LARADIOACTIVITE.COM

Une base de connaissances grand public créée et alimentée par la communauté des physiciennes et physiciens.

Fukushima : traiter l’accumulation d’eaux radioactives

Deux ans après l’accident, la presse et les télévisions firent état en 2013 de fuites répétées d’eaux radioactives à la centrale de Fukushima.

Des médias présentèrent l’évènement d’une manière catastrophiste : “Pouvait-on organiser des jeux olympiques à Tokyo en 2020 ?”. En réalité, la radioactivité résultant des fuites déversées dans l’océan était des milliers de fois inférieure à celle déversée en mars et avril 2011. Sur 2 ans, de 20 à 40 térabecquerels (TBq) auraient ainsi fui vers l’océan, à comparer aux 5000 Tbq de césium-137 qui auraient été rejetés selon des estimations lors de l’accident.

Quelle est la cause de l’accumulation d’eaux radioactives ? Quelle est leur radioactivité ? Quels sont les remèdes ?

Réservoirs d’eaux radioactives à Fukushima
Cette photographie prise à l’automne 2013 montre le grand nombre de citernes installées sur le site de la centrale de Fukushima-Daichi pour entreposer les eaux radioactives. La radioactivité de ces eaux en partie décontaminées est généralement faible ou moyenne. C’est leur grand volume – 300 000 m3 déjà mi-2013 – et le nombre de citernes qui furent à l’origine de divers incidents.
© Reuters

Origine de l’accumulation d’eaux radioactives

Depuis 2011, de grandes quantités d’eaux radioactives se sont accumulées, nécessitant la construction de nombreux réservoirs pour les stocker. Leur accumulation a été à l’origine des multiples incidents qui émaillèrent l’année 2013, bien que ces eaux en partie décontaminées soient bien moins radioactives que celles déversées en avril 2011. Leur radioactivité est très variable.

Cette accumulation est due au manque d’étanchéité du circuit de refroidissement des réacteurs accidentés et à l’intrusion dans les sous-sols d’eaux souterraines de la nappe phréatique. L’eau assurant le refroidissement des cœurs de réacteurs passe dans les enceintes de confinement puis dans des installations de décontamination. Décontaminée, elle est ensuite – à raison de 350 m3 par jour – réinjectée dans le circuit. Mais du fait de brèches, une partie de l’eau devenue radioactive après avoir refroidi les cœurs s’écoule avant d’être décontaminée dans les sous-sols où elle se mêle aux eaux phréatiques.

Le flux des eaux étant supérieur à celui nécessaire au refroidissement, il fallut entreposer un surplus de 400 m3 par jour dans des réservoirs. Ces eaux dont la radioactivité est moyenne ou faible étaient en attente d’une décontamination plus complète. Jusqu’à l’automne 2013, les unités de décontamination concernaient le césium. Ces eaux entreposées contenaient donc principalement des radioéléments autres comme le strontium-90.

Au départ, en 2011, l’eau de refroidissement se chargeait des radioéléments solubles présents dans le combustible fondu au fond des cuves et des enceintes des réacteurs. Mais deux ans après en 2013, ces combustibles fondus ont été lessivés. L’eau qui ne se chargeait plus de radioéléments solubles était devenue environ cent fois moins radioactive que durant les premiers mois.

Gestion des eaux radioactives (jusqu’en 2013)
L’accumulation d’eaux radioactives est due à un apport d’eaux souterraines (flèches roses) dans les sous-sols. Ces eaux s’ajoutent à celles assurant le refroidissement des cœurs dégradés des réacteurs dont une partie se perd dans les sous-sols. Ces eaux sont pompées dans les installations de décontamination. Une partie, initialement jusqu’à 350 m3/jour, est réinjectée pour refroidir les combustibles fondus (en rouge). C’est l’excédent de ces eaux, en principe débarrassées du gros de leur radioactivité, qui est entreposé dans des réservoirs.
© TEPCO

Quels remèdes ?

Le premier remède à consisté à étendre la décontamination, au delà du césium, aux autres radioéléments, le plus abondant étant le strontium-90. A cet effet un dispositif appelé ALPS fut mis en service en 2013. Destiné à épurer l’eau des radioéléments autres que le césium, ce dispositif  fut amélioré fin-2014. Un système complet de traitement des eaux était désormais en place. Ces différents procédés de décontamination se révélèrent efficaces et traitaient entre 1 300 et 2 000 m3 par jour fin 2016. Aujourd’hui, la majeure partie du stock a été traitée (plus de 90 %). Un radioélément le tritium échappe à cette décontamination, mais ce radioélément insaisissable est très peu radiotoxique.

Il n’y a pas de remède simple au surplus des eaux souterraines. Un pompage en amont du réacteur a été mis en place qui a permis de réduire les entrées d’eau de 700 à 350 m3/jour. Chaque jour 350 tonnes d’eau contaminée sont pompées, traitées pour être recyclées ou stockées. Début 2016, près de 640 000 m3 avaient été stockés dans des réservoirs, 97 % ayant été épurés. Une partie des réservoirs initiaux, avaient été progressivement remplacés par des réservoirs soudés et bien étanches. Début 2017, près d’un million de m3 d’eau étaient stockée dans 1 300 réservoirs, faute de l’autorisation à cette date du rejet en mer des eaux épurées.

