Accident de Three Mile Island

Le 28 mars 1979, le réacteur 2 de la centrale nucléaire de Three Mile Island (TMI), en Pennsylvanie, connaît un grave accident de niveau 5 sur l’échelle INES. Un enchaînement de défaillances techniques et d’erreurs de conduite provoque une fusion partielle du cœur de ce réacteur.

La centrale de TMI est pourvue de deux réacteurs à eau pressurisée, de technologie Babcock (générateurs de vapeur à tubes droits). L’unité 1, mise en service en 1974, n’a pas été touchée par cet accident et a produit de l’électricité jusqu'en septembre 2019, après avoir fait l’objet de révisions.

Malgré l’absence de victimes directes, cet accident a connu un retentissement médiatique sans précédent. La diffusion d’informations contradictoires a accentué l’inquiétude de la population et cet événement a ravivé le débat sur la sûreté nucléaire. Il a remis en question les procédures existantes et a entraîné une prise en compte plus importante du facteur humain, tant en matière de moyens de conduite mis à la disposition des opérateurs qu’en matière d’entraînement aux situations accidentelles.

L’accident de Fukushima Daiichi (mars 2011) a parfois été présenté comme un « nouveau Three Mile Island » en raison de la fusion partielle du cœur du réacteur. Le type de réacteur (à eau bouillante dans le cas japonais) et les conséquences diffèrent toutefois entre ces deux cas.

Le réacteur à eau pressurisée (REP ou PWR)

Il s’agit du modèle de réacteur le plus fréquent parmi les centrales nucléaires installées dans le monde (plus des deux tiers du parc nucléaire mondial pour les seuls REP à « eau légère »).

Dans le réacteur, les barres de combustible contenant la matière fissile sont immergées. L’eau joue un double rôle : d’une part, elle ralentit les neutrons et favorise ainsi la réaction en chaîne et, d’autre part, elle récupère la chaleur générée par le processus de fission des atomes et la transmet à un échangeur de chaleur où elle sera transférée à un autre circuit d’eau dit circuit secondaire.

Cette eau dite primaire est maintenue à une haute pression (155 bars) pour ne pas bouillir. Un « pressuriseur » permet de maintenir la pression adéquate au système.

Le circuit secondaire est chargé de récupérer des calories du premier circuit pour animer la turbine et produire de l’électricité. L’eau secondaire, poussée par des « pompes alimentaires » vers l’échangeur, s’y vaporise et la vapeur produite va actionner une turbine et un alternateur. Elle est ensuite condensée puis récupérée par les pompes alimentaires.

Principe de fonctionnement d'un réacteur à eau pressurisée (©Connaissance des Énergies)

L’accident de mars 1979

Panne de la pompe alimentaire du circuit secondaire

L’accident nucléaire de TMI commence le 28 mars 1979 à 4 heures du matin par une simple panne technique de la pompe alimentaire du circuit secondaire. Cet incident fait augmenter la température dans le circuit primaire puisque la chaleur dégagée n’en est plus ôtée.

Le dispositif de sécurité automatique fait chuter des barres de contrôle dans le cœur du réacteur et arrête le processus de fission. La réaction en chaîne est arrêtée.

Défaillance de la soupape du pressuriseur

Les pompes de secours alimentent en eau le générateur de vapeur mais la pression augmente néanmoins dans le pressuriseur. Jusque là, la situation est « normale » car une soupape de sécurité surplombant le pressuriseur doit permettre d’évacuer cette pression.

C’est la défaillance de cette soupape qui provoque l’accident en tant que tel : alors qu’elle doit se refermer suite à la baisse de pression, elle reste ouverte.

Même si la réaction en chaîne est arrêtée, il reste dans le cœur une puissance dite résiduelle...

En salle de commande, les opérateurs pensent qu’elle est fermée, comme l’indiquent les indicateurs. De l’eau du circuit primaire s’échappe alors par la soupape et le cœur du réacteur commence à manquer d’eau de refroidissement.

