Fusion du cœur d’un réacteur nucléaire (science)

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dimanche 13 mars 2011, par Al Oufok

La fusion du cœur d’un réacteur nucléaire se produit lorsqu’un réacteur nucléaire cesse d’être correctement contrôlé et surtout refroidi, en raison d’une défaillance des systèmes de contrôle ou de sécurité. Les crayons de combustible nucléaire (qui contiennent l’uranium ou le plutonium ainsi que des produits de fission hautement radioactifs) commencent à surchauffer puis à fondre à l’intérieur du réacteur. La fusion du cœur est considérée comme un accident nucléaire grave en raison de la probabilité que des matières fissiles puissent franchir l’enceinte de confinement et polluer l’environnement avec une émission de nombreux radioisotopes hautement radioactifs.

Plusieurs fusions du cœur se sont déjà produites dans des réacteurs nucléaires autant civils que militaires. Toutes les fusions de cœur se sont caractérisées par des dégâts très sérieux sur le réacteur nucléaire. Dans certains cas, il a fallu réaliser le démantèlement complet du réacteur et, dans les cas les plus graves, une évacuation de la population civile des environs a été nécessaire.

Analyse des causes

Le crayon de combustible fond quand la température atteint une valeur supérieure à sa température de fusion. Suivant les cas : lors de la catastrophe de Tchernobyl cette augmentation de température a été quasi-instantanée ; dans d’autres cas, elle peut prendre plusieurs heures, notamment lors de l’accident de Three Mile Island.

La fusion du cœur peut se produire alors que la réaction en chaîne neutron-fission s’est terminée, car l’inertie thermique ou la chaleur d’un incendie peuvent continuer à chauffer le combustible bien après que le réacteur se soit arrêté.

Dans les réacteurs nucléaires, les crayons de combustibles présents dans le cœur du réacteur peuvent fondre pour les raisons suivantes :

• Perte de contrôle de la pression du réfrigérant : si le réfrigérant est un gaz inerte, l’efficacité du transfert thermique peut diminuer ; si le réfrigérant est de l’eau pressurisée, il peut se former une bulle de vapeur autour d’un crayon de combustible.
• Fuite du réfrigérant : le débit du réfrigérant n’est pas suffisant pour refroidir le réacteur (le réfrigérant peut être de l’eau, un gaz inerte ou du sodium liquide). Un accident dû à la fuite de réfrigérant peut être étroitement lié à une « perte de contrôle de la pression du réfrigérant ».
• Excès de puissance incontrôlé : un pic de puissance se produit soudainement au-delà des spécifications techniques du réacteur.
• Incendie autour du combustible nucléaire : cela n’est possible que dans les réacteurs conçus avec un modérateur à l’hydrogène ou au graphite.

La défaillance des systèmes d’alimentation électrique de secours pourrait aussi conduire à une fusion du cœur. Un rapport de l’autorité de sûreté nucléaire américaine (NRC), révèle que 50% des scénarios de fusion du cœur proviennent d’une coupure de courant dans la centrale.

Cas réels

Plusieurs sous-marins russes ont subi une fusion du cœur de leur réacteur nucléaire. Les seules fusions du cœur connues dans des réacteurs nucléaires civils sont la catastrophe de Tchernobyl (Ukraine) en 1986 et Three Mile Island (États-Unis) en 1979. Mais il y a eu plusieurs fusions du cœur partielles :

NRX (Canada) en 1952
EBR-I (États-Unis) en 1955
Windscale, Sellafield (Royaume-Uni) en 1957
Santa Susana Field Laboratory (États-Unis) en 1959
Enrico Fermi Nuclear Generating Station (États-Unis) en 1966
Chapelcross, Dumfries and Galloway (Royaume-Uni) en 1967
Saint-Laurent (France) en 1969 et 1980
Lucens (Suisse) en 1969