L'EXPLOSION DE L'UNITE 3 DE FUKUSHIMA DAIICHI (PARTIE 6/7)

LIEN VERS LA PARTIE 5

Bonjour mes Chers Lecteurs.

Aujourd'hui je vous présente la sixième partie de l'étude scientifique indépendante consacrée à la catastrophe nucléaire de Fukushima.

PUBLIE AVEC L'AIMABLE AUTORISATION DU BLOG Fukushima 福島第一

3. Les hypothèses

3.1. L’hypothèse de l’explosion d’hydrogène

La puissance et la couleur de la flamme du premier événement évoque une explosion d’hydrogène. L’explosion du BR1 le 12 mars avait également produit une flamme de même couleur, mais répartie uniformément dans tout le bâtiment.

Fig. 86 : Flamme de l’explosion d’hydrogène du BR1 le 12 mars 2011

Une explosion de ce type étant simplement le résultat de la combinaison entre de l’hydrogène et de l’oxygène, elle ne devrait donner que de l’eau et de la chaleur. On a un très bon exemple de formation d’un nuage de vapeur avec cette explosion d'hydrogène du BR1 : suite à l’explosion d’hydrogène, un nuage en forme de boule s’est formé très rapidement, est monté jusqu’à une centaine de mètres de hauteur à une vitesse supersonique de 600 m/s et a disparu complètement. Ce nuage furtif de condensation visualise en fait le déplacement de l’onde de choc.

Fig. 87 : Nuage en forme de boule 44 centièmes de seconde après l’explosion du BR1

Fig. 88 : A 80 centièmes de seconde, le panache a entièrement disparu, l’eau s’est évaporée presqu’instantanément.

Or, pour l’explosion du BR3, la nature du nuage résultant de la flamme orange (nuage 4) est incertaine. Certes le panache produit est clair au départ, mais sa couleur grise persiste et il ne disparaît pas. Il peut être constitué de vapeur d’eau, mais pas uniquement, à moins que l’hygrométrie du 14 mars n’ait pas permis une évaporation rapide du panache.

Le nuage noir (nuage 2) qui se forme au niveau du toit ne peut pas être considéré comme de la vapeur. Il ne peut donc pas résulter d’une explosion d’hydrogène. On peut imaginer qu’il résulte de la combustion du goudron dont était composé le toit sous l’effet de la forte chaleur provoquée par les explosions.

La deuxième explosion ne peut pas plus être considérée comme une explosion d’hydrogène car la première explosion a détruit les murs supérieurs du bâtiment qui a été largement éventré. Comme la deuxième explosion provoque un panache vertical de grande ampleur avec projection d’objets extrêmement lourds à plus de 200 mètres d’altitude, il est forcément guidé par un conduit vertical. Les murs du BR3 ne peuvent pas jouer ce rôle puisqu’ils ont déjà été détruits par la première explosion, donc c’est autre chose. Cinq structures à parois verticales pourraient jouer ce rôle : le sas d'accès matériel, l’enceinte de confinement, la cuve du réacteur, la piscine d’équipement et la piscine de combustible. Examinons chacune de ces hypothèses.

3.1.1. Le sas d'accès matériel (« equipment hatch »)

C'est un sas traversant tous les niveaux excepté le sous-sol permettant de faire entrer et sortir le matériel volumineux dans le bâtiment réacteur, en particulier les conteneurs de combustible nucléaire. Une partie de la charpente de la toiture reposant sur cette ouverture, il ne nous paraît pas vraisemblable que ce conduit ait pu être à l’origine de l’explosion. De plus, si l’explosion avait eu lieu dans ce conduit, il aurait détruit le mur ouest jusqu’à la base, ce qui n’est pas le cas.

Fig. 89 : Ouverture du sas d’accès matériel vue du ciel

Une autre raison que ce sas ne peut être l’origine spatiale de l’explosion est qu’il n’a pas vraiment de parois verticales, étant conçu pour communiquer avec tous les étages. Une explosion s’étant produite au niveau 4F, il a certainement dégagé une onde de choc verticale mais pas dans les proportions telles que le montre la vidéo.

Fig. 90 : Sas d’accès matériel du BR4 (Instantané d’une vidéo de visite du BR4 en juin 2011)

Fig. 91 : Vue oblique du sas d’accès matériel éventré à l’ouest (capture vidéo)

3.1.2. L’enceinte de confinement (« dry well »)

Cette enceinte en forme d’ampoule est fermée par un couvercle boulonné. Elle est également surmontée du puits de cuve protégé quant à lui par trois couches de dalles antimissiles en béton armé. Selon les images du BR3 diffusées par Tepco, on sait qu’une de ces dalles a souffert car elle est surbaissée en son centre de 30 cm par rapport au niveau normal. 

