Il y a quelques années, plusieurs réacteurs nucléaires aux États-Unis étaient confrontés à la possibilité d'arrêts imprévus à la suite d'une catastrophe à la centrale électrique japonaise de Fukushima Daiichi. L'accident de 2011 a suscité une surveillance mondiale de la sûreté de l'énergie nucléaire, en particulier en ce qui concerne les réacteurs à eau bouillante, ou REB.

Aux Etats-Unis., où les REB représentent près d'un tiers des réacteurs, les régulateurs ont envisagé de nouvelles améliorations de la sécurité pour éviter un autre scénario comme Fukushima, où un tremblement de terre et un tsunami ont déclenché une série de pannes de combustible qui ont entraîné des fuites radioactives. Mais pour les exploitants de REB, certaines des nouvelles exigences potentielles auraient entraîné la fermeture de plusieurs réacteurs et des coûts énormes pour les autres centrales pour continuer à fonctionner.

Finalement, une troisième voie a émergé, informé par des recherches menées au Laboratoire national d'Argonne du Département de l'énergie des États-Unis (DOE). Les données d'années d'essais à Argonne ont soutenu une approche qui pourrait à la fois préserver la sécurité et éviter des dépenses paralysantes de 1 milliard de dollars pour les opérateurs de l'usine.

En avance sur la courbe de sécurité

Les réacteurs nucléaires sont protégés par un bâtiment de confinement revêtu d'acier renforcé de béton à l'intérieur comme à l'extérieur. Dans un accident, le défi est d'empêcher le corium - le matériau semblable à la lave formé lorsque les barres de combustible d'uranium dans le cœur du réacteur fondent, ainsi que leur revêtement métallique de protection - de pénétrer dans l'environnement si le corium s'échappe de la cuve du réacteur et érode le sol en béton ci-dessous. Dans les usines de Fukushima Daiichi, on pense que ce genre d'événement a contribué à la fuite de matières hautement radioactives qui ont contaminé le sol voisin et se sont échappées dans l'océan Pacifique.

Les exploitants de centrales nucléaires avaient besoin d'un moyen de s'assurer que les rejets radioactifs seraient réduits au minimum afin de protéger les personnes et l'environnement en cas d'accident. Une option consistait à installer de grands filtres sur les évents de ces usines, une solution si coûteuse – jusqu'à 50 millions de dollars par usine – que dans certains cas, la fermeture de l'usine aurait été plus pratique.

Une équipe de l'industrie connue sous le nom de BWR Owners Group a exploré comment résoudre ces problèmes, ils ont pris connaissance des recherches en cours à Argonne depuis des décennies. Personnel du laboratoire, qui a une longue histoire de la science de l'énergie nucléaire, soutenaient également le DOE dans sa réponse aux accidents de Daiichi.

Les expériences guident la voie à suivre

En réponse à la fusion partielle de 1979 à la centrale électrique de Three Mile Island en Pennsylvanie, Les chercheurs d'Argonne avaient simulé le processus de fusion du cœur d'un réacteur. Ils ont étudié comment le corium résultant interagit avec le béton, et comment cette interaction peut être stoppée par l'inondation d'eau. Les expériences étaient parmi les plus importantes du genre au monde, et les sociétés d'énergie nucléaire les ont coparrainés pour soutenir les améliorations de la sécurité dans leurs centrales.

"Nous étions essentiellement en train de terminer ce travail, puis les accidents se sont produits à Fukushima Daiichi, " a déclaré l'ingénieur nucléaire d'Argonne Mitch Farmer, qui a dirigé l'analyse des accidents graves et les expériences au laboratoire depuis 1988. « À ce moment-là, il y avait un regain d'intérêt pour le travail que nous faisions, en particulier comment il pourrait soutenir les efforts de l'industrie pour répondre aux nouvelles exigences réglementaires. »

La Nuclear Regulatory Commission (NRC) des États-Unis souhaitait que les exploitants de REB s'assurent que les rejets radioactifs d'une centrale lors d'un accident grave puissent être évités ou rendus aussi bas que possible.

Mais les recherches d'Argonne avaient montré que si le corium devait migrer hors de la cuve du réacteur, il pourrait être efficacement refroidi en injectant de l'eau à travers la cuve tout en gardant les matières radioactives à l'intérieur du bâtiment de confinement, une approche qui ne nécessiterait pas de nouveaux équipements ou de modifications aux usines.

La recherche a également permis d'établir des paramètres pour déterminer quand le corium s'était suffisamment refroidi, un autre élément clé pour éviter la confusion observée parmi les opérateurs de l'usine de Fukushima.

"Tout aussi important que le refroidissement des débris de corium est de pouvoir reconnaître que vous les avez stabilisés, " a déclaré Bill Williamson, un ingénieur spécialiste des réacteurs à l'installation Browns Ferry de la Tennessee Valley Authority en Alabama qui est également président des procédures d'urgence pour le BWR Owners Group. "Les recherches d'Argonne nous ont aidés à comprendre ce que nous devons rechercher et ce à quoi nous devons nous attendre."

La percée d'un milliard de dollars

La capacité d'éclairer la stratégie de sécurité avec une meilleure compréhension des interactions du corium a été une percée importante pour l'industrie et le pays, étant donné que les centrales nucléaires fournissent environ un cinquième de l'électricité américaine sans produire d'émissions de gaz à effet de serre.

L'Institut de l'énergie nucléaire, une association professionnelle de l'industrie, a crédité les chercheurs d'Argonne d'avoir économisé plus d'un milliard de dollars sur la flotte globale des REB en coûts de modification potentiels.

« L'équipe d'Argonne a permis d'éviter l'arrêt de plusieurs réacteurs REB, " a déclaré Phillip Ellison, un chef de projet au sein du BWR Owner's Group (géré par General Electric-Hitachi). « Nous avons pu identifier une stratégie qui a fonctionné à la fois pour les opérateurs et les régulateurs, et le travail d'Argonne y était essentiel."

Les travaux dans ce domaine à Argonne ont été historiquement soutenus par le NRC, l'Institut de recherche sur l'énergie électrique (EPRI), et les exploitants d'usines américains, ainsi que des partenaires internationaux. Suite aux accidents de Daiichi, le soutien technique qu'Argonne a pu fournir à l'industrie pour répondre à l'évolution des exigences réglementaires a été fourni par le biais du programme de durabilité des réacteurs à eau légère au sein du bureau de l'énergie nucléaire du DOE. Les recherches dans ce domaine continuent d'être menées à Argonne avec le soutien du NRC, EPRI, et des partenaires internationaux pour informer davantage les exploitants de centrales des meilleures mesures à prendre en cas d'accident grave.