Fukushima : à la recherche des coriums égarés

Publié le 15 octobre 2012 par Trifou

Tepco cherche le corium mais ne trouve rien

(Niveau technique 2/5 – longueur article : 3/5)

Au mois de janvier et au mois de mars dans l’unité n°. 2 et il y a quelques jours au niveau de l’unité n°. 1, l’opérateur du site dévasté de Fukushima-Daiichi a procédé à une séries de sondages par caméra et radiamètres interposés. Mais, au fait, que recherche donc Tepco et pourquoi ?

Recherche corium, désespérément…

Cela fait maintenant plus de 18 mois que l’accident initial s’est produit et personne ne sait exactement ce qu’il est advenu des trois chargements de combustible endommagés lors des fusions des 3 ex-réacteurs de Fukushima-Daiichi. Cela fait plus de 6 mois que l’opérateur a été mis au pied du mur par la commission d’enquête sur l’accident, la NISA et plus généralement une partie de la communauté scientifique pour tenter d’établir ne serait-ce que sommairement la position et l’état du corium.

Tepco a longtemps ignoré le problème du combustible endommagé, sans doute parce qu’il ne pouvait même pas approcher la zone où le combustible pourrait s’être déplacé suite à sa fusion, du fait d’une radioactivité extrêmement élevée dans les étages inférieurs des unités n°. 1 et 2. D’autre part, la riche idée de rassembler plusieurs unités de production sur un site unique (1) a initié, pour la première fois dans l’histoire électronucléaire, un accident multiple qui a apparemment induit des implications multiples et des variantes au niveau des différentes unités touchées par la catastrophe.

Les combustibles ont quitté les cœurs (melthrough), mais où sont-ils passés ensuite ?

On sait depuis plus d’un an que les 3 cœurs des ex-unités n°. 1 à 3 ont fondu à 100% et ont se sont échappés totalement ou majoritairement des cuves réacteurs (Reactor Pressure Vessel), la cuve réacteur ne résistant que quelques minutes aux températures extrêmes atteintes par le corium (2). Une fois « effondrés », les combustibles mélangés aux attirails formés par les barres de contrôle, les cuves réacteur fondues, une partie du béton érodé, se sont déplacés par gravité sous le réacteur en tombant au niveau des pedestal, les pieds en béton supportant le réacteur et permettant d’intervenir au niveau des équipements situés sous ceux-ci.

Fukushima : à la recherche des coriums perdus

Le corium a pu, après sa descente sous le réacteur, être contenu un moment dans le pedestal (orange, 80 cm d’épaisseur et environ 4 m de diamètre) mais aurait dû probablement franchir les fermetures légères pour s’étaler très vite sur l’ensemble de la surface du fond du drywell (ligne rouge, environ 20 cm d’épaisseur pour 8m de diamètre)

Arrivé à ce niveau, ce ne sont pas deux petites portes qui vont arrêter le flot du corium

Une fois que l’on a assimilé le principe de perforation et d’abrasion du mélange de combustible et de matériaux divers atteignant des températures aussi importantes (3), il devient évident que les deux portes légères donnant accès sous les « jupes » des réacteurs ne peuvent résister que quelques secondes au plus confrontée à une rampe de feu atteignant plus de 2000° C.

L’intérieur du pedestal avec à l’extrême gauche l’une des portes d’accès (centrale de Peach Bottom, réacteur GE Mk1 1093 MWe)

Ces portes sont de construction très légères car il faut noter que, bien que situé à l’intérieur du confinement primaire, le piédestal ne peut être réellement considéré comme faisant parti intégrale du confinement radiologique ; il est plutôt destiné à un usage de support mécanique du bloc réacteur. Ses parois sont donc très résistantes car les quelques 500 tonnes du réacteur et du combustible y reposent mais la résistance thermique semble inexistante. Il faut rappeler que l’accident HPCE (4) de Fukushima-Daiichi est une première dans l’histoire de l’industrie nucléaire…

La note Nureg-37676 prévoyait pourtant ce type d’accident majeur

L’un de nos aimables commentateurs a porté à notre connaissance la note Nureg-37676, diffusée – confidentiellement – par la NRC américaine en mars 1986. Ce papier établi par le BNL (5) étudie, quelques semaines avant l’accident majeur de Tchernobyl, les conséquences d’un accident d’éjection de cœur sous pression au niveau d’un confinement Mark 1.

L’une des hypothèses avancées est que le corium, après s’être frayé un chemin jusqu’au niveau du radier par le chemin que nous avons étudié plus haut (piédestal, portes, radier) va se retrouver rapidement directement au contact de la cuve du confinement qui ne résistera que moins longtemps encore, vu les épaisseurs de cuves relatives (6), que la cuve réacteur.