Comme nous l’avons vu plus haut dans le paragraphe 2.7.7.1, ceci peut s’expliquer de deux manières : 

- soit quelque chose de très lourd est tombé sur cette dalle, ce qui a provoqué son écrasement ; 

- soit elle a été soulevée par le souffle d’une explosion située en dessous d’elle, puis est retombée à sa place en se déformant. 

Dans le premier cas, l’explosion verticale ne peut pas avoir comme origine l’enceinte de confinement qui reste fermée. Dans le second cas, si la dalle se soulève verticalement, elle pourrait laisser s’échapper le souffle d’une explosion verticale. Cependant, vu la puissance de cette explosion, la dalle ne se serait pas repositionnée au même endroit, elle se serait déposée sur le bord, ainsi que les huit autres dalles (il y en a 3 par couche) pour laisser passer le souffle vertical. 

De plus, la partie du toit qui est exactement au-dessus du puits de ravitaillement aurait aussi disparu avec le souffle, ce qui n’est pas le cas (Au contraire, c’est au centre que la charpente de la toiture a été le mieux préservée). Ou alors, si la dalle n’avait été soulevée que partiellement, le souffle aurait été oblique mais pas vertical, et n’aurait pas eu cette élévation à plusieurs centaines de mètres de hauteur. Une explosion verticale provenant directement de l’enceinte de confinement est donc à exclure. (Il est à noter que l’IRSN, dès le 19 mars 2011, estimait que la dalle antimissile située à la verticale de la cuve et de l’enceinte de confinement avait été détruite lors de l’explosion.)

Fig. 92 : Situation de l’enceinte de confinement dans le réacteur

3.1.3. La cuve du réacteur (« RPV »)

C’est dans cette cuve que se trouve le cœur du réacteur. Celle-ci se trouvant à l’intérieur de l’enceinte de confinement, il est impossible, pour les mêmes raisons développées dans le paragraphe précédent, que les parois de cette cuve aient joué le rôle de fût de canon vu que le souffle de l'explosion n'est pas passé par le puits de cuve.

Fig. 93 : Situation de la cuve du réacteur, à l’intérieur de l’enceinte de confinement

3.1.4. La piscine d’équipement (« DSP »)

Cette piscine est située juste à côté du puits de cuve du réacteur, côté nord. Elle permet d’entreposer du matériel radioactif issu du réacteur durant une réparation ou un ravitaillement. Par exemple, au moment du tremblement de terre, le shroud (l’enveloppe du cœur) du réacteur n°4 était entreposé dans la piscine de matériel. 

Pour ce qui concerne le réacteur n°3, étant donné qu’il était en fonctionnement à ce moment-là, il est probable que cette piscine était vide de matériel. Était-elle vide d’eau également ? Si c’est le cas, pouvait-elle se remplir d’hydrogène ? Non si elle était découverte car l’hydrogène est plus léger que l’air. Oui si elle était couverte. Dans ce cas, les murs de cette piscine auraient pu jouer le rôle d’un fût de canon au moment de l’explosion de l’hydrogène. 

A noter que, selon les photos du BR3 deux semaines après l'explosion, la piscine de matériel était vide d'eau. A noter également que l’axe de visée du nuage n° 3 passe par le centre de cette piscine et surtout par son angle sud-ouest qui est justement celui qui a montré la plus grosse fuite provenant du puits de cuve.

Fig. 94 : Piscine d’équipement vide le 27 mars 2011 (cavité en bas à gauche)

Fig. 95 : Localisation des piscines de combustible et d’équipement

3.1.5. La piscine de combustible (« SFP »)

Cette piscine se trouve également à côté du puits de cuve du réacteur, positionnée du côté sud symétriquement à la piscine de matériel. Elle permet d’entreposer du combustible usé à proximité du réacteur sans sortir les assemblages de l’eau, ce qui met les travailleurs à l’abri des rayonnements. Si elle est restée pleine d'eau, elle n’a pas pu se remplir d’hydrogène et jouer le rôle d’un fût de canon pour ce type d’explosion. Si une grande partie de son eau s’est évaporée suite à l’arrêt de son refroidissement, l’hydrogène a pu remplir la piscine tout en remplissant l’ensemble du bâtiment réacteur car l’hydrogène est plus léger que l’air. Dans ce cas, les parois de la piscine ont pu jouer ce rôle de conduit avec une profondeur de près de 8 m au-dessus des racks. Dans le cas d’un accident de criticité, les parois ont pu jouer le même rôle, que la piscine soit remplie d’eau ou pas, comme nous l’exposons dans le chapitre suivant.

