LE JAPON ET FUKUSHIMA 3 ANS APRÈS LE TSUNAMI par JEAN-PIERRE PERVÈS

Dossier SFEN/GR21 15 mai 2014 LE JAPON ET FUKUSHIMA 3 ANS APRÈS LE TSUNAMI par JEAN-PIERRE PERVÈS Les photographies aériennes de la région de Fukushima avant et après le tsunami sont éloquentes : Avant le tsunami du 11 mars, une cité japonaise prospère «ordinaire» ; Après, le chaos complet. Un séisme de très grande ampleur (10 sur l échelle de Richter) à 100 km au large de la côte est du Japon et une heure après seulement, le tsunami provoque une vague atteignant 14m de hauteur au niveau de Fukushima. Le séisme a entrainé par endroits une baisse d 1 m du niveau du sol côtier. Les rares photos prises juste avant la vague montrent toutes les voitures sagement rangées dans les parking, ce qui démontre qu il n y a eu aucune évacuation, que TOUTE la population a été surprise, et qu une très grande partie a été noyée. Près de 20.000 morts. Toutes les centrales nucléaires japonaises se sont mises à l arrêt immédiatement après le séisme. Mais Les unités 1 à 4 de la centrale de Daiichi ont été conçues pour résister à un tsunami de 5,7 m ; conception partiellement remise en cause en 2008, mais sans apporter de modification. Les unités 5 et 6, plus récentes et construites quelques mètres plus haut ont bien résisté. La centrale d Onagawa, située quelques km plus au nord, avait été renforcée par une digue plus haute (13m), et disposait de diesels mobiles, d un personnel bien formé à la crise, tout cela à l initiative de l exploitant. Cette centrale a résisté, malgré le tsunami de 13m. Si bien qu après la catastrophe qui a ravagé la ville, 300 habitants se sont réfugiés pendant un mois dans la centrale. Ceci souligne les imperfections du nucléaire japonais : Les autorités de sûreté de l époque ne jouaient pas leur rôle de contrôle rigoureux de la sûreté ; et les exploitants s en remettaient souvent aux fournisseurs. Les BWR Examinons brièvement la conception des BWR (réacteurs à eau bouillante) : Schéma d un REB type Fukushima 33 m Hall esupérieur léger Enceinte confin Cuve 11 m N2 «Croix» ment acier Piscine de dépressurisa on 20 m Pompes 3 barrières e de confin ment: Les gaines du combus ble La cuve du réacteur L enceinte (acier+ béton) Toutes ont lâché Turbo-alternateur Vapeur Condenseur Eau de mer Pas de circuit secondaire Enceinte sous gaz neutre 14/5/2014 GR21 : JP Pervès 17

Principale caractéristique : l eau du circuit primaire alimente directement la turbine ; il n y a donc pas de circuit secondaire. La cuve du réacteur fonctionne à la pression de la vapeur à l entrée de la turbine (env. 70 bars). Elle contient à sa base le combustible, et à sa partie supérieure la partie évaporateurs/séparateurs, la vapeur allant directement à la turbine, sans la nécessité des générateurs de vapeur des PWR. Le confinement est réalisé directement autour de la cuve par une enveloppe en acier entourée d une enceinte épaisse en béton armé. Un tore volumineux rempli d eau occupe le bas du confinement. Il est destiné à faire baisser la pression par injection de la vapeur et barbotage en cas d accident. Le hall supérieur est accessible, et abrite la piscine du combustible. Il n est protégé que par un bardage en tôles. L accident LA DECROISSANCE RADIOACTIVE La moi é des atomes et la moi é de la puissance résiduelle ont disparu T est la période ou la demi-vie Iode 131: T = 8 jours Césium 137: T = 30 ans Elle s accompagne d un dégagement de chaleur d autant plus fort que la radioac vité est élevée 14/5/2014 GR21 : JP Pervès 12 Si tous les réacteurs japonais ont très bien réagi au séisme, et ont été arrêtés quasiinstantanément par leurs sismographes, il restait une puissance résiduelle, certes décroissante, mais qu il faut évacuer. À Fukushima, en l absence du réseau, perdu lors du séisme puis du tsunami, l exploitant ne pouvait plus compter sur aucun circuit d arrêt à froid reposant sur des diesels et une source d eau froide : les diesels et tous les moyens de secours avaient été noyés par la vague. La puissance résiduelle des réacteurs varie avec le temps comme indiqué -- en kw -- dans le tableau suivant (sachant qu un kw est la puissance moyenne d un radiateur électrique) : Le cœur s échauffant, sans moyen de refroidissement finit par fondre, et par s épandre au fond de la cuve, puis de l enceinte de confinement. Le zircalloy fondu des gaines du combustible réagit à l eau en produisant de l hydrogène. Puissance résiduelle à éliminer, en fonction du temps Temps après l arrêt Tranche 1 : 460.000 kw Tranche 2, 3, 4 : 784.000 kw 1 seconde 96.600 165.000 1 minute 69.000 118.000 1 heure 69.000 118.000 1 jour 8.280 14.000 1 mois 2.070 3.500 1 an 140 240 3 ans 25 43 10 ans 14 24 La pression monte dans l enceinte de confinement acier. L opérateur procède à un dégonflage des enceintes, et l hydrogène formé est évacué vers le hall. En l absence de recombineurs, l hydrogène, mélangé à l air, provoque une explosion qui pulvérise la protection de bardage, mettant les rejets radioactifs directement à l atmosphère. Ce scénario s est produit dans les tranches 1, 3 et même 4 : celle-ci, pourtant à l arrêt au moment de l accident, est ventilée par une cheminée commune avec la tranche 3 et c est par ce circuit commun que l hydrogène a envahi son hall et provoqué l explosion. Le hall du réacteur n 2 est resté intact. Dès lors, le site étant isolé, quasiment inaccessible par terre, et les moyens de refroidissement normaux étant détruits, l opérateur a refroidi les réacteurs et leurs piscines combustible par des équipements de fortune.

