Historique du programme électro-nucléaire français

Beaucoup a été dit et écrit à propos des glorieux épisodes de la recherche scientifique qui ont marqué le début de notre siècle, la découverte des différentes particules et de leurs propriétés, notamment celle du neutron en 1932, et la mise en évidence de la radioactivité artificielle en 1935.

C’est moins de dix ans après la découverte du neutron par James Chadwick, moins d’un an après l’explication de la fission par Otto Hahn qu’une petite équipe composée de Frédéric Joliot-Curie, Hans von Haban et Lew Kowarski, dépose des brevets (à l'exemple du brevet relatif aux pompes primaires) décrivant de façon étonnamment précise, ce que vont être les installations propres à extraire l’énergie de la fission de l’atome.

La réaction en chaîne est née, au moins sur le papier, en 1939.

Seconde caractéristique, même si les Français y jouent un rôle essentiel, l’aventure est internationale. Comme le prouvent les noms des grands savants que nous venons de citer, ceux-ci venaient pratiquement de tous les pays d’Europe. Passant brusquement du laboratoire à l’industrie, une formidable aventure internationale commence, qui suscite de grandes espérances dans un monde où certains en sont encore à découvrir les promesses de l’électricité.

Hélas, quelques mois plus tard, la deuxième guerre mondiale oblige à penser à autre chose. Et si la recherche des quarante premières années du siècle avait été essentiellement européenne, ce sont les Etats-Unis d’Amérique qui vont prendre le relais.

Cette autre chose, c’est la bombe atomique.

Or il se trouve qu’une des voies pour y parvenir, c’est de construire un réacteur, qui permette, par transmutation de l’uranium, de produire une des deux matières premières permettant la confection d’une bombe, le plutonium. Et c’est ainsi que le premier réacteur nucléaire fut construit, non pas pour produire de l’électricité, comme l’imaginaient les brevets de 1939, mais pour en extraire un sous-produit à des fins militaires.

La première véritable réaction en chaîne est déclenchée à Chicago en décembre 1942. Reconnaissons le, cet effort, soutenu par des moyens considérables en laboratoires, en experts de toutes disciplines, le fameux projet Manhattan, fut une contribution très importante à l’acquisition des connaissances de base nécessaires à l’énergie nucléaire civile.

Aussi bien, les cadeaux que les «militaires » étaient voués à faire aux « civils » n’étaient pas terminés.

Passant de la guerre chaude à la guerre froide, les stratèges réalisent ce que l’atome peut leur apporter en termes de transport : grâce à l’énorme concentration d’énergie contenue dans l’uranium, un sous-marin nucléaire peut naviguer sans mouiller pendant de nombreux mois. 

Des programmes sont lancés, où, encore une fois, les Etats-Unis tiennent la tête. Très vite, pour des raisons techniques qu’il serait trop long d’exposer ici, mais qui ont été rapportées maintes fois, ils convergent sur un certain type de réacteur, utilisant de l’uranium enrichi et l’eau sous pression comme refroidisseur et véhicule de l’énergie.

Le Général de Gaulle, dans sa volonté de construire l'autonomie de la France face aux Etats Unis, créé par ordonnance le Commissariat à l'Energie Atomique (CEA) le 18 octobre 1945 avec pour objectif de développer les capacités nucléaires du pays dans le domaine militaire et civil.

La France qui avait été, en 1936, le premier pays au monde à avoir un ministère de la Recherche scientifique, allait ainsi, grâce au Général, être la première à fonder un organisme civil pour présider au développement de l'ensemble du domaine révolutionnaire des applications de la fission du noyau de l'atome d'uranium. 

A la fin de la Seconde Guerre mondiale, 1 450 entreprises françaises privées coexistent et assurent la production, le transport, et la distribution d’électricité et de gaz. Le 8 avril 1946, la nationalisation des entreprises de l’électricité et du gaz est votée avec la création d’Electricité de France (EDF) et de Gaz de France (GDF). Tous les producteurs et distributeurs d'électricité français vont devoir s'unir pour ne former qu'une seule et même entreprise nationale : EDF.

En parallèle, le réseau de transport d’électricité est reconstruit. On crée de nouvelles lignes, en ville comme dans les campagnes, pour que tous les habitants puissent accéder à l’énergie et profiter d’une puissance suffisante pour l’éclairage et le branchement de petits appareils électroménagers.