3.2. L’hypothèse d'un accident de criticité instantanée de la piscine de combustible

Dans le cas où il ne s’agit pas d’une explosion d’hydrogène mais d’une réaction de criticité, la piscine de combustible peut aussi remplir ce rôle de fût de canon, ses quatre murs guidant l’onde de choc produite par l’événement. Cette hypothèse est défendue par au moins trois ingénieurs nucléaires, le Japonais Setsuo Fujiwara, ancien inspecteur au JNES (Japan Nuclear Energy Safety Organization), le scientifique britannique Christopher Busby,  et l'Etatsunien Arnie Gundersen, ancien cadre de l'industrie de l’énergie nucléaire.

Étant donné que l'enceinte de confinement n'a pas explosé, Arnie Gundersen s'appuie sur le fait que du combustible a été retrouvé à plus de 3 km des réacteurs (5) pour émettre l'hypothèse que ces fragments proviennent de la piscine de combustible, et donc que celle-ci a explosé. Il pense également que l'uranium trouvé à Hawaii et sur la côte ouest des Etats-Unis, le plutonium trouvé sur place, et l'américium trouvé en Nouvelle Angleterre, sur la Côte Est, sont des résidus provenant de cette explosion atmosphérique (6).

(5) En juin 2013, on a retrouvé aussi des débris fortement radioactifs à 20 km de la centrale, dans le lit asséché d'une rivière de Nahara. Il est fort probable que ces fragments provenaient de l'explosion du BR3. Pour comparaison, la portée d'un canon puissant peut dépasser 40 à 60 km.

(6) On a également retrouvé du plutonium de Fukushima en Lithuanie, selon G. Lujanienė, S. Byčenkienė, PP Povinec et M. Gera qui ont réalisé une étude environnementale co-organisée par le Centre pour les sciences physiques et de la technologie de Vilnius (Lituanie) et la Faculté de Mathématiques, Physique et Informatique de Bratislava (Slovaquie).

Il compare les explosions du BR1 et du BR3 en disant que l’explosion du BR1 est une déflagration et que celle du BR3 est une détonation, ce qui signerait une explosion due à un accident de criticité.

Il affirme aussi que la couleur noire du panache de fumée (nuage 3) indique qu'il était composé d'uranium et de plutonium volatilisé et que, sous la forme d’aérosol, ces radionucléides pouvaient voyager très loin.

Selon son hypothèse, l'explosion aurait commencé avec une réaction oxygène-hydrogène. Immédiatement après, cette réaction aurait créé une onde de choc suffisante pour déformer les barres de combustible nucléaire, ce qui aurait produit une réaction nucléaire et la détonation (« une divergence prompte qu’on pourrait comparer à une sorte de micro-explosion nucléaire », selon la physicienne Dominique Leglu), suivie d’un panache de fumée noire et l'éjection des gravats irradiés.

Setsuo Fujiwara explique les choses d'une manière un peu différente. Selon lui, il y a eu une explosion d'hydrogène au-dessus de la surface de l'eau dans la piscine de combustible, et en raison de la pression délivrée par cette explosion, les « vides », c'est-à-dire les bulles de vapeur, ont été compressés dans l'eau bouillante. Comme le coefficient modérateur (7) est devenu subitement positif, la réactivité de la fission nucléaire a été soudainement accrue, produisant un accident de criticité instantanée.

(7) Le coefficient modérateur est aussi appelé le « coefficient de vide » :
- S’il est négatif : effet auto-stabilisant de la réaction nucléaire. Si la puissance neutronique augmente, le flux de chaleur augmente, et la densité du fluide diminue vu la production de vapeur, et comme  la densité de ce modérateur diminue, on observe une diminution de la puissance.
- S’il est positif : emballement, par l’effet inverse  du processus décrit ci-dessus.

L'hypothèse soutenue par ces ingénieurs serait facile à prouver ou à réfuter si la composition du nuage radioactif était diffusée. En effet, le ratio de deux isotopes du Xénon pourrait donner la signature d'un accident de criticité. Mais ces informations seraient tenues secrètes par l'armée américaine. Une autre manière de connaître la composition du panache serait de rendre public les mesures effectuées par le réseau TICEN (60 laboratoires dans le monde) mais ces analyses sont censurées par les Etats qui ont signé le Traité d'Interdiction Complète des Essais Nucléaires.

