Accident nucléaire de Three Mile Island
L'accident nucléaire de Three Mile Island s'est produit le  dans la centrale nucléaire de Three Mile Island (). L'île est située sur la rivière Susquehanna, près de Harrisburg, dans l'État de Pennsylvanie aux États-Unis. À la suite d'une chaîne d'événements accidentels, le cœur du réacteur  de la centrale de Three Mile Island (TMI-2) a en partie fondu, entraînant le relâchement dans l'environnement d'une faible quantité de radioactivité.

Cet accident est classé au niveau 5 de l'échelle internationale des événements nucléaires (INES).

Déroulement 

L'accident a commencé par la perte d’étanchéité de l’enceinte du circuit d’eau primaire (deuxième barrière de protection), une vanne de décharge du pressuriseur étant restée bloquée en position ouverte. À la suite d’actions inadaptées, le refroidissement du cœur n’a plus été assuré, entraînant la fusion d’une partie du combustible, c’est-à-dire la perte de la première barrière de protection. L’enceinte de confinement, troisième barrière, a joué son rôle pour limiter les rejets radioactifs.

Quand six ans plus tard, il a été possible de pénétrer dans l’enceinte, une caméra introduite dans la cuve a montré qu’une partie significative du combustible avait fondu mais qu’il n’avait pas traversé la cuve, le corium s’est stratifié en fond de cuve sans provoquer d’explosion de vapeur.

Premières minutes de l'accident 

Les pompes principales d'alimentation en eau du système de refroidissement secondaire (ou circuit secondaire) tombèrent en panne vers  du matin () le , provoquant l’arrêt automatique du groupe turboalternateur. Cependant, cette panne modifia instantanément les conditions thermodynamiques dans le générateur de vapeur, diminuant sa capacité à refroidir le circuit primaire dont la pression augmenta alors immédiatement à cause de la hausse de température. Afin d'éviter que la pression n'augmente trop, la soupape de décharge du pressuriseur du circuit primaire s'ouvrit automatiquement (), néanmoins la pression continua à monter et provoqua l’arrêt automatique du réacteur (insertion des barres de commande dans le cœur) à  (). Cette soupape aurait dû ensuite se fermer dès la pression redescendue, mais malgré l’ordre automatique de fermeture ce ne fut pas le cas. Facteur aggravant, les voyants en salle de commande montrèrent la soupape en position fermée (le voyant indiquait en fait que l'ordre de fermeture avait été donné, mais pas que la manœuvre avait été réalisée). Par conséquent, la pression continua de diminuer dans le circuit primaire, qui se vidait par cette soupape restée ouverte (perte de la seconde barrière de confinement).

La baisse de pression dans le circuit primaire entraîna le démarrage automatique du circuit d'injection de sécurité (), chargé d'amener de l'eau dans le circuit primaire. Cependant, en même temps que la pression baissait, des « vides » (de la vapeur d’eau en fait) se formaient dans la cuve et dans le circuit primaire. Ces vides générèrent des mouvements d’eau complexes qui, paradoxalement, remplirent le pressuriseur en eau, le pressuriseur se trouvant à ce moment plus froid que la cuve du fait :
 de la décharge en vapeur des soupapes primaires qui avait refroidi le pressuriseur par évaporation de l'eau contenue ;
 de la chaleur résiduelle du cœur qui faisait monter la température de l'eau présente dans la cuve.

Du fait de cet écart de température, le positionnement en point haut du pressuriseur n'a pas empêché son remplissage en eau (par passage sous vide de la même manière qu'un « abreuvoir à oiseaux »).

L’opérateur, ayant l'information que le pressuriseur était plein, en conclut par erreur que tout le circuit primaire l’était également et arrêta manuellement le circuit d’injection de sécurité (). Peu de temps après, l’eau commença à bouillir à la sortie du cœur ().

Parallèlement, un autre problème était apparu ailleurs :
 le système de secours de refroidissement en eau des générateurs de vapeur avait été testé  avant l'accident. Lors de ce test, une vanne avait été fermée, et devait être rouverte à la fin du test. Mais cette fois, à la suite d'une négligence humaine ou administrative, la vanne ne fut pas rouverte, empêchant le système de refroidissement de secours de fonctionner. La vanne fermée fut finalement découverte et ouverte manuellement (), permettant au système de secours de fonctionner correctement, de refroidir les générateurs de vapeur, et par conséquent le circuit primaire ;

Le mélange de vapeur et d’eau qui s’échappait de la soupape du pressuriseur était dirigé vers un réservoir de décharge. Or, au bout d’un certain temps (), ce réservoir fut complètement plein, amenant à la rupture des disques de décharge prévus pour cette situation. À partir de cet instant, le circuit primaire se vidait directement dans l’enceinte de confinement (troisième et dernière barrière de confinement de la radioactivité).