Étant donné la hauteur des halls, le seul moyen qui se soit montré efficace est des pompes à béton alimentées en eau de mer puis en eau douce. Les vents étant orientés vers l est au moment de l accident, la plus grosse vague de radioactivité a été rejetée vers le Pacifique pendant les premiers jours. Puis le panache a été poussé par des vents de nord ouest vers une région fortement boisée et relativement peu peuplée. Situation actuelle Les cœurs sont actuellement stabilisés et renoyés, les puissances résiduelles vont de 25 et 50 kw, suivant les réacteurs. La température est comprise entre 20 et 50 C. Il est procédé à une injection permanente d eau douce (circuits redondants). L eau injectée s écoule toutefois dans les sous-sols des bâtiments. Elle est traitée et réutilisée. Une injection redondante d azote, en tant que de besoin, est faite dans les enceintes de confinement et les cuves des réacteurs (risque hydrogène faible). Les débris sont nettoyés et évacués aux déchets. Autant la conception de la centrale a été critiquable, autant la gestion de la crise et les opérations de nettoyage sont remarquables et méritent le respect, étant donné les conditions épouvantables où travaillent les opérateurs. Le premier «chantier» a consisté à mettre les réacteurs à l arrêt sûr. Le deuxième chantier consiste à déblayer les innombrables débris radioactifs, à décontaminer le site, à gérer les eaux, et à restaurer les confinements. Le troisième grand chantier est l évacuation des 12.641 assemblages de combustible plus ou moins fondus et actuellement répartis comme l indique le tableau vers un ou plusieurs sites de stockage à déterminer. Tous les débris du plancher du hall du réacteur 3 ont été enlevés «douloureusement» par télé-intervention, pièce par pièce, avec des opérateurs au voisinage du bâtiment réacteur portant des tabliers renforcés de tungstène. L évacuation des combustibles a commencé le 18 novembre 2013 et devrait être achevée fin 2014. Le quatrième chantier concerne la gestion des eaux contaminées. Comment rejeter les eaux contaminées après épuration sans impact sur le milieu marin et la pêche, dans un pays qui vit en grande partie de la pêche? Le refroidissement des 3 cœurs nécessite quelques m 3 /h. Le réacteur de la tranche 4 est actuellement arrêté et déchargé. Il est fortement endommagé par l explosion d hydrogène. Le renforcement de sa tenue au séisme est achevé et l on procède au déblaiement des débris. On y a construit, entièrement par télé-opération un nouveau hall de manutention neuf et antisismique.

