Huit mois après l' accident nucléaire d'avril 1986 à la centrale nucléaire de Tchernobyl en Ukraine, des travailleurs qui pénétraient dans un couloir sous le réacteur n°4 endommagé ont découvert un phénomène surprenant : de la lave noire qui s'était écoulée du cœur du réacteur, comme s'il s'agissait de quelque sorte de volcan artificiel. L'une des masses durcies était particulièrement surprenante, et l'équipage l'a surnommée le pied d'éléphant parce qu'il ressemblait au pied du mammifère massif.
Des capteurs ont dit aux travailleurs que la formation de lave était si hautement radioactive qu'il faudrait cinq minutes à une personne pour obtenir une exposition mortelle, comme Kyle Hill l'a détaillé dans cet article de 2013 pour le magazine scientifique Nautilus.
Une décennie plus tard, le Projet international de sûreté nucléaire du département américain de l'Énergie , qui a collecté des centaines d'images de Tchernobyl, a obtenu plusieurs images du pied d'éléphant, dont le poids était estimé à 2,2 tonnes (2 tonnes métriques ).
Depuis lors, le pied d'éléphant, connu comme un matériau contenant du combustible de type lave (LFCM), est resté un objet de fascination macabre. Mais qu'est-ce que c'est, au fait ?
Qu'est-ce que le pied d'éléphant de Tchernobyl ?
Parce que le pied d'éléphant était si radioactif, les scientifiques de l'époque ont utilisé un appareil photo sur une roue pour le photographier. Quelques chercheurs se sont approchés suffisamment pour prélever des échantillons à analyser. Ce qu'ils ont découvert, c'est que Elephant's Foot n'était pas les restes du combustible nucléaire.
Au lieu de cela, les experts nucléaires expliquent que le pied d'éléphant est composé d'une substance rare appelée corium, qui est produite lors d'un accident nucléaire lorsque le combustible nucléaire et des parties des structures du cœur du réacteur surchauffent et fondent, formant un mélange. Le corium ne s'est formé naturellement que cinq fois dans l'histoire – une fois lors de l' accident de Three Mile Island en Pennsylvanie en 1979, une fois à Tchernobyl et trois fois lors de la catastrophe de la centrale de Fukushima Daiichi au Japon en 2011.
"Si une fusion du cœur ne peut pas être terminée, la masse fondue finira par couler vers le bas de la cuve du réacteur et fondre (avec une contribution de matières fondues supplémentaires), tombant au sol de l'enceinte de confinement", Edwin Lyman , directeur. de la sûreté de l'énergie nucléaire pour l' Union of Concerned Scientists , explique dans un e-mail.
"La masse fondue chaude réagira alors avec le sol en béton de l'enceinte de confinement (s'il y en a une), modifiant à nouveau la composition de la masse fondue", poursuit Lyman. "Selon le type de réacteur, la fonte peut se répandre et fondre à travers les murs de confinement ou continuer à fondre à travers le sol, s'infiltrant finalement dans les eaux souterraines (c'est ce qui s'est passé à Fukushima). Lorsque la fonte se refroidit suffisamment, elle durcira en un dur , minéral semblable à la roche."
Mitchell T. Farmer , un ingénieur nucléaire vétéran et directeur de programme au Laboratoire national d'Argonne, a déclaré par courrier électronique que le corium ressemble "beaucoup à la lave, un matériau d'oxyde noirâtre qui devient très visqueux en refroidissant, coulant comme du verre fondu collant. Cela C'est ce qui s'est passé à Tchernobyl avec le pied d'éléphant."
Qu'est-ce que le corium ?
La composition exacte d'un écoulement de corium particulier comme celui qui constitue le pied d'éléphant de Tchernobyl peut varier. Farmer, dont l'équipe a simulé des accidents de fusion de cœur nucléaire dans le cadre de la recherche, dit que la teinte brunâtre du pied d'éléphant ressemble au corium "dans lequel la fonte s'est érodée en béton contenant un degré élevé de silice (SiO2), qui est essentiellement du verre. Des bétons qui contiennent beaucoup de silice sont appelés siliceux, et c'est le type de béton utilisé pour construire les usines de Tchernobyl. »
Cela a du sens car initialement, après la fusion du noyau , le corium sera constitué des matériaux à partir desquels le noyau est généralement fabriqué. Une partie de celui-ci est également du combustible à base d'oxyde d'uranium. D'autres ingrédients incluent le revêtement du carburant - généralement un alliage de zirconium appelé Zircaloy - et des matériaux de structure, qui sont principalement de l'acier inoxydable composé de fer, explique Farmer.