Pendant les heures qui suivent 
En salle de commande les opérateurs étaient noyés sous le flux d'alarmes et n'étaient pas en mesure de comprendre exactement ce qui se passait (situation très complexe, stress, pression, trop de monde en salle de commande).

Après plus d’une heure de lente augmentation de la température et de vidange du circuit primaire, les pompes du circuit primaire commencèrent à vibrer parce qu'elles pompaient plus de vapeur que d’eau. Elles furent alors stoppées ( pour la première,  pour la seconde), car les lois de la physique précisaient que la convection naturelle permettrait à l'eau de continuer à circuler par thermosiphon. Cependant, la convection naturelle fut bloquée par l’hydrogène déjà piégé dans les générateurs de vapeur, la chaleur n’était donc pas évacuée par les générateurs de vapeur et l’évaporation de l’eau du circuit primaire s’accéléra encore. À cet instant, le haut du cœur commença à être découvert. La température élevée ( > 1 200 °C ) favorisa la réaction entre la vapeur et le revêtement en zirconium du combustible, formant de l'hydrogène en dégradant fortement la gaine du combustible et amenant au relâchement d’éléments radioactifs dans le circuit primaire (perte de la première barrière de confinement).

Une vanne d’isolement située en aval de la soupape du pressuriseur fut fermée, ce qui arrêta la vidange du circuit primaire (). Ensuite, les opérateurs décidèrent également de démarrer une pompe du circuit primaire () alors qu’il ne devait rester environ qu’un mètre d’eau dans le cœur (contre plus de 4 en situation normale): le mouvement de brassage dégrada fortement les éléments combustibles, en grande partie émergés et extrêmement chauds (voire déjà partiellement fondus).

La pompe fut finalement arrêtée (), et les opérateurs décidèrent de rouvrir  la vanne d’isolement qui fermait la soupape du pressuriseur. Le circuit primaire recommença à se vider dans l’enceinte, mais cette fois-ci avec de l’eau très fortement contaminée à la suite de la dégradation des éléments combustible, ce qui déclencha les alarmes d’irradiation. Comprenant alors que le cœur avait été fortement dégradé et que le circuit manquait donc sûrement d’eau, les opérateurs remirent en service l’injection de sécurité (), remettant le cœur, en partie fondu, sous eau. En faisant cela, ils prenaient le risque de générer une explosion de vapeur ou de provoquer la rupture de la cuve à cause du choc thermique, mais la cuve tint bon et le cœur fut de nouveau sous eau (), stabilisant la situation.

Le circuit d’injection de sécurité envoyant de l’eau à très haute pression dans le circuit primaire, il fallut, dans les heures qui suivirent (entre  et ), ouvrir et fermer successivement la vanne d’isolement afin de maintenir une pression acceptable (ce qui était le rôle de la soupape défaillante normalement). Ceci amena encore à relâcher des centaines de mètres cubes d’eau contaminée dans l’enceinte de confinement.

Dernier événement majeur () : l’hydrogène, généré par la réaction entre la vapeur d’eau et le zirconium de la gaine des crayons de combustible puis relâché dans l’enceinte de confinement, explosa, mais sans faire de dégâts particulier (le seul indice de cet événement fut la détection d’un pic de pression dans l’enceinte de confinement).

Pendant les heures qui suivirent, les opérateurs tâchèrent de remplir le circuit primaire en eau, ce qui fut difficile puisque de grandes quantités d’hydrogène étaient piégées dans les points hauts des générateurs de vapeur. La situation se stabilisa, et les pompes du circuit primaire furent remises en service (). L’état du réacteur était très dégradé, mais permettait néanmoins de refroidir le combustible.

Pendant les jours qui suivirent 
Deux jours plus tard, la Commission de réglementation nucléaire des États-Unis (NRC) annonce qu'une fusion du cœur du réacteur nucléaire est possible. . Plus de  personnes ont fui la région. Deux jours après l'accident, 90 % des résidents de la municipalité de Goldsboro (Pennsylvanie), située à moins de deux kilomètres de la centrale, sont partis.

Le journaliste québécois Jean-Claude Leclerc est frappé que les .

Le , le directeur de la régulation des réacteurs nucléaires du NRC, Harold Denton, annonce que la situation est rétablie.

Bilan 

Des années d’études sur cet accident ont permis de découvrir que finalement :
 45 % du cœur avait fondu ;
 20 % avait coulé au fond de la cuve.

Bien qu'endommagée, la cuve n'a pas été percée et la partie fondue du cœur est restée contenue dans la cuve ; de même, malgré des déformations importantes et fusions partielles, les cuves internes n'ont pas été détruites.

