Huit mois après l'accident nucléaire survenu en avril 1986 à la centrale nucléaire de Tchernobyl en Ukraine, des travailleurs pénétrant dans un couloir situé 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 d'un une sorte de volcan artificiel. L'une des masses durcies était particulièrement surprenante et l'équipage l'a surnommée la patte d'éléphant parce qu'elle ressemblait au pied de cet énorme mammifère.
Des capteurs ont indiqué aux travailleurs que la formation de lave était si hautement radioactive qu'il faudrait cinq minutes à une personne pour être exposée à une quantité 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 de photos de Tchernobyl, a obtenu plusieurs images de la patte d'éléphant, dont le poids était estimé à 2,2 tonnes (2 tonnes métriques).
Depuis lors, le pied d'éléphant, connu sous le nom de matériau contenant un combustible semblable à de la lave (LFCM), est resté un objet de fascination macabre. Mais qu'est-ce que c'est, au fait ?
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Parce que la patte d'éléphant était très radioactive, les scientifiques de l'époque utilisaient un appareil photo monté sur une roue pour la photographier. Quelques chercheurs se sont approchés suffisamment pour prélever des échantillons à des fins d’analyse. Ce qu'ils ont découvert, c'est que la patte d'éléphant n'était pas un reste de combustible nucléaire.
Au lieu de cela, les experts nucléaires expliquent que la patte d'éléphant est composée d'une substance rare appelée corium, qui est produite lors d'un accident nucléaire lorsque le combustible nucléaire et certaines 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 la fusion du cœur ne peut pas être stoppée, la masse fondue finira par s'écouler vers le bas de la cuve du réacteur et fondra (avec un apport de matériaux fondus supplémentaires), tombant au fond de l'enceinte de confinement", a déclaré Edwin Lyman, directeur. de la sécurité 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 un), modifiant à nouveau la composition de la masse fondue", poursuit Lyman. "En fonction du type de réacteur, la fonte peut se propager et fondre à travers les parois de confinement ou continuer à fondre à travers le sol, pour finalement s'infiltrer dans les eaux souterraines (c'est ce qui s'est passé à Fukushima). Lorsque la fonte refroidit suffisamment, elle durcit en une couche dure. , minéral semblable à une roche."
Mitchell T. Farmer, ingénieur nucléaire chevronné et directeur de programme au Laboratoire national d'Argonne, a déclaré par courrier électronique que le corium ressemble « beaucoup à de la lave, un matériau d'oxyde noirâtre qui devient très visqueux en refroidissant, s'écoulant comme du verre fondu et collant. C'est ce qui s'est passé à Tchernobyl avec la patte d'éléphant."
La composition exacte d'un flux 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 cœurs nucléaires dans le cadre de recherches, affirme que la teinte brunâtre de la patte d'éléphant ressemble au corium "dans lequel la fusion s'est érodée pour donner du béton contenant un degré élevé de silice (SiO2), qui est essentiellement du verre". contiennent beaucoup de silice sont appelés siliceux, et c'est le type de béton utilisé pour construire les centrales de Tchernobyl."
Cela est logique car initialement, après la fusion du noyau, le corium sera constitué des matériaux à partir desquels le noyau est habituellement fabriqué. Une partie de celui-ci est également constituée de combustible à base d'oxyde d'uranium. Les autres ingrédients comprennent le revêtement du carburant – généralement un alliage de zirconium appelé Zircaloy – et des matériaux structurels, qui sont principalement de l'acier inoxydable composé de fer, explique Farmer.
"En fonction du 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 pu constater les effets lors des accidents du réacteur de Fukushima Daiichi. Les métaux oxydés du corium sont convertis en oxydes, provoquant un changement dans la 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 reste 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 commencera à fondre.
Une fois le béton fondu, des oxydes de béton (généralement appelés « scories ») sont introduits dans la masse fondue, ce qui fait évoluer encore plus la composition, explique Farmer. La fusion du béton libère également de la vapeur et du dioxyde de carbone, qui continuent de réagir avec les métaux présents dans la fusion pour produire de l'hydrogène (et du monoxyde de carbone), provoquant encore davantage de changements dans la composition du corium.
Le désordre qui a donné naissance à Elephant's Foot est extrêmement dangereux. En général, dit Lyman, le corium est beaucoup plus dangereux que le combustible usé non endommagé car il se trouve 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 du cœur devenus radioactifs, le corium aura un débit de dose élevé et restera extrêmement dangereux pendant plusieurs décennies, voire plusieurs siècles", explique Lyman.
Le corium solidifié très dur, comme celui de la patte d'éléphant, devrait être brisé pour être retiré des réacteurs endommagés. "[Cela] générera des poussières radioactives et augmentera les risques pour les travailleurs et éventuellement pour l'environnement", déclare 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, par exemple lorsqu'il est stocké dans un dépôt de déchets nucléaires. Ce qu'ils savent, c'est que le corium de la patte d'éléphant n'est probablement pas aussi actif qu'il l'était et qu'il se refroidit tout seul – et continuera de se refroidir. Mais il continue de fondre et reste hautement radioactif.
En 2016, le nouveau confinement sûr (NSC) a été glissé au-dessus de Tchernobyl pour empêcher toute nouvelle fuite de radiations 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. Le NSC devrait, idéalement, aider à empêcher un énorme nuage 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'émissions de neutrons accrues depuis 2016. Elle est totalement inaccessible aux humains en raison des niveaux de radiations mortels.
Personne ne veut voir une autre patte d'éléphant. Farmer a passé la majeure partie de sa carrière à étudier les accidents nucléaires et à travailler sur le corium dans le but de développer des moyens permettant aux exploitants de centrales de mettre fin à un accident :quelle quantité d'eau injecter et où l'injecter, et à quelle vitesse l'eau peut refroidir le corium et le stabiliser. .
"Nous réalisons de grandes expériences dans lesquelles nous produisons du "corium" avec de 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 réaliser.
« Nous avons concentré l'essentiel 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 effectuons des recherches sur l'atténuation des accidents. L'autre extrémité est la prévention des accidents, et c'est un objectif principal. zone pour l'industrie nucléaire."
Maintenant c'est effrayantDes chercheurs du Laboratoire national d'Argonne ont créé cette vidéo, qui montre un bassin d'oxyde d'uranium fondu 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.