Les eaux contiennent quelques GBq/m 3 (césium, strontium, antimoine, tritium). Comment les recycler? La nappe phréatique Le niveau d eau dans les sous-sols est maintenu inférieur à celui de la nappe phréatique pour limiter la contamination de celle-ci, alors que quelques centaines de m 3 /jour entrent dans les sous-sols. 350 m 3 d eau par jour sont pompés dans les sous-sols. On est dans un climat où l eau de pluie peut représenter jusqu à 100 mm par jour. Le site s est procuré à peu près tous les réservoirs disponibles sur le marché dont certains de qualité douteuse -- pour stocker l eau contaminée. 3 unités traitent 250 m 3 /jour, et la capacité d entreposage du site était de 450.000 m 3 en 2013, capacité qui sera portée à 700.000 m 3 en 2015. Le tableau ci-dessous (virgules à l américaine!) reflète la situation au 12 mai 2014 : Soulignons au passage que l information du public sur l évolution du site est d une transparence parfaite, sous forme de rapports publics hebdomadaires. C est un sujet très médiatique : Ils épurent l eau mais ont beaucoup de retard à rattraper. La qualité insuffisante de certains réservoirs nécessite leur remplacement, la mise en place de détecteurs de niveau et de récupérateurs de fuites.

À cela s ajoute une pression du milieu de la pêche, opposé aux rejets alors que ce serait la bonne solution 1 : La variation de la radioactivité de l eau de mer est insignifiante. Le lessivage des sols n apporte-t-il pas plus de radioéléments en mer que la centrale? Il y a un projet pharaonique de geler le sous-sol de toute la centrale sur une hauteur de 27 m pour bloquer les fuites vers la nappe phréatique. Les essais sont en cours, et la réalisation devrait se faire de juin 2014 à mars 2015 (voir schéma cidessous). Comment démanteler le site dans le futur? C est un chantier de plusieurs dizaines d années qui s annonce, pour lequel le gouvernement japonais a créé un Institut international de recherche pour le déclassement nucléaire (IRID). Celui ci a lancé en 2013 un concours d idées pour l élimination des déchets des cœurs des trois réacteurs détruits lors de l accident : environ 200 propositions des plus grands spécialistes mondiaux, déposées en janvier 2014, sont en cours d analyse. Le démantèlement doit s articuler en trois phases : La 1 ère phase (dans les 2 ans) consiste à évacuer les assemblages de la piscine du réacteur 4, puis ceux de la piscine des réacteurs 1 à 3. La 2 ème phase (dans les 10 ans) : évacuation des débris des trois cœurs. Lors de la 3 ème phase (30/40 ans), on procédera à la démolition complète. 1 La dilution dans le Pacifique (au 23 avril 2014) est de 0,004 Bq/l, soit 2 fois le niveau antérieur à l accident. Le 137 Cs, le 134 Cs et les émetteurs gamma ne sont pas décelables.

Isolation Décontamination Diagnostics ; Nettoyage Diagnostics ; Évacuation Bâtiment Prise d échantillons Évacuation Prise d échantillons Débris du Couverture Internes Cuve cœur Supérieure Tout le démantèlement se fera par télé-opération. TEPCO utilise les tranches 5 et 6 pour qualifier le matériel qui sera utilisé en télé-opération. La radioactivité et les évacuations La réglementation en cas d accident stipule : Confinement dans les bâtiments si la dose possible en un an excède 10 msv ; Évacuation si la dose possible en un an excède 50 msv. Or la dose naturelle dépend de la géographie, et peut varier de 0,5 à plus de 100 msv par an. En France, elle est en moyenne de 2,5 msv, y compris les doses médicales et industrielles. Par temps sec, les turbulences de l air projettent au sol les aérosols contenus dans le voisinage. Par temps de pluie, les gouttes d eau en se formant emprisonnent les aérosols puis, lors de leur chute, précipitent ceux contenus dans l ensemble de la colonne d air située entre le sol et les nuages.

Le timing des évacuations initiales Les évacuations ont été décidées sur la base des premières estimations de dose à la population, pour des doses supérieures à 20mSv. Elles se sont révélées efficaces : 11 Mars, 20h50 : Évacuation de la zone des 2 km 11 Mars, 21h23 : Évacuation de la zone des 3 km Confinement dans une zone de 10 km 12 Mars, 18h20 : Évacuation de la zone des 20 km : 85 000 personnes Mise à l abri des personnes dans les 20-30 km 15 Mars, 19h00 : Fin d évacuation de la zone des 20 km Fin Mars Évacuation spontanée d une partie de la zone des 20-30 km 22 Avril : Zone d évacuation élargie (jusqu à 80 km) : zones délimitées en fonction des mesures de contamination des sols. (Communes de Iitate, Katsurao, Kawamata et Minamisoma). Les populations évacuées ont été relogées dans des habitations de type «mobilhomes», en même temps que les victimes du séisme et du tsunami. Quelle évolution de la radioactivité à terme? 100% 90% % d'activité du dépôt initial 80% 70% 60% 50% 40% 30% Tellure 132 + iode 132 Iode 131 Baryum 140 + Lanthane 140 Césium 136 Tellure 129m + Tellure 129 Césium 134 Césium 137 20% 10% 0% 15 mars 2011 15 avril 2011 16 mai 2011 16 juin 2011 17 juillet 2011 Dans 4 ans, ce sera essentiellement le césium 137 qui subsistera (T : 30 ans) et dans une moindre mesure le césium 134 (T : 2,1 an) Le devenir des matériaux contaminés Terre contaminée représente 50 m 3 /ha à stocker Déchets végétaux : incinération? Les entreposages temporaires soulèvent de fortes oppositions NIMBY Stockage simple : autoprotection, pour le Cs seul

