Des Suisses contribuent au démantèlement des débris radioactifs de Fukushima

Des chercheurs de l'Université de Sheffield et de l'Institut Paul Scherrer en Argovie ont développé une simulation avec les débris radioactifs les plus dangereux de la centrale nucléaire de Fukushima. Celle-ci doit fournir des connaissances permettant de faire avancer les travaux de déblaiement.

Crédit image: Ryuki_a_g, wikimedia CC BY 2.1 JP

Le tsunami de 2011 provoqué par le tremblement de terre, avait engendré une énorme dévastation comme ici, dans la ville d'Iwaki à Fukushima.

La catastrophe a eu lieu il y a presque 11 ans. Le 11 mars 2011, un tremblement de terre d'une magnitude de 9,0 a secoué la côte nord-est du Japon, provoquant un gigantesque tsunami. La vague géante a inondé 500 km2, détruit des centaines de milliers de maisons et causé la mort de 20'000 personnes. Le tsunami a finalement aussi frappé la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi, détruisant son alimentation principale en électricité et inondant les groupes électrogènes de secours.

Par la suite, le système de refroidissement principal de la centrale nucléaire a été mis hors service. Le combustible de trois des six réacteurs de l'installation nucléaire a surchauffé, ce qui a entraîné la fusion du cœur. A plusieurs reprises, de l'hydrogène gazeux a explosé dans les bâtiments des réacteurs après avoir été évacué des cuves sous pression. Les particules contaminées par les radiations ont contaminé plus de 1'000 km2 dans les environs, jusqu'à 160'000 personnes ont dû quitter leur domicile après que les radiations radioactives se soient répandues dans l'environnement. 

Le niveau de radiation a nettement baissé 
Un an après la catastrophe nucléaire, on a commencé à enlever les matériaux radioactifs dans diverses villes. Des ouvriers en combinaison de protection ont gratté les cinq premiers centimètres de terre sur des surfaces situées dans un certain périmètre. Les toits des maisons, les routes et les chemins ont été nettoyés par pulvérisation, l'eau sale a été filtrée. Les arbres, les haies et les arbustes ont été taillés, les feuilles et les débris ramassés.

Crédit image: Jun Teramoto flickr CC BY-SA 2.0

La ville détruite de Minamisōma après la vague géante. Un an après la catastrophe nucléaire, la terre contaminée a été retirée dans différentes villes autour de la centrale nucléaire.

Aujourd'hui, le niveau de radiation a nettement baissé. Selon le gouverneur de la préfecture de Fukushima, Masao Uchibori, il est passé de 2,7 micro-sieverts à 0,1 micro-sieverts par heure dans la ville de Fukushima. Outre les travaux de décontamination, cette baisse peut également être attribuée à la pluie et au vent, ainsi qu'à la désintégration naturelle des particules radioactives. Car contrairement à Tchernobyl, ce n'est pas un cœur de réacteur rempli d'uranium et de plutonium qui a explosé à Fukushima, mais le gaz d'hydrogène contenant de l'iode et du césium 137 rayonnants.

Fukushima doit redevenir habitable
Grâce à ces circonstances et au fait qu'environ 80 % des fuites de la centrale nucléaire se sont répandues dans la mer, il devrait être possible de rendre Fukushima à nouveau habitable. Entre-temps, tous les ordres d'évacuation des villes de la zone d'exclusion ont été levés. Mais les autorités considèrent toujours 337 km2 comme des zones où il est difficile de retourner. Les ex-résidents ne peuvent y pénétrer qu'avec une autorisation. En effet, en raison du rayonnement de plus de 50 milli-Sieverts par an, aucune décontamination n'y a encore été effectuée.

Crédit image: Tokyo Electric Power Co., TEPCO / IAEA, wikimedia, CC BY SA 2.0

La centrale nucléaire de Fukushima Daiichi en 2007, avant le tsunami.

