Présentation

Le 10 octobre 1957, un incendie a éclaté à l'unité 1 du complexe nucléaire de Windscale à Cumbria, en Angleterre. Au cours des jours suivants, le feu a libéré 740 térabecquerels d'iode-131 radioactif et d'autres produits de fission dans l'atmosphère, ce qui en a fait le pire accident nucléaire de l'histoire britannique et l'un des plus importants consécutifs aux premières années de l'énergie atomique.

Les piles à l'échelle du vent : conception et but

Le site Windscale a été construit à la fin des années 1940 dans le cadre des efforts urgents de la Grande-Bretagne après la guerre pour produire du plutonium pour les armes nucléaires. Deux réacteurs refroidis à l'air, à graphite modifié, appelés Windscale Pile 1 et Pile 2 ont commencé en 1950 et 1951 respectivement. Chaque réacteur était constitué d'un bloc massif de graphite pur, d'environ 50 pieds carrés et 25 pieds de haut, percés par des canaux horizontaux qui tenaient des tiges de combustible à l'uranium.

Les piles ont été conçues pour des fins militaires plutôt que civiles, ce qui a fortement influencé leur philosophie de sécurité.Les quotas de production sont arrivés en premier; les marges de sécurité étaient souvent secondaires. Le modérateur du graphite, par exemple, stockait de l'énergie sous forme de Wigner, phénomène découvert par le physicien Eugène Wigner, qui pouvait être libéré soudainement si le graphite était autorisé à surchauffer. Pour contrôler cela, les opérateurs effectuaient périodiquement un processus de chauffage contrôlé appelé «Wigner energy release».

La chaîne des événements menant au feu

Annealing Cour et décisions de l'opérateur

La procédure consistait à augmenter progressivement la température du cœur en réduisant le débit d'air de refroidissement et en ajustant les tiges de commande. Sous la direction du gestionnaire de pieux, les opérateurs ont commencé le cycle de chauffage. Cependant, ils n'avaient que des instruments limités : les thermocouples étaient placés peu à peu dans le noyau et les valeurs de température en temps réel ne pouvaient être obtenues que de quelques points. L'équipe s'est appuyée sur des mesures manuelles périodiques avec une sonde thermocouple insérée dans certains canaux de carburant.

Au fur et à mesure que le jour progressait, la température du noyau se comportait de façon erratique. Des points chauds localisés apparaissent dans les canaux de carburant 2672, 2919 et 2922, zones où le graphite s'accumule de façon inégale. Les opérateurs tentent d'augmenter le débit d'air de refroidissement pour contrôler les pics, mais la conception du tas rend impossible le refroidissement indépendant des canaux individuels. La température continue à augmenter et vers 11h00, une tige de combustible dans le canal 2672 éclate son revêtement en aluminium, exposant le métal d'uranium à l'air.

Défauts de conception et surveillance inadéquate

L'accident n'était pas le résultat d'une seule défaillance catastrophique, mais de causes multiples qui s'alignent parfaitement. Premièrement, le système de refroidissement ne pouvait pas assurer un contrôle uniforme de la température à travers le noyau. Deuxièmement, le nombre limité de thermocouples signifiait que les opérateurs avaient une mauvaise visibilité du développement des points chauds. Troisièmement, il n'y avait pas de système d'arrêt automatique; les opérateurs devaient évaluer manuellement les conditions et intervenir. Quatrièmement, les filtres dans la cheminée étaient conçus pour piéger les particules mais pas l'iode gazeux, qui passait par une grande partie sans entrave une fois libéré.

  • Distribution de chaleur insuffisante:[ La conception refroidie par l'air ne permettait pas de contrôler la température localisée.
  • Insuffisant instrumentation:[ Seule une poignée de thermocouples a surveillé un noyau contenant des milliers de canaux.
  • Aucun système de sécurité automatique: Tout dépendait du jugement de l'opérateur sous contrainte.
  • Poor confinement:[ Les filtres de cheminée étaient inefficaces contre les gaz radioactifs.
  • Priorité de production :[ Les préoccupations de sécurité étaient souvent subordonnées à la réalisation des objectifs en matière de plutonium.

La crise immédiate et les efforts de confinement

Une fois l'incendie confirmé, une réaction frénétique a commencé. Des pompiers du site et des villes voisines ont été appelés, mais la nature du feu, un modérateur de graphite brûlant avec du combustible uranium, a présenté des défis uniques. L'eau pourrait potentiellement causer une explosion de vapeur qui briserait le noyau et libérerait encore plus de radioactivité. Des extincteurs de dioxyde de carbone ont été utilisés au départ, mais ils ne pouvaient pas éteindre le feu de graphite à fond.