"Selon le moment où l'eau est réapprovisionnée pour refroidir le corium, la composition du corium peut évoluer dans le temps", explique Farmer. "Lorsque la vapeur s'évapore, la vapeur peut réagir avec les métaux du corium (zirconium et acier) pour produire de l'hydrogène gazeux, dont vous avez vu les effets lors des accidents du réacteur de Fukushima Daiichi. Les métaux oxydés du corium sont convertis en oxydes, provoquant un changement de composition."
Si le corium n'est pas refroidi, il descendra dans la cuve du réacteur, faisant fondre davantage d'acier de construction en cours de route, ce qui entraînera encore plus de changements dans sa composition, explique Farmer. « S'il est encore sous-refroidi, le corium peut éventuellement fondre à travers la cuve en acier du réacteur et retomber sur le sol en béton de l'enceinte de confinement », explique-t-il. "Cela s'est produit dans les trois réacteurs de Fukushima Daiichi." Le béton qui entre en contact avec le corium finira par chauffer et commencer à fondre.
Une fois le béton fondu, des oxydes de béton (généralement appelés «scories») sont introduits dans la masse fondue, ce qui entraîne une évolution encore plus poussée de la composition, explique Farmer. Le béton en fusion libère également de la vapeur et du dioxyde de carbone, qui continuent de réagir avec les métaux en fusion pour produire de l'hydrogène (et du monoxyde de carbone), provoquant encore plus de changements dans la composition du corium.
À quel point la patte d'éléphant est-elle dangereuse ?
Le désordre résultant qui a créé Elephant's Foot est extrêmement dangereux. En général, dit Lyman, le corium est beaucoup plus dangereux que le combustible usé non endommagé car il est dans un état potentiellement instable qui est plus difficile à manipuler, à emballer et à stocker.
"Dans la mesure où le corium retient des produits de fission hautement radioactifs, du plutonium et des matériaux de noyau devenus radioactifs, le corium aura un débit de dose élevé et restera extrêmement dangereux pendant des décennies, voire des siècles", explique Lyman.
Le corium solidifié très dur, comme celui de la patte d'éléphant, devrait être brisé pour le retirer des réacteurs endommagés. "[Cela] générera de la poussière radioactive et augmentera les risques pour les travailleurs et peut-être pour l'environnement", a déclaré Lyman.
Mais ce qui est encore plus inquiétant, c'est que les scientifiques ne savent pas comment le corium pourrait se comporter à long terme, comme lorsqu'il est stocké dans un dépôt de déchets nucléaires . Ce qu'ils savent, c'est que le corium du pied d'éléphant n'est probablement pas aussi actif qu'il l'était, et qu'il se refroidit tout seul – et continuera à se refroidir. Mais il est toujours en train de fondre et reste hautement radioactif.
En 2016, le nouveau confinement de sécurité (NSC) a été glissé au-dessus de Tchernobyl pour empêcher toute autre fuite de rayonnement de la centrale nucléaire. Une autre structure en acier a été construite à l'intérieur du bouclier de confinement pour soutenir le sarcophage en béton en décomposition dans le réacteur n°4 de Tchernobyl. Idéalement, le NSC aiderait à empêcher un nuage massif de poussière d'uranium de se disperser dans l'air en cas d'explosion dans la salle 305/ 2. La salle 305/2 se trouvait directement sous le cœur du réacteur n°4 et montre des signes d'augmentation des émissions de neutrons depuis 2016. Elle est totalement inaccessible aux humains en raison des niveaux de rayonnement mortels.
Étudier le corium
Personne ne veut voir un autre pied d'éléphant. Farmer a passé la majeure partie de sa carrière à étudier les accidents nucléaires et à travailler avec le corium dans le but de développer des moyens pour les opérateurs de centrale de mettre fin à un accident - combien d'eau injecter et où l'injecter, et à quelle vitesse l'eau peut refroidir le corium et le stabiliser. .
"Nous faisons de grandes expériences dans lesquelles nous produisons du" corium "avec les vrais matériaux, mais nous utilisons le chauffage électrique pour simuler la chaleur de désintégration au lieu du chauffage de désintégration lui-même", explique Farmer, expliquant que la simulation rend les expériences plus faciles à faire.
"Nous avons concentré la plupart de nos travaux sur l'étude de l'efficacité de l'ajout d'eau dans la trempe et le refroidissement du corium pour diverses compositions de corium. Ainsi, nous menons des recherches sur l'atténuation des accidents. L'autre extrémité est la prévention des accidents, et c'est un objectif principal domaine de l'industrie nucléaire.
Maintenant c'est effrayant
Des chercheurs du Laboratoire national d'Argonne ont créé cette vidéo , qui montre un bassin en fusion d'oxyde d'uranium à 3 600 degrés Fahrenheit (2 000 degrés Celsius). Leurs expériences ont simulé comment une telle coulée de lave éroderait le sol en béton d'un bâtiment de confinement de réacteur nucléaire.