La croissance de la consommation d’électricité, dans les années d’après-guerre, pousse le gouvernement à engager des grands travaux pour construire des infrastructures de production et de transport de grande capacité.

Dès 1947, EDF met ainsi en œuvre plus de 40 projets d’aménagements, tels que le barrage de Serre-Ponçon, le barrage de Tignes, alors le plus important d’Europe, ou encore l’usine marémotrice de la Rance.

A l’époque, la production d’électricité est soit d’origine hydraulique, soit d’origine thermique. Si la production hydraulique présente des avantages car elle est peu onéreuse et ne pollue pas, le nombre de sites pouvant accueillir des barrages est limité. Conséquence : les centrales thermiques fonctionnant au charbon, au fioul et au gaz deviennent indispensables et commencent à prendre le relais de l’hydraulique.

Depuis les années 1960, EDF conseille et accompagne les Français pour expliquer les meilleurs usages de l’électricité dans un environnement domestique qui se modernise.

En 1963, EDF lance sa première véritable campagne commerciale sous le signe du « compteur bleu». D’autres suivront, à l’exemple de celle consacrée en 1971 au lancement du chauffage électrique.

En 1973, à la veille du choc pétrolier, le fioul est la première source d'énergie électrique et permet de couvrir près de la moitié des besoins en France. Suite au choc pétrolier et à la hausse des prix du pétrole, L'Etat se tourne vers l'électricité nucléaire.

EDF annonce dès 1974 la construction de 13 centrales nucléaires en deux ans. Ce programme de grande envergure participe à l’indépendance énergétique de la France. Pour des raisons économiques, EDF opte pour la filière des réacteurs à eau pressurisée (REP) et à uranium enrichi. Si l’énergie nucléaire est moins chère et ne produit pas de CO2, c’est un investissement coûteux du fait des efforts à réaliser en matière de sûreté et de la gestion des déchets à vie longue.

Cette figure montre les différentes phases de construction du parc nucléaire français de production d'électricité, tel que nous le connaissons actuellement, exception faite de l'EPR.

Syndrome chinois

Initialement, le syndrome chinois est une hypothèse qui remonte à 1971 par laquelle un cœur de centrale nucléaire en fusion pourrait traverser la croûte terrestre de part en part et aboutir à l'opposé de son origine, en Chine. Le physicien nucléaire Ralph E. Lapp en est à l'origine et base sa théorie sur les rapports d'une équipe de physiciens et publiés en 1967.

Puis en 1979, juste quelques jours avant l'accident du 28 mars à la centrale nucléaire de Three Mile Island, sort le film "The china syndrome", réalisé par James Bridges. Bien que le film soit basé sur un scénario qui envisage l'emballement du réacteur conduisant à sa fusion et au percement des installations allant à créer des explosions de vapeur contaminée à l'atteinte des nappes phréatiques souterraines, son titre est trompeur, puisque la théorie même du syndrome chinois du Dr Lapp n'est pas inscrite au scénario, même si elle est évoquée. Il en résulte que le film, étrangement prémonitoire à l'accident qui s'en suivit, a profondément marqué l'opinion publique américaine. 

Le retour d'expérience (REX) de l'accident de Three Mile Island en 1979 fera qu'un phénomène initialement non prévu à la conception des centrales REP, à savoir la fusion totale ou partielle du combustible avec le percement de la cuve du réacteur, sera intégré dès la conception des derniers réacteurs de génération III lors du lancement notamment du projet EPR (Europeen Pressurized Reactor) en 1993. Ainsi, en cas d'accident grave avec un corium qui percerai la cuve du réacteur, les matières en fusion seraient collectées dans une salle d'étalement située sous le réacteur, et confinées dans les installations de l'îlot nucléaire, sans contact donc avec l'environnement extérieur. (lien)

Retour d’expérience qui n'a bénéficié ni aux réacteur russes RBMK qui équipaient le site de Tchernobyl (comme le montre la photo ci-dessus de ce que l'on nomme "le pied d’éléphant", dû à la forme prise par le corium figé ainsi lors de son refroidissement), ni aux Réacteurs à Eau Bouillante (REB/BWR) qui équipent la centrale de Fukushima. Leur conception est en effet bien antérieure au projet EPR. En conséquence, le corium (amas de matières en fusion) issu du réacteur a traversé les installations...jusqu'à trouver suffisamment de résistance pour ne pas s'enfoncer plus avant et étayer la théorie du syndrome chinois.

