Modèle nucléaire

Peut-on prédire les conséquences d'un incident nucléaire, tel que Tchernobyl par exemple ?

Il a fallu attendre 1979, et l'accident de la centrale américaine de Three Miles Island, pour que les politiques demandent aux scientifiques de se pencher concrètement sur cette question. En France, ces chercheurs, comme François Bréchignac, appartiennent le plus souvent à un organisme gouvernemental.

François Bréchignac
Dès le début des années 80 les scientifiques de l'IPSN, l'Institut de Protection et de Sûreté Nucléaire se sont préoccupés des conséquences sur l'environnement d'un accident dans une centrale nucléaire. En 1985 se concrétisait un projet ambitieux: reproduire à l'échelle du laboratoire des accidents nucléaires, et observer comment la radioactivité transite dans l'environnement jusqu'à l'homme, par le biais de son alimentation. Nous avons donc reproduit à l'intérieur de ce grand bâtiment, que vous voyez derrière moi, l'environnement extérieur. Au sous-sol, que vous retrouvez ici sur ce schéma, nous avons installé des grands blocs de terre dans des cuves métalliques, et sur lesquels nous avons fait pousser différents types de culture. C'est cet ensemble qui représente l'environnement. Le deuxième élément est constitué par cette serre, que vous voyez à la partie supérieure du laboratoire derrière moi, et que vous retrouvez ici sur ce schéma. Dans cette serre nous reproduisons différents types de climat, de façon artificielle, un climat méditerranéen, un climat océanique et un climat intermédiaire entre ces deux précédents. Enfin le troisième élément se trouve dans cette partie du laboratoire, il s'agit d'une chambre de contamination qui permet de simuler une centrale défaillante.
Nous nous trouvons maintenant dans la chambre de contamination, c'est ici que nous simulons les accidents nucléaires. Un réacteur chauffe trop, s'emballe, se met à fondre, émet des vapeurs radioactives dans l'environnement, eh bien pour simuler ce phénomène, nous utilisons ce dispositif qui est un four à induction, dans lequel nous faisons fondre un mélange d'éléments sous forme de poudre, éléments qui sont représentatifs de tout ce qui se trouve au coeur d'un réacteur endommagé. Il s'agit euh du combustible bien entendu, mais aussi des matériaux de structure et également des produits de la fission nucléaire, le césium et le strontium radioactif qui nous intéressent.

François Bréchignac
Pour les besoins des expériences, les chimistes de l'IPSN ont analysé ces éléments, les ont reproduit sous forme de poudre, en un mélange représentatif de ce qui se trouve dans le coeur d'un réacteur en fusion. La poudre radioactive, dans son enceinte de plomb, est ensuite acheminée jusqu'au four où elle sera chauffée à 3000 degrés.

François Bréchignac
Voici donc ici la simulation de la fonte accidentelle d'un coeur de réacteur. Les premières projections liquides montrent que le mélange a fondu. Ayant atteint la température maximale, le mélange s'évapore totalement, produisant un véritable nuage radioactif de composition analogue à celui qui s'est trouvé relâché en 1986 par l'accident de Tchernobyl. Puis, le nuage est libéré et conduit depuis la poche plastique dans laquelle il était emprisonné jusqu'à la parcelle d'environnement qu'il va contaminer

François Bréchignac
Nous nous trouvons ici sous la chambre de contamination que vous venez de voir fonctionner. Devant moi, vous voyez la cuve métallique dans laquelle se trouve l'échantillon de terre que nous venons de contaminer. Cet ensemble pèse quinze tonnes et doit être ensuite transporté vers son emplacement définitif. Pour ce faire, nous disposons d'une machine spéciale qui nous permet de le transporter vers un nouvel emplacement, lequel emplacement se trouve immédiatement en-dessous de la serre où règne le climat adéquat.
Ces échantillons de terre, nous les faisons affleurer ici dans cette serre avec leur culture pour soumettre l'ensemble à des variations climatiques réalistes que nous reproduisons à l'aide de différents systèmes. Tout d'abord, ces systèmes de rideaux et de lampes pour contrôler l'ensoleillement, ensuite des simulateurs de pluie que je vous montre ici, et enfin des systèmes de régulation de la température et de l'hygrométrie.