Or, même si la réaction en chaîne est arrêtée, il reste dans le cœur une puissance dite résiduelle (quelques % de la puissance thermique initiale). Elle est due à la décroissance radioactive des éléments issus de la fission de noyaux d’uranium et il faut absolument la retirer, faute de quoi les éléments combustibles s’échauffant finissent par fondre.

Arrivée d’eau arrêtée et fusion partielle du cœur

Deux pompes déclenchent automatiquement une nouvelle arrivée d'eau compensant les fuites mais les opérateurs, qui manquent d’informations, limitent cet apport (loss-of-coolant accident). Ils arrêtent même les pompes du circuit primaire, qui commençaient à vibrer à cause du mélange d’eau et de vapeur et aggravent la situation.

Les barres de matière fissile, qui ne sont plus complètement immergées, commencent à fondre. Les opérateurs remarquent alors l’état de la soupape et la ferment. Des substances radioactives se sont répandues dans l’enceinte de confinement dans cet intervalle de temps. Les autorités sont prévenues de la situation d’urgence par l’exploitant Met Ed vers 7 heures.

« On ne le constatera qu'en 1985, soit 6 ans plus tard, mais 45% du combustible a fondu, entraînant avec lui des matériaux de gaines et de structures, formant ce qu'on appelle un corium », souligne l'IRSN (Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire en France)⁽¹⁾.

Dans l’après-midi du 28 mars, une poche d’hydrogène gazeux provoque une explosion dans l’enceinte de confinement. Ce nouvel évènement ne cause cependant pas de dégât majeur.

La situation se stabilise, une fois le cœur refroidi. Lors des jours suivants, les autorités craignent cependant des rejets de gaz radioactifs ainsi qu’une explosion au cœur du réacteur. Le 9 avril, le directeur de la NRC annonce que la situation est rétablie.

Défaillances techniques et erreurs humaines se mêlent dans ce qui a pu être qualifié d’accident « organisationnel ».

L’arrêt d’une pompe du circuit secondaire constitue le premier problème technique mais l’accident lui-même provient d’un défaut de conception du pressuriseur (la soupape de sécurité ne se referme pas lors de la baisse de pression).

La formation des opérateurs pour gérer de tels accidents est inadaptée. Ceux-ci n’ont jamais été entraînés à gérer de tels concours de circonstances. De plus, les salles des commandes sont mal agencées et les trop nombreux voyants ne permettent pas d’identifier les priorités.

Le facteur humain a donc joué un rôle très important dans l’accident. Cette conclusion a conduit à refondre toutes les procédures de conduite.

Les responsabilités de l’exploitant et de l’autorité de régulation américaine sont largement mises en cause.

• L’exploitant Metropolitan Edison (Met Ed), compagnie d’électricité régionale, est une filiale de General Public Utilities depuis 1946. Son manque d’expertise et de personnel est dénoncé. Les problèmes de sécurité sont insuffisamment pris en considération dans leur formation.
   
• L’autorité de sûreté nucléaire américaine (NRC) est directement visée sur ce point. Sa surveillance pâtit de manquements importants. Sa gestion bureaucratique ne lui permet pas d’exercer son rôle de conseil indispensable aux exploitants (un problème similaire de pressuriseur a été rapporté à l’autorité un an et demi plus tôt sans provoquer aucune réflexion générale, ni information particulière aux autres centrales). 

Les médias et le grand public subissent la communication déficiente de l’exploitant et des autorités. Le 30 mars 1979, le gouverneur et la NRC font évacuer les femmes enceintes et les très jeunes enfants dans un rayon de 5 miles (près de 8 km) autour de la centrale. Cet ordre d’évacuation intervient après plusieurs messages contradictoires renforçant l’angoisse de la population. La visite du président américain Jimmy Carter et de sa femme sur le site nucléaire rassure la population sur la dangerosité du lieu.