Malgré la gravité extrême de l’accident, en dépit de cet enchaînement de défaillances mécaniques, d’erreurs humaines et de défauts de conception, l’enceinte de confinement est restée intègre ; le relâchement de produits radioactifs dans l’environnement est ainsi resté faible. Il est cependant difficile de trouver des chiffres fiables pour le quantifier (car ils n'ont pu être mesurés sur le moment).

Par ailleurs, cet accident amena les exploitants de centrales de conception similaires à de profondes réflexions (notamment EDF en France, même si ses centrales présentent quelques différences). L'accident de Three Mile Island (TMI) a été très instructif et a permis de faire avancer la sûreté, en particulier de souligner l'importance de la « conduite par état »:

En effet, les opérateurs de TMI disposaient de procédures à appliquer en fonction de tel ou tel incident (on parle de « procédures événementielles »). On a vu qu’en situation réelle, ils n’ont pas pu faire un diagnostic et que cela a en fait aggravé la situation (arrêt de l’injection de sécurité, redémarrage des pompes primaires avec un cœur émergé). Toutes les procédures de conduite accidentelle ont donc été revues avec une approche totalement nouvelle : ne plus demander aux opérateurs de comprendre ce qui se passe (car il y a de très grandes probabilités pour qu’ils se trompent, aussi compétents soient-ils), mais leur donner des actions à faire en fonction des paramètres dont ils disposent : pression, température, niveaux d’eau, taux de radioactivité ou autres. C’est ce qui s’appelle « l’approche par état », qui est aujourd’hui utilisée dans de très nombreuses centrales nucléaires de par le monde.

Dans la situation présente () :
 le cœur endommagé a été entièrement retiré de la cuve, y compris les parties fondues dans le cours de l'accident ;
 l'enceinte de confinement a également été nettoyée ;
 la centrale est dans l'attente d'une décision sur son devenir qui pourrait éventuellement être un démantèlement complet, rendant l'emprise actuelle utilisable.

L’accident est intégré dans les programmes de formation nucléaire de la NRC : dans une longue étude présentée en 2007 (TMI-2 : A Textbook in Severe Accident Management  R. E. Henry), on peut lire dans le document de formation de l’USNRC présenté en fin de l’étude la chronologie détaillée de l'accident, notamment:
 de l'iode radioactif était détectable 18 minutes après le début de l'accident,
 le générateur électrique diésel d'urgence s'est arrêté au bout de 30 minutes,
 le combustible du réacteur a commencé à fondre en 2h50,
 au bout de 5h00 le dôme intérieur du réacteur atteint 6000 Rems/h (soit 60 Sieverts)
 au bout de 6h10, la salle de commande est contaminée et le port de masques de protection respiratoire pose des problèmes de communication par téléphone.

Conséquences

Conséquences pour l'industrie nucléaire mondiale 

Selon l'Agence internationale de l'énergie atomique, l'accident de Three Mile Island a été un tournant considérable dans le développement mondial de l'industrie nucléaire.

Three Mile Island a conduit les États-Unis à abandonner la construction de nouvelles centrales, à la suite d’une décision prise par le président Jimmy Carter. Un chantier de centrale est abandonné en 1981 sur le site nucléaire de Phipps Bend.

Jusqu'en 1989, les procédures qui avaient été utilisées pour la conduite en situation incidentelle et accidentelle étaient fondées sur une approche de type « évènementiel ». Cette approche consiste, pour des évènements initiateurs conventionnellement sélectionnés, à définir par avance les actions de conduite nécessaires au maintien des fonctions de sûreté (sous-criticité, évacuation de la puissance, confinement des matières radioactives). À partir d'un diagnostic initial unique, les opérateurs sont donc amenés à engager une stratégie de conduite prédéterminée. L'accident qui a affecté le  la centrale de Three Mile Island (TMI) a mis en évidence les limites de la conduite évènementielle. Celle-ci ne permet en effet pas de gérer les situations où se trouvent cumulées, en plus de l'évènement initiateur, des défaillances humaines ou matérielles. EDF a de ce fait décidé d’abandonner progressivement l’approche « évènementielle » pour passer à une approche nouvelle, dite « par états » (APE). Cette dernière consiste à adapter la conduite de l’installation à l’état réel de la chaudière. L’état de la chaudière est défini à partir de six « fonctions d’état » qui recouvrent les trois fonctions de sûreté susmentionnées. La conduite APE a ensuite pour objectif de restaurer la ou les fonctions d’état dégradées, selon une grille de conduite qui définit les priorités.

