Que sont devenus les réacteurs RBMK en cause à Tchernobyl ?

Publié Par Michel Chouha, le dans Énergie et matières premières

Par Michel Chouha.

 

Il y a 30 ans à Tchernobyl, le réacteur numéro 4 de la centrale Lénine explosait, causant le plus grave accident nucléaire du XXe siècle, classé au niveau 7 de l’échelle internationale des événements nucléaires. En cause, une combinaison fatale entre des erreurs humaines, de la part des opérateurs de la centrale, et une conception déficiente du réacteur accidenté, un RBMK, pour « Reaktor Bolshoy Moshchnosti Kanalnyi », « réacteur de grande puissance à tubes de force ». À l’époque, les connaissances disponibles en Occident étaient très limitées sur ces réacteurs nucléaires de conception soviétique datant des années 1950, communs en URSS.

À quoi ressemblent ces RBMK ? Il s’agit de réacteurs à neutrons thermiques utilisant le graphite comme modérateur et l’eau légère bouillante comme fluide caloporteur. Le combustible est de l’oxyde d’uranium légèrement enrichi en uranium 235. Chaque assemblage combustible est contenu dans un « tube de force » à l’intérieur duquel circule le fluide de refroidissement. Les tubes de force, environ 1 700, sont placés verticalement dans l’empilement de graphite. L’ensemble repose sur une structure mécano-soudée contenue dans une cavité en béton. Au-dessus du réacteur, une « machine de chargement » permet le renouvellement du combustible de manière continue pendant l’exploitation. Le contrôle de la réactivité est assuré par environ 200 barres absorbantes de neutrons, réparties dans tout le cœur du réacteur. Ces barres protectrices sont placées dans des tubes de force analogues à ceux qui contiennent le combustible.

 Coupe simplifiée d’un réacteur RBMK de puissance 1 000 MWe. Michel Chouha/IRSN, Author provided

Coupe simplifiée d’un réacteur RBMK de puissance 1 000 MWe. Michel Chouha/IRSN, Author provided

 

Trois défauts de conception

Qu’est-ce qui a pêché, lors de l’accident ? Après la catastrophe, les experts occidentaux ont pu accéder aux documents nécessaires pour analyser la conception de ces réacteurs, qu’ils ne connaissaient que très peu, et évaluer leur niveau de sûreté. Ils ont pu ainsi identifier de nombreux défauts de conception dont trois ont pesé lourd le jour de la catastrophe.

D’abord, un coefficient de température très positif quand le réacteur fonctionne à faible puissance. Cela signifie qu’une augmentation de la température du cœur du réacteur se traduit par une augmentation de la réactivité. Cette dernière conduit à une nouvelle augmentation de la puissance et de la température, et ainsi de suite. Cet effet « déstabilisant » rend difficile le contrôle du réacteur.

Ensuite, un système d’arrêt d’urgence lent et peu fiable. Le système d’arrêt, que l’on peut comparer au système de freinage d’une voiture, est sans doute le plus important des systèmes de sûreté d’un réacteur nucléaire. Il est constitué de barres fortement absorbantes de neutrons, réparties dans tout le cœur du réacteur. Cela permet à ces barres d’étouffer rapidement la réaction en chaîne lors de leur insertion dans le cœur, et d’arrêter ainsi le réacteur. Le système d’arrêt d’urgence des RBMK présentait des carences significatives : un temps d’insertion des barres trop long ; une mauvaise conception des crayons absorbants, et une fiabilité insuffisante du système dans son ensemble.

Enfin, l’absence d’enceinte de confinement. À la place, un système de confinement modulaire ; les RBMK disposent de plusieurs compartiments étanches, destinés à assurer le confinement de différentes zones de l’installation dont la cavité du réacteur. Cette dernière, qui renferme les tubes de forces contenant les assemblages de combustible, était conçue pour faire face à la rupture d’un tube de force. Les ruptures multiples de tubes de force (comme cela fut le cas lors de l’accident de Tchernobyl) n’étaient donc pas envisagées.

Un très gros effort a été réalisé, après l’accident de Tchernobyl, pour améliorer la sûreté des RBMK. Tout d’abord, au lendemain de la catastrophe, des modifications ont été mises en œuvre pour pallier les trois défauts cités plus haut. Notamment, la réduction de l’effet déstabilisant du coefficient positif de température, l’ajout d’un système d’arrêt rapide avec 24 nouvelles barres, ou encore la mise en place d’un système de réduction de la pression par condensation de la vapeur en vue d’améliorer la capacité de dépressurisation du système de confinement.

Programme de modernisation

Dans un deuxième temps, un programme de modernisation spécifique a été conçu pour chaque réacteur. Les systèmes de sûreté les plus importants (par exemple le système d’arrêt d’urgence) ont été entièrement remplacés par de nouveaux systèmes plus modernes et plus fiables. Les experts internationaux ont validé ces améliorations : dans deux cas concrets, les réacteurs Kursk 1 et Ignalina 2, les spécialistes ont souligné une amélioration très sensible de la sûreté de leur fonctionnement par rapport à leur situation initiale.

La modernisation du parc RBMK a coûté cher : environ 300 millions de dollars par tranche nucléaire, soit un total de 3 à 4 milliards de dollars. Une somme importante, mais minime si on la rapproche du coût estimé de la catastrophe de Tchernobyl qui serait de l’ordre de 175 milliards de dollars (estimation qui reste à prendre avec prudence).

11 RBMK en exploitation

Aujourd’hui, où en est-on ? Entre 1991 et décembre 2000, les trois autres réacteurs de Tchernobyl ont été mis à l’arrêt définitif, suivis par les deux réacteurs de la centrale d’Ignalina, en Lituanie, respectivement en 2004 et 2009. Il reste donc, à ce jour, 11 réacteurs RBMK en exploitation, tous en Russie, et qui devraient continuer encore à produire de l’électricité.

En effet, la Russie poursuit aujourd’hui pour ces réacteurs une logique de prolongation de leur durée de vie de conception. Cette dernière qui était initialement de trente ans est portée à environ 45 ans. Les experts russes justifient cette logique par les importants programmes de modernisation mis en œuvre de manière spécifique sur chacun des réacteurs du parc, ainsi que par les contrôles réglementaires périodiques qui s’imposent à tous les réacteurs nucléaires. Si cette politique était menée à son terme, le dernier réacteur RBMK (Smolensk 3), mis en service en 1990, pourrait ainsi fonctionner jusqu’en 2035.

Sur le web– Article publié sous licence Creative Commons CC BY-ND 4.0.

  1. Il faut également ajouter un coefficient de vide positif: la perte du modérateur implique également une hausse de la réactivité. C’est une des raison de l’explosion.

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