Le président américain Jimmy Carter est venu sur le site de Three Mile Island le 1^er avril 1979. (©flickr-Nuclear Regulatory Commission)

• Plus de 200 000 personnes se réfugient dans des caves ou dans les États voisins suite aux alertes.
• Au moment de l'accident de TMI, il existe 72 réacteurs nucléaires en service aux États-Unis.
• Après l’accident, les travaux de décontamination de l’unité 2 durent près de 14 ans, coûtant près d’un milliard de dollars. Ce nettoyage prend fin en décembre 1993 mais le réacteur restera sous contrôle permanent jusqu’à son démantèlement total.
• En définitive, l’accident n’aura fait aucune victime directe.

La centrale de TMI se situe à près de 15 kilomètres de la capitale de la Pennsylvanie, Harrisburg. Son nom est dû au lieu où elle a été construite : une île allongée de près de 5 kilomètres sur la rivière Susquehanna.

La centrale de Three Mile Island a été construite pour faire face à une hausse de la demande d’électricité.

L’accident de TMI se produit en 1979 dans un contexte institutionnel et culturel (voir rubrique « Le saviez-vous ? ») propre à accentuer les inquiétudes.

Deux mois avant l’accident, la NRC remet un rapport intitulé « Identification des problèmes de sécurité non résolus dans les centrales nucléaires » au Congrès. Une liste d’une centaine d’imperfections touchant les centrales est communiquée : 17 d’entre elles sont jugées prioritaires car potentiellement dangereuses pour la population.

Mise en place de nouvelles normes

Deux commissions d’enquête sont mises en place par le gouvernement fédéral (Commission Kemeny) et par la NRC (Commission Rogovin) après l’accident de la centrale de TMI. Dès octobre 1979, celle mise en place par l’autorité fédérale livre ses recommandations⁽²⁾. Elle préconise une législation plus contraignante avec des normes renforcées de sécurité, de surveillance ainsi qu’une meilleure formation des opérateurs.

L’importance du facteur humain mis en évidence lors de l’accident modifie la formation dispensée aux opérateurs et aux superviseurs.

Après cet accident, toutes les centrales nucléaires américaines sont contraintes de rédiger un plan d’urgence détaillé pour 1981.

Une académie nationale pour la formation nucléaire voit le jour. Le tableau de commande est simplifié et une approche basée sur les symptômes se développe ainsi que de nouvelles procédures pour parer aux incidents éventuels. Les procédures ultimes (U) doivent notamment permettre de limiter les relâchements de produits radioactifs à l'extérieur de l'enceinte de confinement, et donc dans l’environnement, en cas de fusion du cœur.

La NRC impose une réglementation plus contraignante et augmente le nombre d’inspections de sécurité. Toutes les centrales nucléaires américaines sont contraintes de rédiger un plan d’urgence détaillé pour 1981.

Si aucune centrale n’est interdite, de nombreux réacteurs en cours de construction subissent de nouvelles adaptations coûteuses. Le réacteur 1 de TMI, non touché par l’accident de la centrale, est soumis à de nouvelles normes techniques et reste à l’arrêt pendant six ans, jusqu’en 1985. Précisons que l’expansion du programme nucléaire américain a déjà été enrayée lors du premier choc pétrolier, près de cinq ans avant l’accident de TMI.

L’industrie met en place un garde-fou : l’INPO (Institute of Nuclear Power Operations) qui délivre des normes de sécurité maximales afin d’optimiser le fonctionnement des centrales nucléaires.

En 1983, l’Agence internationale de l’énergie atomique (AIEA) met en place l’Incident Reporting System qui oblige les autorités nationales des États membres à lui notifier leurs incidents et accidents nucléaires.

Inquiétude des populations

L’opinion publique américaine manifeste son inquiétude face à l’énergie nucléaire, suite à la communication éparse et contradictoire au sujet de l'accident de Three Mile Island.

La contestation gagne de nombreux autres pays comme en témoignent de grandes manifestations en Europe occidentale, au Japon ou en Australie.

En 1986, l’accident de Tchnernobyl aura un impact bien plus retentissant en Europe, mais pas aux États-Unis.