L État a pris la décision de créer un site de stockage national (janv. 2014). En dehors de la zone évacuée, 400 écoles ont été décontaminées (octobre 2013) ainsi que 18.000 hectares de terres agricoles (octobre 2013). Il devrait y en avoir 26.000 hectares fin 2014. Dosimétrie et impact sanitaire Les doses de rayonnement sont exprimées en millisievert (msv). La dose traduit l impact sanitaire des rayonnements sur l homme. Elle peut être externe, l environnement étant plus radioactif que naturellement ; Elle peut être interne : on respire ou on avale des produits radioactifs (y compris naturels) Les autorités médicales considèrent que le risque est imperceptible au dessous de 100 msv. Rappel des doses artificielles autorisées au Japon : Pour les travailleurs : 50 msv par an et 100 msv sur 5 ans. Pour le public : 1mSv ajouté, sur 12 mois 2! Le 14 mars 2011, la limite annuelle pour les travailleurs a été portée de 50 à 250 msv : il s agit d une prise de risque courageuse pour faire face aux travaux sur le site. Depuis le 16 décembre 2011, les doses légales pour les travailleurs ont été ramenées à : 50 msv par an, et 100 msv sur 5 ans. Environ 1000 intervenants ont reçu des doses au dessus des normes annuelles en 2011 : 6 au dessus de 200 msv, 170 au dessus de 100 msv, 1000 au dessus de 50 msv. Il n y a pas eu d interdiction générale de consommation venant des pouvoirs publics mais une approche pragmatique avec des mesures locales. 2 Cette valeur est trop «conservative», et inutilement contraignante : la dose naturelle en France varie de 0,5 à 4 msv par an, et elle s élève jusqu à 70 voire 100 msv par an dans certains pays (Kérala en Inde, ou dans certaines provinces d Iran).

Le tableau ci-dessus montre que le management radiologique du personnel (6000 personnes en moyenne, partiellement renouvelées en fonction des doses reçues) a été remarquable, compte tenu de l état désastreux où se trouve le site, avec des matériels très radioactifs à démanteler. La dosimétrie mensuelle du personnel résumée ci-dessous est conforme aux normes, en baisse, mais reste élevée. La dose collective mensuelle est d environ 7 Sv (7.000 msv). La maîtrise des doses reste un objectif majeur. Total de l exposition externe et interne des travailleurs les plus exposés : Sur 9747 résidents, 99% ont reçu des doses inférieures à 10 msv ; 71 ont reçu des doses comprises entre 10 msv et 23 msv. Le risque d exposition interne est faible, mais des doses en 131 I de quelques dizaines de msv sont possibles. La Préfecture de Fukushima a envoyé un questionnaire à 2.060.000 personnes. 485.000 (23,6%) ont répondu. Les doses constatées sont : Dose externe maximale : 25 msv Doses sur 4 mois < 1 msv : 66 %.