Il est donc très probable que si le corium s’est trouvé étalé sur la totalité du confinement sur une hauteur estimée à environ 20 cm comme l’estime l’étude, la cuve du drywell ne se soit trouvée également perforée à ce niveau sur une hauteur équivalente et sur tout ou partie de la circonférence de l’ampoule du confinement.

Tepco inspecte précisément cette zone

Et c’est précisément la zone qui a été inspectée par la caméra de Tepco introduite par l’orifice x-100B le 11 octobre : le point de jonction de la cuve et du radier, à proximité de la partie extérieure du piédestal. L’opérateur cherchait manifestement à vérifier cette théorie « de la flaque homogène » de corium mais la mission d’exploration n’a pas permis d’observer une quelconque trace de passage de combustible fondu à ce niveau.

Loin de s’éclaircir, le mystère du corium se renforce

Nous avons toujours estimé que, vu sa densité très élevée et son pouvoir d’abrasion extrêmement puissant, le corium aurait dû tendre à suivre une trajectoire accidentelle verticale (la trajectoire du moindre effort) et qu’une fois le puits initial creusé très rapidement dans la couche superficielle de béton du radier, loin de ralentir, la progression serait ensuite accélérée par le phénomène de « digestion » de l’interaction du corium sur le béton au niveau d’une surface restreinte.

Le corium représente une masse estimée à environ 120 tonnes pour l’ex-réacteur n°. 1 (7) mais dont le volume pourrait surprendre : avec une densité estimée à 20, équivalente à celle de l’or, le mélange en fusion pourrait se regrouper dans un volume relativement restreint, les 120 tonnes de mélange pouvant ainsi tenir dans un volume d’environ 6 m³. Le calcul effectué par le BNL confirme d’ailleurs plus ou moins cette hypothèse : un niveau de 0.8 m de corium enfermé très provisoirement dans un cylindre de 4 m de diamètre représente un volume d’environ 10 m³…

(1) Regrouper les unités de production est l’une des pires aberrations électronucléaires : l’événement – forcément majeur – qui touche un réacteur peut ainsi en affecter plusieurs autres !

(2) A une température atteignant environ 2500° C, (IRSN), la cuve réacteur composée de 20 cm d’acier est percée en 1 minute environ

(3) Une lance thermique à oxygène développe une température d’environ 2200 °C

(4) High Pressure Core Ejection, éjection du cœur à haute pression et température

(5) Brookhaven National Laboratory, l’un des autres laboratoires nucléaires « mixtes » des USA.

(6) La cuve du confinement est environ 3 fois moins épaisse que la cuve réacteur (6 à 7 cm contre une vingtaine en moyenne)

(7) 80% des 70 tonnes de combustible de l’unité n°. 1 et environ 60 / 70 tonnes de matériaux périphériques, barres de contrôle, appareillage, acier de cuve, béton…

Lire également :

Tout sur le corium, gen4

Le corium (2 parties), blog de Fukushima, 12/8/11

(1901)

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HP

Faut pas confondre corium et soupe. Le corium est le combustible et autres matériaux fondus provenant du coeur du réacteur, extrêmement chauds, vers 2500/2800°C et de densité élevée. La soupe est ce qui se liquéfie à son passage : l’acier vers 1300°C, le béton vers 1500°C, les gaines en zircon et autres matériaux non-vaporisés, tous de densité « faible ».
La première chose qui coule de la cuve c’est l’acier fondu de la cuve, juste avant que le corium ne traverse. L’acier a une densité faible par rapport au corium, et n’est pas lui-même actif ni très chaud, juste fondu à 1300°C : sur une surface plane il s’écarte pour laisser la place au corium plus dense et s’il s’en éloigne un peu, il se fige.
Par nature, le corium, liquide, voit ses éléments les plus lourds se déposer au fond, et ce sont justement les plus actifs, les autres, acier, éléments divers, béton fondu flottent par dessus et glissent latéralement, figeant et formant un bourrelet de débris, comme la croûte d’une tarte, qui limite l’étendue de la zone recouverte. Pendant que le corium creuse rapidement son trou, en forme d’ogive. Trou qui va permettre à ce qui n’est pas figé de couler dedans, laissant à la surface du sol un bourrelet de débris solidifié en forme de cratère dont le diamètre et la hauteur dépendent du gradient de refroidissement et de la résistance du béton.