3.3. L’hypothèse de l’explosion de zirconium

Une troisième hypothèse a été énoncée par Trifouillax sur son site Gen4 en octobre 2011. Ce site regretté n'existe plus aujourd'hui dans sa version originale mais on peut en retrouver certains articles dans des sauvegardes. Cette hypothèse envisage une explosion au sein des assemblages eux-mêmes due à l'utilisation de l'alliage de Zirconium (Zircaloy) qui assure le gainage des assemblages de crayons de combustible. Cette matière, selon Gen4, a la particularité de présenter « un pouvoir explosif équivalent à celui de la nitroglycérine » et supporte très mal les températures supérieures à 300° C. La fiche internationale de sécurité chimique consacrée au Zirconium confirme que ce métal est très instable dans certaines conditions : quand il est chauffé, il réagit violemment avec les oxydants, le borax et le tétrachlorure de carbone ; il peut aussi provoquer une explosion en présence d'hydroxydes de métaux alcalins, ou s'il se présente sous forme de poudre ou de granulés mélangés à l'air. Il peut ainsi s'enflammer spontanément en présence d'oxygène ou d'eau une fois la température de 1000°C atteinte. C'est pourtant ce métal qui a été choisi par l'industrie nucléaire pour fabriquer les gaines de combustible car il a des propriétés de perméabilité neutronique très intéressantes.

Avant l'explosion du 14 mars 2011, la piscine de désactivation du BR3 avait perdu une partie de son eau et le combustible avait fortement chauffé ; l'hypothèse d'une explosion de zirconium est donc envisageable, surtout en présence du métal alcalin qu'est le césium (produit de fission).

Même si l'hypothèse d'une explosion de zirconium n'a jamais été retenue jusqu'à maintenant, l'industrie nucléaire reconnaît la dangerosité de ce métal qui, en s'oxydant, a l'inconvénient majeur de produire de l'hydrogène en abondance s'il est porté à une température dépassant les 800°C. Ce fameux métal est ainsi officiellement mis en cause dans l’origine des explosions d’hydrogène des bâtiments réacteurs 1 et 2 de Fukushima Daiichi. Il peut aussi provoquer des « feux de piscine » où les barres de combustible pourraient brûler tels des cierges magiques (pyrophoricité) et libérer les produits de fission dans l'atmosphère, comme l'explique Robert Alvarez, ancien conseiller principal au Département de l'Énergie américain.

3.4. L’hypothèse de l’explosion de vapeur

La première personne à évoquer une explosion de vapeur est le directeur de la centrale, Masao Yushida. Il s'écrie, juste après l’événement : « QG ! QG ! C’est affreux ! L’unité 3 a explosé maintenant. Je pense que c’est probablement la vapeur. » Mais rapidement on lui fait comprendre qu'il doit s'aligner avec la version officielle de l'explosion d'hydrogène.

Le principal défenseur de cette hypothèse s'appelle Ian Goddard. Sur son site internet, ce chroniqueur d’investigation explique dans le détail comment il interprète les événements. Sa démonstration a été traduite en français dans cet article déjà publié sur ce blog, le lecteur s'y reportera pour en prendre connaissance : Unité 3 de Fukushima : la théorie de l’explosion de vapeur

Pour résumer, Ian Goddard estime que la première explosion est produite par l’hydrogène et que la seconde est une explosion de vapeur qui se produit au sein de l’enceinte de confinement au moment où le corium tombe dans le fond rempli d’eau. Il suppose que la pression est telle qu’elle fait éclater le couvercle de l’enceinte de confinement et soulève les dalles antimissiles puis s’échappe à l’extérieur produisant le panache de 300 mètres de hauteur.

Nous ne sommes pas d’accord avec certains éléments de l’enquête de Ian Goddard. Tout d’abord, celui-ci prétend qu’il y a trois panaches de vapeur s’échappant du puits de cuve. Pourtant, les photos dont il se sert n’en montrent que deux.

Fig. 96 : Photos des panaches utilisés par Ian Goddard

Pour confirmer l’existence d’un troisième panache, il se sert d’une part de la photo infrarouge du 20 mars 2011 que nous avons étudiée plus haut mais en décalant l’ouverture du puits de cuve, et d’autre part en considérant quelques lueurs sur la vidéo de l’explosion comme des flammes. Pour notre part, nous interprétons ces lueurs sur la gauche comme des reflets de la flamme principale sur des poutres blanches de la cheminée d’évent et nous ne considérons ainsi comme fait avéré que la flamme visible au sud-est.

Par ailleurs, son interprétation de l’explosion présentée sous forme d’animation ne tient pas compte du fait que les dalles antimissiles sont restées en place. A sa décharge, quand il a développé son hypothèse en 2011, ce fait n’était pas encore connu. Impossible donc de faire un panache vertical avec les dalles en place. La probabilité pour que 9 dalles antimissiles se soulèvent et se replacent exactement où elles étaient à l’origine est quasi nulle. Donc nous ne pouvons pas conserver cette hypothèse d’origine du nuage n° 3.

Cela étant, les explosions et les dégâts étant multiples et complexes, nous n’excluons pas la possibilité d’une explosion de vapeur.


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