionisants, à l’échelle de la cellule, de l’être vivant ou d’une population ; pouvoir cartographier rapidement les zones de contamination pour mieux protéger les populations des retombées radioactives ; améliorer les techniques de dosimétrie individuelle du personnel intervenant sur un site accidenté ; ou encore renforcer la plate-forme d’évaluation de la dispersion des radionucléides dans la chaîne alimentaire.

« Certains écarts sont apparus entre les prévisions de contamination du territoire établies par l’IRSN et les mesures in situ, suggérant un besoin d’amélioration de ces modèles de prévision », reconnaît Véronique Rouyer. Avant d’ajouter : « Fukushima a confirmé la nécessité de s’ouvrir davantage aux sciences sociales, et ce à différents niveaux : que ce soit celui de l’installation pour une meilleure compréhension de la place des facteurs humains, par exemple dans la prise de décision avant ou après l’accident ou, hors du périmètre de la centrale, dans des travaux sur la résilience de la société civile. »

  

Des projets de recherche lancés en urgence

Sismologue, Pierre-Yves Bard est responsable de l’appel à projets Flash Japon lancé conjointement par l’Agence nationale de la recherche (ANR) et la JST (Japan Science and Technology Agency) dès le 17 juin 2011. « Cette procédure, dite Flash, répond à des événements exceptionnels pour recueillir au plus tôt les données et en tirer le maximum de leçons. » C’est la deuxième de ce type, déclenchée à la suite du séisme survenu à Haïti. 

Un mois à peine s’est écoulé entre l’appel et la remise des projets à l’ANR. Dès octobre, les neuf projets retenus sont lancés. Un rythme dans lequel a pu s’insérer un projet de l’IRSN, porté par Christelle Adam-Guillermin, biologiste en radioécologie et écotoxicologie. Baptisé Free Bird, il étudie les effets des rayonnements ionisants sur les oiseaux (hirondelles rustiques, friquets et verdiers de Chine) exposés dans la zone impactée par l’accident de Fukushima.

« Ces espèces ont été choisies pour leurs modes de vie différents et les caractéristiques de leur plumage. Les plus colorées pourraient être les plus sensibles aux radiations, si les caroténoïdes antioxydants qui pigmentent leurs plumes diminuent en raison de leur utilisation pour lutter contre le stress oxidatif dû aux rayonnements. L’enjeu est d’évaluer l’impact d’une exposition chronique aux rayonnements ionisants sur le vivant. Sur la base d’études en laboratoire, nous avons pu estimer un débit de dose acceptable en deçà duquel il n’y a pas d’effet délétère attendu pour la faune et la flore. Pour les oiseaux, cette valeur pourrait être dépassée de un à deux ordres de grandeur dans la zone des 100 km autour du site de Fukushima. Le projet Free Bird va notamment permettre de tester la robustesse de ce critère de radioprotection. » 

 

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Note:

1- Le programme “accident grave” Phébus PF a pour objectif de contribuer à réduire l’incertitude relative à l’évaluation des rejets de produits radioactifs en cas d’accident de fusion de cœur d’un réacteur à eau sous pression et d’accroître les capacités d’expertise et de gestion de crise de l’IRSN dans ce domaine. 

 

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