La chose serait assez facile à simuler avec de l’acier chauffé à 1600°C et de l’étain sur une surface en zinc, ou quelque chose de similaire.
- trifouillax
  
  Euh, pas vraiment d’accord : en laissant un peu les éléments passifs de l’équation de côté, le béton a plutôt tendance à fondre « sous » le combustible en fusion et à se mélanger ensuite avec lui de manière très homogène grâce au phénomène de percolation du premier sur le second ; autrement dit la quantité énorme de gaz dégagée par la fusion du béton « sous » le corium tend non seulement à faire bouillir ta soupe mais également à la touiller, pour poursuivre ton analogie culinaire initiale.
  
  Du béton porté à son point de fusion (1400 °C) ça donne de la silice
  et de la chaux et au double de sa température de fusion ça érode très
  vite, un peu moins de 5 heures « brutes » par mètre linéaire de béton !
  
  La solidification de la ou des « cheminées » formées par l’ICB est donc inversement proportionnelle à la vitesse d’abrasion du béton par le corium, qui s’en trouve donc auto-entretenue. Action, réaction, ça nous rappelle quelque chose…
  
  cf. la très claire synthèse des simulations et essais ICB publiée par M. Guillaumé dans sa thèse de doctorat de 2008 : http://pegase.scd.inpl-nancy.fr/theses/2008_GUILLAUME_M.pdf
  
  En ne perdant pas de vue que les expériences Vulcano, CCI et CIE ne sont que des simulacres imparfaits de situations accidentelles et d’utilisation de modèles mathématiques et informatiques très imprécis, comme le reconnait volontiers l’auteur.
  
  Cordialement,
  Trifou
  - HP
    
    J’ai plutôt tendance à penser que sous une colonne liquide de 10/30/50 tonnes, le (gaz de) béton reste lui aussi liquide, sauf en arrivant près de la surface, et que le fond du creuset n’est pas fortement touillé du haut vers le bas pour homogénéiser le mélange densités fortes/faibles, juste encombré de particules légères (béton, densité : >3) qui remontent rapidement, mais celles d’en haut (acier, d : 8,8) ne peuvent pas descendre pour remplacer les lourdes (d : 18-20) : la soupe reste en surface.
    Ce n’est que mon avis.
  - Lionel
    
    Est-il même possible de tenter des grandes lignes comme ça ( même si elles sont « raisonnables » ) alors que nous avons tout à découvrir sur les propriétés des particules lourdes transformées à l’état de NANO particules !
    Tous les matériaux nano présentent des facultés et particularités n’ayant plus rien à voir avec leur état initial, il peut donc être envisageable que les actinides restent en suspension, nous ignorons la densité d’une nano particule, ce qui s’est déroulé est expérimental, de nombreuses phases n’avaient été observées qu’en labo, voire pas du tout !!!
    L’idée du béton gazéifié me semble vraisemblable mais la soupe aurait pu être un authentique mélange et je renouvelle ma question : pourquoi ne trouve-t-on aucune trace du passage du ou des coriums ?
    Donc la stratification… pas forcément !
    Et pourquoi s’acharnent-ils a chercher le corium dans l’enceinte alors qu’il n’y a pas trace de son passage ???
  - Lionel
    
    Question subsidiaire :
    Est-il envisageable un corium à un état qui ne laisserait pas de gangue de refroidissement ( T° exceptionnellement élevée qui provoquerait ce qu’on observe dans une casserole trop chauffée dans laquelle on met de l’eau, l’eau n’accroche pas les parois, la tension superficielle en est accentuée, pourquoi pas le même comportement avec du béton et un mélange d’autres matériaux gazéifiés, faisant un matelas entre les matériaux rencontrés et le corium… ) ???
  - HP
    
    Parce que quand c’est de l’eau dans une casserole, c’est la casserole qui est chaude, au dessus de la température d’ébullition > formation de vapeur entre métal et eau liquide. Là le corium est chaud et les bords froids > ce qui s’éloigne de la partie la plus active du corium refroidi et fige.
    Ils ne sont pas allé assez près du corium pour le voir. Dans le cas ici il reste un mur de béton d’un bon mètre à traverser.
    Plutôt que de nano-particules il faudrait parler de poussières.
  - Lionel
    
    1m/24h c’est la vitesse de progression à travers du béton boré, l’histoire du béton ne tient pas la route, ensuite l’effet « casserole » est tout-à-fait réversible, il se passerait la même chose, c’est le béton vaporisé qui ferait tampon et empêcherait le corium de se refroidir et se déposer.
    Ça aurait le mérite d’expliquer des émissions de gaz et vapeurs dont on ignore l’origine…
    Ça expliquerait l’absence de dépôt.
    La théorie voudrait que le corium se refroidisse mais les faits sont têtus et j’attends une réponse claire à mes questions, l’exemple de la casserole n’était qu’une façon imagée d’envisager une dynamique des coriums et si l’on y oppose la logique du connu, c’est certain qu’on ne trouvera rien…
    Je pense que la question est dans l’inconnu le plus total et qu’il faut se garder des grandes certitudes et des acquis pour assouplir la pensée, se laisser aller à ce qui alimente l’esprit des grands découvreurs : l’intuition.
http://www.facebook.com/sierraecho79 Etienne Servant