Les doses estimées au départ se révèlent moins élevées d un facteur 3 à 7. Doses supérieures à 10 msv : 126 personnes. Les doses subies par la population sont presque toujours en dessous de 2 msv sur la première année. Toutes ces données sont régulièrement publiées. Aliments et doses internes Les retombées radioactives ont été faibles (premiers jours, retombées au large ; au mois de mars, les cultures n étaient pas développées ; bétail maintenu en étables, et fréquemment alimenté avec des fourrages importés, La contamination des sols a été modérée, et les évacuations précoces. Mais il demeure une sensibilité de produits forestiers prisés au Japon (champignons et pousses diverses). Les autorités se sont montrées pragmatiques : on continue à produire si la radioactivité est audessous du seuil. Si un échantillon est au-dessus des normes, on arrête de commercialiser et on mesure pendant 3 semaines. Si c est «bon» pendant 3 semaines, on lève l interdiction. Lors d une 2 ème récolte, il n y a pratiquement plus de danger car les transferts racinaux sont très faibles. Les supermarchés se sont autocontrôlés. Ce qui a poussé après l accident, sans contamination foliaire, a été pratiquement mangeable sans restriction. L eau de mer a présenté une radioactivité extrêmement faible : l activité due à l accident est 3000 fois mois élevée que la radioactivité naturelle de l eau de mer en potassium 40. En revanche, il y a des dépôts sédimentaires marins qui ont amenés des interdictions de pêche. Impact sanitaire selon l OMS Peu de données initiales sur la population sur les cancers Pas de moyens de mesure individuels pendant la période critique Base: cartographie des contaminations au départ Estimations des doses reposant sur des enquêtes sur les comportements Pas de registre des cancers pour définir l état initial L OMS reste très prudente (téléchargeable). Étude fouillée et assez complète, par gammes d âge, hommes et femmes, etc. L impact sur Japon et le reste du monde» : absolument imperceptible ; sur les 14 zones les plus touchées : excès de cancers sur 90 ans comparés aux cancers «naturels» (dont mourra 40% de la population) : augmentation prévisible de 0,4% pour la zone la plus contaminée. En gros, peut-être une centaine de cancers supplémentaires rajoutés aux 10.000 +/- 10% 3. Comme à Tchernobyl, le facteur de loin le plus déterminant est le stress dû aux évacuations. À se demander si le bilan global ne serait pas meilleur si tout le monde restait sur place! Retour des populations Ce sera long et ne se fera que sur une partie limitée du territoire. Un obstacle difficile : faire comprendre que 10 fois le seuil réglementaire n est pas dangereux 4 Pour revenir il faut que la «ville» fonctionne Il faut aussi du travail et le tsunami a beaucoup détruit Mais la terre est précieuse au Japon et le pays fera beaucoup pour la récupérer pour des activités adaptées. La population souhaite-t-elle revenir? Un sondage parmi les habitants de FUTABA a montré que : 4 % étaient prêts à revenir dès que possible, 16 % attendront la restauration des infrastructures et des maisons (suite séisme/tsunami), 21% attendront la fin de la décontamination, 26 % attendront que les autres soient revenus. Enfin, 25% refuseraient de revenir. 3 Mais comment expliquer aux gens qui auront un cancer que l accident nucléaire n y est probablement pour rien? 4 On voit là l inconvénient d un abaissement déraisonnable des normes

Mais quelle aide au retour (infrastructures et services, jobs)? Début avril, 400 personnes dans la zone de Tamura. L une des raisons majeures : le risque de perdre des pensions «évacués» (comme après Tchernobyl). Le nucléaire au Japon 48 GW réparti entre 10 sociétés privées produisaient 25% de l électricité. 2 zones : 50 et 60 Hz. Conséquence de l accident : 40% d augmentation des combustibles fossiles. Augmentation de 20% du prix du kwh, Abandon du protocole de Kyoto! Mais le pays se ressaisit : Le «Japan Basic Energy Plan» incluant le nucléaire a été voté en avril : Le nucléaire est maintenu comme production de base ; 17 réacteurs ont déposé une demande de redémarrage, 3 réacteurs en cours de construction ont reçu l autorisation de poursuivre. La construction de Rokasho Mura (retraitement) est poursuivie. Le gouvernement «joue le jeu» d une totale indépendance des autorités de sûreté, et celles-ci prennent leur temps. Quelques réacteurs pourraient être autorisés à redémarrer cette année. Conclusions rapides Les Japonais ont eu en l occurrence beaucoup de malchance, mais les centrales qui avaient été bien conçues n ont pas souffert. Ils ont eu toutefois la chance que les rejets initiaux aient été orientés vers le Pacifique. Les rejets ont été nettement moins élevés -- d un ordre de grandeur -- qu à Tchernobyl. Le démantèlement sera extrêmement difficile. La population, et même les travailleurs ont été relativement peu contaminés (rappelons qu il n y a eu, au moins depuis trois ans, aucun mort par irradiation). Cet accident a amené à une profonde refonte des autorités de sûreté japonaises, et à une prise de conscience accrue des risques liés à la sismicité et aux tsunamis. Après une grande émotion, largement justifiée, il semble que le Japon maintienne son programme nucléaire, avec les modifications requises, et une sûreté maintenant de bon niveau. Rappelons que contrairement aux occidentaux, TEPCO n avait pas tiré d enseignement suite aux accidents de TMI ni de Tchernobyl. Les conséquences sur les programmes nucléaires mondiaux sont finalement modérées, si l on excepte l Allemagne et quelques pays européens qui n ont, somme toute, rien à voir avec ce qui s est passé au Japon et qui ont pris des décisions inspirées par des considérations strictement politiciennes.