François Bréchignac
Au départ de ces expériences, plusieurs questions se posaient à nous : lorsque des surfaces agricoles viennent d'être contaminées par un accident, qu'il s'agisse de champs de blé ou encore de pieds de vigne comme ici ou encore de salades, comment les feuilles captent-elles la radioactivité ? L'intensité de cette captation dépend-elle du stade de développement des plantes au moment de la contamination ? La radioactivité se transmet-elle au reste de la plante et notamment au grain que nous consommons ? Enfin, est-ce que la pluie joue un rôle sur cette captation ? Pour répondre à ces questions, nous avons prélevé un grand nombre d'échantillons, immédiatement après la contamination d'abord, puis avant et après la première pluie, et enfin de façon répétée dans le temps jusqu'à la récolte.
Puis nous avons traité ces échantillons de façon à mesurer les éléments radioactifs qui du fait de leur longue durée de vie, sont dangereux pour l'homme lorsqu'ils sont présents dans l'environnement. Les échantillons sont digérés dans un bain d'acide nitrique à chaud... jusqu'à mise en solution complète de la matière.
À partir de cette solution on mesure ensuite directement la teneur en césium 137.
Une étape supplémentaire d'extraction, à partir de la même solution, permet enfin de mesurer le strontium 90.

François Bréchignac
Une fois les résultats exploités, nous avons observé que les feuilles agissent comme des tamis, selon leur taille, selon leur développement, selon leur position, en un mot selon la façon dont elles couvrent le sol. Plus la surface de feuille exposée est importante, plus la captation de radioactivité est importante. Mais que se passe-t-il ensuite quand le temps passe et que les plantes continuent à pousser ? Nous avons remarqué que la pluie constituait un événement déterminant qui provoque une diminution significative de la contamination initiale. Ceci est dû au lessivage par la pluie, qui en tombant sur les feuilles entraîne les radioéléments vers le sol. En outre nous avons remarqué que le lessivage du césium était beaucoup plus intense que le lessivage du strontium.
Ensuite, dans les semaines qui suivent, sous l'effet cumulé des pluies successives, la contamination des feuilles continue à décroître, mais de moins en moins vite. C'est ce qui a été modélisé sur ce schéma, ici dans le cas de la salade, la courbe bleue, avec indication de la norme de commercialisation, la courbe rouge. Dans le scénario de cet exemple, les salades s'avèrent impropres à la consommation pendant quinze jours.

François Bréchignac
Une fois captée par les feuilles, la radioactivité peut pénétrer à l'intérieur des plantes et migrer vers les fruits et les graines qui se trouvent donc à leur tour contaminés. Les résultats de ces expériences nous permettent de calculer, donc de prédire, les niveaux de contamination qui seront atteint dans ces fruits et ces graines au moment de la récolte. Il est ainsi possible de déterminer de façon précoce si ces récoltes seront ou non consommables.

Plus généralement, ces travaux contribuent à développer des modèles mathématiques comme cette carte dressée à partir d'un accident nucléaire fictif, survenu en Suisse, à quelques kilomètres de Mulhouse. Dans ce cas, sept jours après l'accident, le nuage radioactif s'est propagé vers le Nord sous l'effet d'un vent de sud. La surface colorée en rouge sombre indique que les légumes dont on consomme les feuilles, comme la salade, doivent être immédiatement détruits. Dans la surface rouge, ces mêmes légumes, sans être détruits, ne peuvent être consommés, mais de fortes pluies, par exemple, pourraient les rendre consommables. La surface jaune, qui comprend la limite de commercialisation signalée par des pointillés rouges, représente une zone où les plantes, contaminées, sont à étudier. Dans la surface verte, ces plantes, faiblement contaminées, peuvent être consommées.

Voilà pour ce qu'il en est de la théorie. Concrètement, de nombreuses mesures comme la récolte des légumes contaminés et leur gestion en tant que déchets radioactifs seront à prendre. La question en suspens est de savoir si la logistique, décidée par les politiques pour faire face à une telle opération d'urgence, sera efficace.