Au début du 12 octobre, les températures du cœur ont commencé à baisser, et les pompiers ont déclaré le feu sous contrôle. Cependant, l'épisode était loin d'être terminé. La décision de refroidir le cœur avec de l'eau a créé un nouveau danger: l'eau a réagi avec le graphite chaud pour produire de l'hydrogène, et il y avait un réel danger d'explosion d'hydrogène.

Le gouvernement britannique a d'abord tenté de garder l'accident calme, mais les nouvelles ont rapidement fui. Une enquête officielle a été lancée, présidée par Sir William Penney, un haut responsable du programme d'armes atomiques du Royaume-Uni. Le rapport Penney, publié publiquement en novembre 1957, a décrit les échecs et fait une série de recommandations qui auraient un impact durable sur la sûreté nucléaire dans le monde entier.

Conséquences pour la santé et l'environnement

Les autorités ont interdit le lait provenant d'une région de 200 milles carrés, qui est restée en vigueur pendant plusieurs semaines. Environ 240 000 litres de lait ont été détruits. Des études plus récentes ont estimé que la population vivant près de Windscale a reçu une dose moyenne de rayonnement d'environ 5 millisieverts, mais certaines personnes près du site ont peut-être reçu jusqu'à 50 mSv. Des études épidémiologiques menées dans les décennies suivant l'accident ont révélé une augmentation faible mais statistiquement significative du cancer de la thyroïde chez les enfants exposés au cours de l'uvéro ou de la petite enfance.

Une étude réalisée en 2007 par le National Radiological Protection Board (NRPB) a laissé entendre que l'accident a causé une centaine de nouveaux cas de cancer au cours des 50 années suivantes, la plupart non mortels. Toutefois, certains chercheurs indépendants affirment que le nombre réel est plus élevé, en particulier pour le cancer de la thyroïde chez les jeunes. L'incident a également entraîné des répercussions importantes sur la santé mentale dans la collectivité locale, motivées par la peur des radiations et la méfiance à l'égard des assurances officielles.

Transformer la culture de la sécurité des réacteurs

Réformes à court terme au Royaume-Uni

Les piles de Windscale ont été fermées pour modification. Pile 1 n'a jamais redémarré; les dommages internes ont été trop graves. Pile 2 a été redémarré brièvement mais fermé définitivement en 1958. L'autorité britannique de l'énergie atomique (UKAEA) a commandé un examen complet de toutes ses installations.

  • Installation de thermocouples supplémentaires et amélioration de la surveillance de la température dans tous les réacteurs.
  • Reconception des procédures de recuit pour les réacteurs modérés au graphite afin d'éviter les excursions de température.
  • Création d'un comité de sécurité distinct habilité à arrêter les opérations si les conditions étaient dangereuses.
  • Déclaration obligatoire de tous les incidents à une autorité centrale, brisant la culture antérieure du secret.

Impact mondial sur la réglementation nucléaire

Les incendies de l'échelle du vent ont résonné bien au-delà de la Grande-Bretagne, alors que de nombreux pays élargissaient leurs programmes nucléaires, tant militaires que civils, ce qui a incité à la création d'organismes de sûreté nationaux et internationaux plus rigoureux. Aux États-Unis, la Commission de l'énergie atomique (CEA) a examiné ses propres réacteurs à graphite et ordonné des améliorations immédiates de sûreté.

L'un des changements les plus profonds a été la philosophie du confinement des réacteurs.La conception de Windscale reposait entièrement sur les murs structuraux et les filtres à cheminée du bâtiment, un concept appelé « confinement partiel». Après l'accident, les ingénieurs ont soutenu que les réacteurs nucléaires devraient être conçus avec de multiples barrières indépendantes entre le noyau radioactif et l'environnement. Ce principe est devenu inscrit dans le « Principe de sécurité 2 » du Royaume-Uni et plus tard dans le concept de « défense en profondeur » de l'AIEA.

Impact sur l'ingénierie des réacteurs: de l'échelle du vent aux conceptions modernes

Caractéristiques de sécurité passive

Les réacteurs modernes reposent de plus en plus sur des dispositifs de sécurité passifs qui ne nécessitent pas de puissance ni d'intervention humaine. Par exemple, les réacteurs de la génération III+ comme le Westinghouse AP1000 et le VVER-1200 russe utilisent des systèmes de refroidissement par gravité, la circulation naturelle de liquide de refroidissement et des matériaux résistant à la corrosion qui réduisent le risque de surchauffe du cœur.Ces conceptions intègrent les leçons de Windscale, Three Mile Island et Tchernobyl en veillant à ce que même si tous les systèmes actifs sont perdus, le réacteur puisse s'arrêter et se refroidir en toute sécurité.

