Comment fonctionne le coeur d'un réacteur nucléaire?

Le séisme majeur et le tsunami qui a suivi vendredi ont entraîné l'arrêt automatique des réacteurs mais provoqué la panne de leurs systèmes de refroidissement.

Le coeur d'un réacteur nucléaire est constitué de tubes de zirconium ou cartouches contenant des boulettes d'uranium qui sont empilés dans ce que les ingénieurs baptisent des assemblages de combustible.

De l'eau est pompée entre les tuyaux pour refroidir les barres et générer de la vapeur chauffée par le combustible. Cette vapeur est envoyée dans une turbine qui produit de l'électricité.

Le réacteur est le site où s'opère la fission des noyaux d'atomes d'uranium, provoquant une réaction en chaîne qui produit de la chaleur, de nouveaux éléments radioactifs comme ls strontium ou le caesium, et de nouveaux neutrons "libres" qui prolongent le processus.

La réaction en chaîne a été arrêtée automatiquement vendredi quelques secondes après le séisme dans toutes les centrales du pays. Les barres de contrôle contenant du bore, élément chimique qui absorbe les neutrons, ont bloqué la réaction en chaîne.

Mais même après l'arrêt, la désintégration naturelle des matériaux radioactifs dans le coeur du réacteur continue de produire de la chaleur, qui descend au quart de son niveau initial au bout d'une heure, et se réduit ensuite plus lentement.

CAISSONS INTACTS

Cette chaleur disparaît normalement grâce aux pompes de refroidissement mais à Fukushima-Daiichi, celles-ci n'ont pas fonctionné car les générateurs de secours ont été touchés par le séisme et le tsunami.

Pour cette raison, les équipes de secours ont injecté de l'eau de mer dans les réacteurs. Il est essentiel de refroidir le coeur des réacteurs car même en l'absence de réactions en chaîne, la chaleur reste suffisante pour faire fondre les gaines de métal qui entourent le combustible nucléaire.

Si ces gaines sont trop chaudes, une réaction chimique se produit avec l'eau qui les entoure et dégage de l'hydrogène, explosif au contact de l'oxygène de l'air.

C'est cet hydrogène qui est, selon les experts et les autorités, à l'origine des deux explosions constatées jusqu'ici sur le site de Fukushima-Daiichi, sur le réacteur n°1 samedi et le réacteur n°3 lundi.

Le coeur du réacteur est contenu dans un récipient d'acier, la cuve, qui est elle-même entourée d'une enceinte de confinement en béton. A Fukushima, ces caissons sont entourés d'une structure métallique qui n'a pas d'incidence sur le plan de la sécurité. C'est cette structure, et non le caisson, qui a été soufflé samedi sur le réacteur n°1, assurent les autorités.

Si la cuve d'un réacteur venait à se fissurer, cela provoquerait une hausse des niveaux de radiation, mais les experts estiment qu'il n'y a plus de risque d'explosion, car la chaleur n'est plus suffisante.

Le risque le plus grave aujourd'hui est une fusion du coeur, ce qui condamnerait définitivement l'installation, car il est très difficile voire impossible dans ce cas de retirer le combustible. C'est ce qui s'est produit en 1979 lors de l'accident de Three Mile Island, en Pennsylvanie.

Dans le cas de l'accident de Tchernobyl en 1986, le plus grave de l'histoire du nucléaire civil, la situation était différente car les barres de contrôle ne sont pas parvenues à bloquer la réaction en chaîne, provoquant des explosions qui ont détruit le réacteur.

Selon l'échelle de gravité mise au point après Tchernobyl, l'accident de la centrale ukrainienne a atteint le niveau maximal (7), celui de Three Mile Island était de niveau 5. Les problèmes à la centrale de Fukushima-Daiichi ont pour l'heure étaient classés de niveau 4.

(Jean-Stéphane Brosse pour le service français)