Par ailleurs, une paroi étanche de 800 m de long a été construite. Elle descend à 23 m de profondeur en bord de mer jusqu’à une couche géologique argileuse étanche. L’eau de la nappe phréatique, contaminée suite à son passage dans et autour des réacteurs, est prélevée en amont de cette paroi, traitée et rejetée en mer après épuration depuis fin 2015.

Ensuite une barrière de 1400 m de long encerclant les 4 réacteurs, et descendant jusqu’à une couche géologique étanche à 27 m de profondeur, a été réalisée entre 2014 et 2016. Un barrage est obtenu en gelant le sol. A l’intérieur les sols sont drainés autour des bâtiments, les eaux contaminées sous-jacentes pompées pour épuration. Ce mur de glace pharaonique, mis en service fin 2016, vise à réduire le débit entrant de la nappe phréatique dans les soubassements des réacteurs et à réduire ainsi les volumes d’eau contaminée.

En 2019, 8 ans après le tsunami et l’accident, le problème a perdu de son acuité. Le temps a passé. Les besoins de refroidissement des cœurs des réacteurs endommagés ont beaucoup décru et avec eux la quantité d’eau à injecter (la chaleur dégagée à 8 ans d’âge est divisée par 10 par rapport à la première année). Les matières radioactives à force d’être lessivées ne comportent plus que des radioéléments insolubles qui contaminent moins l’eau de refroidissement.

Principe du “mur de glace”
Le mur entourera les 4 réacteurs et les isolera et de la nappe phréatique et de de l’océan. L’étanchéité sera assurée par le réfrigération des sols
© DR

Au final : déverser les eaux décontaminée dans le Pacifique ?

La plupart des isotopes radioactifs ont été éliminés à l’aide d’un processus de filtration complexe. Mais un isotope, le tritium, ne peut pas être éliminé. A cause du tritium, l’eau continue d’être stockée dans de grands réservoirs qui seront remplis en 2022.

Ce tritium, du fait de sa très faible radiotoxicité, présente un faible risque pour la santé humaine ou animale. De nombreux scientifiques pensent que l’eau de mer diluerait rapidement ce résidu dans l’immensité de l ‘océan pacifique.

Une solution pour désengorger les réservoirs consiste à rejeter en haute mer les eaux les moins radioactives et le tritium. L’autorisation de tels rejets est difficile à obtenir. Dans un premier temps, l’autorité de sûreté japonaise a seulement autorisé, en concertation avec les pécheurs, le rejet en mer des eaux de nappe phréatique amont et aval après épuration et contrôle. Les groupes environnementaux ont longtemps exprimé leur  opposition à un rejet dans l’océan. Des pêcheurs craignirent que les consommateurs refuseraient d’acheter leurs poissons.

Eau tritiée diluée dans l’océan : quels dangers pour les poissons et les humains ?
Quel danger présenterait de l’eau tritiée diluée dans l’océan à proximité de Fukushima ? Les rayons bêta du tritium parcourant au plus 6 microns dans l’eau et la matière vivante, l’immense majorité des rayons émis n’atteindraient pas les poissons (A points rouges). Ceux émis en contact avec le poisson (B points jaunes) ne franchiraient pas les écailles. L’eau tritiée très mobile avalée par le poisson (C point vert) n’y resterait que 10 jours, généralement sans désintégration. Les dangers pour les poissons et les humains qui les mangeront sont donc minimes. Ils sont encore réduits par la dilution dans l’océan.
© DR

Selon l’Agence Internationale de l’Énergie Atomique, le Japon devait  en 2022 prendre la décision de matière urgente sur le devenir des eaux épurées en raison de l’échéance de saturation du stockage. D’après des média japonais, le Japon avait été sur le point d’autoriser en octobre 2020 des rejets. Mais, il fallut  attendre en raison des inquiétudes de la population. L’Agence internationale de l’énergie atomique (AIEA) a donné son feu vert pour ces rejets au début juillet 2023. Le gouvernement japonais prévoyait de rejeter 1,33 million de tonnes d’eau issues de la centrale nucléaire de Fukushima à partir de la fin août. L’eau diluée avant d’être rejetée, serait 40 fois moins concentrée en eau tritiée. Les rejets qui commencèrent le 24 août seraient étalés dans le temps, jusqu’en 2050.

Le tritium à un défaut. Variante de l’hydrogène, il ne peut être isolé et épuré des eaux contaminées. Mais il possède une qualité : sa nocivité est la plus faible de toutes les espèces radioactives, le rendant presque inoffensif. La dilution préalable au rejet, la dilution dans l’océan, puis la dilution sur la durée jusqu’en 2050 accentuent ce caractère et suppriment tout risque.

Source : Le démantèlement de la centrale de Fukushima Daïchi : un long processus, J-P Pervès, Revue Générale Nucléaire N°5 septembre-octobre 2014

Documents à lire
Le lecteur intéressé par les suites de l’accident de Fukushima pourra consulter les, reportages, bilans et documents suivants, établis par des spécialistes :
– Fukushima: Japan to release contaminated water into sea (BBC, 16 october 2020).
– Fukushima: Radioactive water may be dumped in Pacific (BBC, 10 September 2019).
– Fukushima 2017 : Etat des lieux et perspectives (page 4), par J-P Pervès, V.Faudon, Th.Hurel (pdf – mars 2017).
Inquiétude autour du projet du rejet des eaux usées de la centrale de Fukushima (France 24 août 2023)