Systèmes d'instrumentation et de contrôle

L'une des améliorations les plus critiques a été l'instrumentation et le contrôle. Le réseau de thermocouples à Windscale serait aujourd'hui impensable. Les réacteurs modernes déploient des centaines ou des milliers de capteurs qui alimentent les données en temps réel dans des salles de contrôle informatisées.

Structures de confinement

Le seul héritage technique le plus visible de Windscale est le bâtiment de confinement durci. Chaque réacteur commercial construit après 1960 comprend un dôme de confinement en béton et en acier épais conçu pour résister à des pressions internes extrêmes (jusqu'à 60 psi) et des forces externes telles que les tremblements de terre et les impacts d'aéronefs. Le confinement comprend également des systèmes d'aération filtrés qui peuvent libérer la pression lors d'un accident grave tout en capturant des particules radioactives.

Préparation et intervention en cas d'urgence

Au Royaume-Uni, le Groupe de planification et d'intervention en cas d'urgence nucléaire (NEPRG) a été créé dans les années 1960 et, dans les années 1980, tous les sites nucléaires autorisés étaient tenus d'entretenir des centres d'urgence hors site et de mener des exercices réguliers. Au niveau international, le système de préparation et d'intervention en cas d'urgence de l'AIEA a été créé pour coordonner le partage de l'information lors d'incidents nucléaires.

Héritage et pertinence continue

Comparaison avec les accidents ultérieurs

L'incendie à l'échelle du vent est souvent comparé à celui de Three Mile Island (1979), Tchernobyl (1986) et Fukushima Daiichi (2011). Chaque accident a révélé différentes vulnérabilités. L'échelle du vent a donné l'enseignement que même un incendie à graphite dans un réacteur refroidi à l'air pourrait avoir de graves conséquences hors site si le confinement était insuffisant. Trois Mile Island a montré que les erreurs de petits exploitants pouvaient se glisser dans une fonte partielle même dans un réacteur bien incorporé. Tchernobyl a souligné les dangers d'un coefficient de vide positif et d'un manque de confinement. Fukushima a exposé la menace d'événements naturels hors de la conception.

Pratiques actuelles en matière de sécurité

La conception moderne de la sûreté des réacteurs se caractérise par une évaluation probabiliste de la sûreté (PSA), qui quantifie la probabilité de séquences d'accidents et leurs conséquences.Cette approche était pratiquement inconnue au moment de l'échelle de vent. Aujourd'hui, chaque demande de licence de réacteur comprend un PSA qui modélise des milliers de voies de défaillance possibles, de la rupture de tuyaux à la perte de puissance hors site. Les résultats guident les décisions de conception, les calendriers de maintenance et la planification d'urgence.

La notion de « culture de sécurité » est devenue un concept formel après l'accident de Tchernobyl, mais ses racines sont dans l'expérience de Windscale. Des organisations comme l'Association mondiale des opérateurs nucléaires (WANO) procèdent désormais à des examens par les pairs et à des indicateurs de performance pour s'assurer que les centrales nucléaires maintiennent une attitude de remise en question et un engagement à l'amélioration continue.

Conclusion

L'incendie de 1957 a été un enseignant sévère qui a démontré que même une installation nucléaire bien exploitée pouvait subir un accident catastrophique si les hypothèses de conception étaient erronées et les marges de sûreté étaient insuffisantes. L'événement a conduit à une révision fondamentale de l'ingénierie de sûreté des réacteurs, des barrières physiques autour du noyau aux cadres institutionnels qui régissent les opérations.Les bâtiments de confinement, les systèmes de sûreté redondants, la formation rigoureuse et les processus réglementaires transparents qui définissent la sûreté nucléaire moderne retracent tous une partie de leur lignée jusqu'aux leçons apprises à Cumbria.

Pour plus de détails: Le texte intégral du rapport Penney est disponible dans les archives nationales du Royaume-Uni .L'Association Nucléaire Mondiale fournit un résumé détaillé de l'accident et de ses conséquences ici.Pour une analyse technique du comportement du graphite dans les réacteurs, voir la publication de l'AIEA «Caractérisation, traitement et conditionnement du graphite radioactif lors de la désaffectation des réacteurs nucléaires».