Conséquences sanitaires aux États-Unis 

Plusieurs rapports scientifiques concluent que cet accident n'a provoqué ni décès, ni blessures ou effets néfastes sur la santé :

 le rapport de l'université Columbia publié en 1990 affirme que, statistiquement, la très faible augmentation de la détection des cas de cancer ne peut pas avoir été causée par les émissions radioactives de la centrale lors de l'accident ; il s'agit plus probablement, de la conséquence d'une meilleure détection des cas de cancer grâce au renforcement du contrôle médical de la population locale après l'accident ;
 en 2008, le Comité scientifique des Nations unies pour l'étude des effets des rayonnements ionisants affirme que l'exposition du public a été négligeable. En effet, en dépit de la grande quantité de produits de fission relâchés lors de la fusion du cœur, la majorité de ces produits a été retenue dans l'eau utilisée pour refroidir le réacteur, mais  de gaz rares (principalement Xe133) et  d'iode 131 ont été rejetés à l'atmosphère ;
 pour l'American Nuclear Society, reprenant des chiffres souvent cités, l'irradiation moyenne de la population vivant dans un rayon de 10 milles de la centrale () a été de 80 micro-Sieverts, et personne n'a été exposé à plus de 1 millisievert, soit le tiers de la dose reçue en moyenne par an aux États-Unis du fait de l'irradiation naturelle ;
 une réestimation des doses reçues, conduite en 1990, conclut à une exposition un peu supérieure, où  quelques milliers de personnes ont pu recevoir une dose de l'ordre de cette irradiation naturelle ;
 une analyse de 23 ans de données (de 1985 à 2008) par retrospective  (analyse transversale) du Pennsylvania Cancer Registry de 2012 ne montre pas, statistiquement, d'influence significative sur les cancers thyroïdiens avancés ni avec l'accident de centrale, ni même avec la proximité de la centrale. L'analyse montre une hausse de cancers thyroïdiens papillaires, une moindre agressivité générale des cancers et une détection plus précoce pour la population locale que dans le reste de la Pennsylvanie. Bien que des études aient montré qu'un lien existait entre l'exposition à des doses faibles de radiation et une hausse de l'incidence des cancers de la thyroïde chez les enfants, la cohorte étudiée ici ne permet pas de confirmer cette hypothèse.

D'autres rapports affirment des incidences sur la santé publique, sans qu'on sache si elles sont réelles ou du fait d'un biais (une plus grande surveillance entraîne la détection de cas qui autrement seraient passés inaperçus) :
 ) a diagnostiqué une augmentation de cancers du poumon et de leucémies pour les personnes s'étant trouvées sous le panache des rejets de la centrale pendant l'accident ;
  ;
 une autre analyse récente du Pennsylvania Cancer Registry a été conduite, en 2011, cette fois-ci, concernant tous les néoplasmes malins, cancers des bronches, de la trachée, ou des poumons, ou de cancers lymphatiques ou hématopoïétiques, des leucémies et des cancers du sein, comparés à l'exposition aux radiations. Les risques d'augmentation de cancers, dues à l'exposition à des faibles doses d'irradiation, étaient bas et, pour la plupart, non significatifs. Cela étant, d'autres études semblent nécessaires pour explorer la faible élévation de risques de leucémies, trouvés chez les hommes, absente chez les femmes.

Conséquences sur l'opinion publique mondiale 
L'incident a été largement diffusé au niveau international, et a eu des effets profonds sur l'opinion publique, en particulier aux États-Unis.

L'opinion publique européenne a pris conscience que les accidents nucléaires constituent un risque réel pouvant se concrétiser à tout moment. Elle a marqué l'élargissement du débat sur la sûreté nucléaire du domaine des scientifiques et des industriels à celui des citoyens et des politiques.

Le Syndrome chinois, un film sur une catastrophe nucléaire, sorti seulement  avant l’accident, a connu un grand succès aux États-Unis.

Notes et références

Voir aussi

Bibliographie 
 Jacques Libmann, Éléments de sûreté nucléaire, EDP Sciences, coll. « IPSN », 1996, 2000, 574  ; , 2000 .
 .
  Reactor Safety Course (R-800) - 2.1 The TMI-2 Accident - Table 2.1-1 Chronology of Major TMI-2 Accident Events - NUREG/CR-6042 Rev. 2, USNRC Technical Training Center, mars 2002

Filmographie 
 Le Syndrome chinois, film sorti deux semaines avant l'accident de Three Mile Island, qui traitait de l'éventualité d'une fusion de réacteur nucléaire.

Article connexe 
 Liste d'accidents nucléaires

Liens externes 
 Informations techniques et description de l'accident
 La leçon de Three Mile Island

Three Mile Island
Three Mile Island
Industrie nucléaire aux États-Unis
Pennsylvanie
1979 aux États-Unis
Mars 1979