Les sous sol des réacteurs ayant été inondé par le Tsunami la soupe n’a t-elle rapidement rencontré l’eau ? et s’être comportée comme une lave dans l’eau ?
http://fukushima-informations.fr/?p=1811
- maxchar
  
  Est-ce que les sous-sols du réacteur ont été inondés par le tsunami ? Je ne me suis pas assez documenté là dessus. Est-ce que l’explosion du réacteur 3 ne serait pas une explosion de vapeur résultant de la chute du corium sur une grosse masse d’eau au fond de l’enceinte de confinement ? Cela me semble compatible avec la verticalité de l’explosion (effet tube de canon du haut de l’enceinte de confinement), les fortes fuites par l’ouverture de la grosse porte de l’enceinte (equipment hatch), la couleur grise résultant du mélange vapeur-corium. Pensant à Pompei, c’est un événement que j’ai redouté dès avant l’explosion, mais je n’y ai plus réfléchi ensuite, étant donné que les spécialistes se sont orientés vers d’autres causes comme l’hydrogène (officiel mais completement farfelu) ou une micro explosion nucléaire (qui dépasse ma compétence).
  - maxchar
    
    Une rapide recherche m’a conduit à ce rapport de 2006 : http://www.ladocumentationfrancaise.fr/var/storage/rapports-publics/074000028/0000.pdf
    Il ne concerne les réacteurs à eau pressurisé et non pas bouillante, mais la section 4.3 sur l’explosion de vapeur est valable. On y apprend que tout dépend de la fragmentation du corium au moment de son contact avec l’eau, et que le niveau de connaissances est bien bas. Tepco a probablement fait l’expérience grandeur nature. Malheureusement il est possible qu’elle ait marché : ça peut détonner.
  - Lionel
    
    Auquel cas la masse de corium recherchée serait très inférieure à 120 t ( si j’ai bonne mémoire ), une grande partie ayant été vaporisée et fragmentée.
    Mais quelle serait la raison de la quasi absence de traces de son passage du haut vers le bas avant qu’il ne prenne le chemin inverse ?
    En se fragmentant il se refroidit plus vite et il devrait apparaître des fragments détectables dans les environs…
    Or il semble qu’on en retrouve plus du côté de Nishima ( toujours si ma mémoire… ).
    Quelle est la version la plus probable ?
    Dans cet inventaire on ne parle pas du fait qu’un corium en conditions expérimentales passe une épaisseur de 1 m de béton boré en moins de 24 heures, il ne peut raisonnablement avoir eu le temps de se refroidir et se compacter au fond du radier, ce qui excluerait une explosion après contact éventuel avec l’eau !
    Qui de la poule ou de l’œuf ???
    Le volume d’eau aurait-il été suffisant pour provoquer une réaction ?
  - maxchar
    
    Pour évaluer le volume d’eau mis en jeu, le plus simple est de considérer l’explosion de l’hydrogène puisqu’au final on n’obtient que de la vapeur d’eau très chaude, donc occupant un grand volume. Dans le cas le pire (2/3 H2 1/3 O2), on a la température de flamme. Sinon on a moins. Dans le cas de la vaporisation par contact avec un corium chaud fragmenté, on obtient de la vapeur à une température probablement plus faible, mais comparable. Or 1 m3 d’hydrogène c’est si je calcule bien 750 g de vapeur d’eau après explosion. Un petit litron. Et donc 1 m3 d’eau a le pouvoir explosif de plus de 1000 m3 d’hydrogène (80 kg).
Roland

Le pluriel tiendrait davantage compte des différences qui doivent séparer les coriums 1 et 2 du corium 3, né du réacteur au mox. Nous ne sommes pas prêts d’avoir une réponse sur leurs parcours et leurs activités. Les coriums buissonniers nous rappellent les énigmes que nous devons résoudre pour décrire toutes les facettes de la catastrophe nucléaire, acte 3 de la triple tragédie de Fukushima.
maxchar

Et il y a aussi … »explosion de vapeur » puisque l’hydrogène combiné à l’oxygène ne donne rien d’autre que de la vapeur d’eau. Dans les trois cas, il y a un transfert rapide d’énergie. Soit par réaction chimique, soit par réaction nucléaire rapide (suite immédiate de l’absorption de neutrons…lents), soit par contact avec un corium très chaud, qui résulte de réactions nucléaires antérieures plus lentes.