Une grande partie de la terre enlevée et contaminée est collectée dans un dépôt intermédiaire de 16 ha à proximité de l'installation nucléaire, qui, selon les promesses du gouvernement, ne devrait exister que jusqu'en 2045. Le ministère de l'Environnement veut utiliser les années restantes jusqu'à cette date pour réduire autant que possible les quantités de matériaux. Il s'agit par exemple de recycler la terre dont la radioactivité est inférieure à 8000 becquerels par kg. Et ce, d'une part, dans les fondations des routes et, d'autre part, à 50 cm de profondeur sous les champs de légumes. Ces plans de réutilisation sont toutefois très controversés. 

Combustibles extrêmement radioactifs
Alors que les efforts de décontamination se poursuivent dans le périmètre de la centrale, les éléments combustibles extrêmement radioactifs dans les réacteurs endommagés constituent bien entendu également un problème majeur. L'élimination et le stockage sûr des débris radioactifs laissés dans les trois réacteurs de la centrale sont considérés comme l'un des plus grands défis du processus de démantèlement. 

Eau contaminée en permanence
En effet, tant que le combustible y reste, il doit être refroidi, ce qui génère des millions de mètres cubes d'eau radioactive. Cette eau contaminée doit être rejetée dans la mer, ce qui est controversé. Mais comme les débris sont si hautement radioactifs, il est trop dangereux pour les humains et même pour certains robots de s'en approcher. Cela signifie que l'on en sait très peu sur la composition chimique, ce qui ralentit les travaux de nettoyage et conduit à une accumulation encore plus importante d'eau contaminée.

Crédit image: Université de Sheffield

Une nouvelle étude pourrait aider à résoudre ce problème. Sous la direction de la professeure Claire Corkhill du département des sciences des matériaux et de l'ingénierie de l'Université de Sheffield, des chercheurs suisses ont développé une simulation des éléments combustibles dans les réacteurs endommagés de la centrale.

Cette étude, publiée dans la revue spécialisée « Nature Materials Degradation », est la première à examiner le devenir du plutonium dans les débris d'éléments combustibles, peut-on lire dans un communiqué de l'Université de Sheffield et de l'Instititut Paul Scherrer. Grâce à ce matériel de simulation, les autorités pourraient pour la première fois en savoir plus sur la composition chimique et les propriétés mécaniques des débris et développer ainsi des stratégies sûres pour leur élimination. 

Avancer à l'aide de robots et d'une simulation 
La Tokyo Electric Power Company a commandé un examen robotisé des débris du réacteur 1 qui, associé au nouveau matériel de simulation développé, pourrait contribuer à une meilleure compréhension des débris laissés par la catastrophe. « Sur la base des connaissances acquises sur les matériaux utilisés dans les réacteurs de Fukushima, par exemple le combustible, la gaine et le béton nous avons pu développer une recette pour les débris de combustible », explique Claire Corkhill, professeure au Département des sciences des matériaux et de l'ingénierie de l'Université de Sheffield. 

Recherche suisse primordiale
Pour ce faire, les chercheurs ont chauffé ces matériaux aux températures extrêmement élevées qui régnaient pendant l'accident et ont ainsi produit une version à faible radioactivité qui devait correspondre aux débris de combustible. « L'étude de ce matériau avec les microscopes à rayons X extrêmement lumineux de la Source de Lumière Synchrotron Suisse nous a permis de comprendre la répartition potentielle du plutonium à l'intérieur du combustible, ce qui est d'une importance capitale pour les opérations de récupération », explique Daniel Grolimund, responsable de la ligne de faisceau microXAS à la SLS. 

L'étude soutient le processus de récupération des débris d'éléments combustibles et aide à décider de ce qu'il convient de faire avec le matériel récupéré. Les résultats des mesures effectuées sur la ligne de sablage microXAS de la SLS sont d'une importance capitale à cet égard.  (Pascale Boschung)