Pour mieux comprendre les phénomènes survenant lors d'un accident grave de fusion de cœur d'un réacteur à eau légère, le programme international de recherche Phébus PF (Produits de Fission) à été initié en 1998. Le rapport du dernier des 5 tests a été publié en décembre 2010 et a donné lieu à un séminaire de clôture organisé en juin 2012. Vidéo IRSN.

Les recherches sur le corium se poursuivent sur la modélisation de son écoulement avec Astec suite à l'accident de Fukushima et la recherche des résidus des coeurs fondus. 
source : IRSN - Repères n°29 - 04/2016.

L'IRSN à publié l'ouvrage intitulé "Les accidents de fusion du coeur des réacteurs de puissance" accessible en boutique.

Fukushima, chronique d'un désastre

Rediffusion aujourd'hui du documentaire "Fukushima, chronique d'un désastre" diffusé le 11 mars mars sur ARTE.

Qu'en ressort -il? Outre l'énoncé chronologique de l'accident, par deux fois on fait rappel aux accidents passés.

D'abord avec l'accident de Three Mile Island en mars 1979 où plusieurs furent évoqués.

La conception de la sonde de niveau du cœur en premier lieu. Cette sonde mesure le niveau d'après la pression du circuit. Or, du fait de la perte d'eau dans le cœur et de son augmentation de température, la pression à augmentée, donnant de mauvaises indications aux opérateurs. En effet, alors qu'ils pensaient les éléments recouverts, ils étaient totalement à l'air et entamaient leur destruction du fait de leur température très élevée.

La conception encore avec cette vanne de condenseur maintenue normalement fermée en cas de perte électrique. Les sources électriques ont été perdues en tout premier plan lorsque la vague du tsunami à noyée le site. Cette vanne, une fois ouverte en phase accidentelle aurait permis de retarder le dénoyage du cœur, par l'apport d'eau condensée, tout en évacuant tout ou partie de la chaleur résiduelle du cœur.

La formation enfin car, si les opérateurs américains conscients de la problématique de la vanne de condenseur ont été formés à la manœuvrer manuellement, les opérateur japonnais se sont fiés aux indicateurs de la salle de commande, alors même qu'ils avaient perdus toute source d'énergie et se fiaient à de mauvaises indications.  

Puis ensuite, et à l'instar de Tchernobyl en avril 1986, pour tenter de conserver intègre l'enceinte de confinement, les opérateurs décident un relâchement de la pression qu'elle renferme, ainsi que des produits de fission issus de le fonte des éléments combustibles du cœur. Ce relâchement est à l'origine de la première contamination de l’atmosphère, bien avant l'explosion due, elle, à l'atteinte de la limite d'explosivité de l’hydrogène, gaz issu également de la détérioration des éléments combustibles.

On peut donc que s’apercevoir que les réacteurs à eau bouillante (REB/BWR de type Mark I) de Fukushima Daiichi n'ont pas bénéficié du retour d'expérience (communément appelé REX) et des leçons tirées des accidents de Three Mile Island et de Tchernobyl.

Qu’est-ce qu’un Accident Grave

Comme le définit le document IRSN-2008/98 du 15 décembre 2008 intitulé " Accidents graves des réacteurs à eau de production d’électricité", un accident grave est définit comme étant un accident dans lequel le combustible du réacteur est significativement dégradé par une fusion plus ou moins complète du cœur. Cette fusion est la conséquence d’une élévation importante de la température des matériaux composant le cœur, elle-même résultant d’une absence prolongée de refroidissement du cœur par le fluide caloporteur. Cette défaillance ne peut survenir qu’à la suite d’un grand nombre de dysfonctionnements, ce qui rend sa probabilité très faible (en ordre de grandeur, 10-5 par réacteur et par an).

Pour exemple, le premier accident grave de l'industrie nucléaire civile à été celui survenu en 1979 sur la tranche 2 du site de Three Mile Island par le cumul de défaillances ayant conduit à la fusion partielle du cœur et renoyage de celui-ci.