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Le Japon entre risques naturels et dépendance énergétique: Au lendemain du séisme du 11 mars 2011, le cas de la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi. Quelques clés de lecture géographiques sur le séisme et le tsunami du 11 mars 2011 et leurs conséquences sur le système énergétique électronucléaire japonais. Proposition datée du 14 mars 2011. Mathieu Chartier, Châtillon-sur-Seine.

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Le Japon entre risques naturels et dépendance énergétique:

Au lendemain du séisme du 11 mars 2011, le cas de la centrale nucléaire

de Fukushima Daiichi.Quelques clés de lecture géographiques sur le séisme et le tsunami du 11 mars 2011 et leurs conséquences sur le système énergétique électronucléaire japonais.

Proposition datée du 14 mars 2011.

Mathieu Chartier, Châtillon-sur-Seine.

Japon, une dépendance croissante en énergie et en matières premières:

• L’hydroélectricité et le charbon ont largement participé auredécollage industriel de l’après-guerre. Mais l’augmentationconsidérable des besoins en énergie, qui quadruplent entre 1960 et1985 sous l’effet de l’industrialisation et de l’urbanisation, et lesnouvelles priorités économiques ont privilégié l’importationd’hydrocarbures, ainsi que le développement de l’électronucléaire.Le secteur manufacturier japonais consomme 43% de l’énergie duJapon. Celui des transports 24%. Les secteurs tertiaire 15% etdomestique 13%.

• Après avoir atteint 29,5% de la production électrique japonaise en2000, l’électronucléaire régresse avec 24,8% en 2004. Le Japondemeure le troisième producteur électronucléaire mondial.L’électricité est majoritairement d’origine thermique (65,6%).L’hydroélectricité est en dessous de 10%. La géothermie restemarginale malgré les potentialités du milieu. (…)

• Philippe Pelletier, « Atlas du Japon », p 41, Autrement 2008.

Le poids de la production électronucléaire dans le monde, au Japon et en France:

Production en Mtep

d’électricité nucléaire:

1999 2009

Part dans la production énergétique

mondiale en % (2009).

Part dans la production

électrique de l’électronuclé-

aire en % (2009):

Monde 571,1 610,5 100 16

Japon 71,9 62,1 10,2 25

France 89,2 92,9 15,2 76

BP, Statistical Review of World Energy full report 2010.Bertrand Barré, Atlas des énergies, Autrement, 2007.

http://www.statistiques.equipement.gouv.fr/rubrique.php3?id_rubrique=452

Quelle est la place de l’énergie nucléaire au Japon? Pourquoi celle-ci a-t-elle un statut particulier depuis la Seconde Guerre mondiale?Comment évolue cette production au Japon ces dernières années? Pourquoi?Comparez avec le Monde et la France.

Les centrales nucléaires au Japon:

Ces deux cartes localisent les densités de population et les différentes centrales nucléaires au Japon.

Où les centrales électronucléaires sont elles localisées? Quelles sont les contraintes que les japonais connaissent pour produire leur énergie?

Elles se situent sur les littoraux, souvent sur le Japon de l’envers sans doute dans un souci de sécurisation de la mégalopole située sur le Japon de l’endroit. Cette activité nécessite de grandes masses d ’eau pour le refroidissement des réacteurs qu’ils ne peuvent trouver qu’en bord de mer n’ayant pas de grand fleuve.

Contraintes de place, de relief, de ressources…

http://www.criirad.org/

Le séisme du 11 mars 2011:

Un séisme de très fortemagnitude s'est produit le 11 Mars 2011 à05h46 UTC, au large de la côte est de l'île deHonshu, dans la partie nord du Japon. Samagnitude de moment Mw est estimée à8.9, ce qui en fait un des séismes les pluspuissants enregistrés depuis une centained'années, et le plus fort enregistré au Japon.L'épicentre est situé à 450km au nord-est deTokyo, capitale du Japon, et 160km à l'est dela ville de Sendai. Il a été suivi par un nombretrès important de répliques, les plus fortesatteignant la magnitude 7.

Contexte sismotectonique duséisme du 11 Mars 2011. L'épicentre du chocprincipal est figuré par une étoile. Les rondsorangés correspondent aux épicentres desrépliques pendant les 24h qui ont suivi lechoc principal. La sismicité dans les 2 joursavant le choc principal est figurée par lesronds violets. La zone en mauve montrel'extension approximative de la zone derupture. Celle-ci s'est produite sur la zone desubduction plongeant vers l'ouest sous l'îlede Honshu et arrivant en surface au niveaude la fosse du Japon.

http://www.ipgp.fr/pages/040117.php

Le tsunami qui résulte du séisme du 11mars 2011:

Ce séisme à rompuune portion de l'ordre de 500kmde la zone de subductionplongeant sous le Japon, entre lesplaques Pacifique et la micro-plaque d'Okhotsk. Le glissementcosismique sur la zone de faille aprobablement dépassé les dixmètres. La rupture s'est étendueau sud jusqu'à la région de Tokyo.Ce séisme a généré un tsunamidestructeur qui a ravagé la côteest de Honshu et s'est propagéensuite à travers tout l'OcéanPacifique en s'atténuantprogressivement.

Pour visualiser la propagation du tsunami:http://www.youtube.com/user/NOAAPMEL?feature=mhum#p/c/3/PBZGH3yieLc

http://www.noaa.gov/

Que s’est-il passé le 11 mars 2011 au large du Japon?Quelles en sont les conséquences?Revenez sur la diapositive n°4, pourquoi cette catastrophe éclaire d’un nouveau jour la localisation des centrales nucléaires?

Site nucléaire de Fukushima Daiichi, petite échelle:Sur cette image, décrivez le site dans lequel les ingénieurs ont installé cette centrale, que recherchaient-ils comme caractéristiques?Il s’agit d’un site relativement isolé. Cette position littorale leur permet d’accéder en abondance à de l’eau de refroidissement. On peut observer au passage que la centrale est installée sur la terre ferme et non sur un terre-plein comme souvent au Japon sans doute par exigence de stabilité. On peut voir aussi que la plaine côtière est étroite et que les montagnes ne sont pas loin dans les terres à l’Est.

Site nucléaire de Fukushima Daiichi, échelle moyenne:Comment est installée la centrale par rapport au niveau moyen de la terre ferme? Pourquoi? A l’aide de cette vue, relevez les dispositifs de défense contre les tsunamis. Ont-ils été suffisants le 11 mars 2011? Ce site nucléaire est littéralement posé sur l’eau afin de pouvoir pomper aisément l’eau de refroidissement. Des digues permettaient de « réguler » la houle et normalement de faire barrage contre un éventuel raz de marée. Ces dispositifs ont été insuffisants et les installations ont été envahies par les vagues d’environ 10 mètres du 11 mars.

La centrale de Fukushima Daiichi dans son contexte littoral: on peut, sur ce document, que l’usine est « posée » sur l’eau. Les décaissements nécessaires à son installation son visible

derrière les bâtiments dans le flanc du littoral. Les dispositifs de lutte contre les vagues étaient dimensionnés pour une hauteur de 6 m maximum.

Fonctionnement d’un réacteur à eau bouillante:http://fr.wikipedia.org/wiki/Centrale_nucl%C3%A9aire_de_Fukushima_Daiichi

http://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9acteur_%C3%A0_eau_bouillante

La centrale nucléaire de Fukushima-Daiichi (福島第一原子力発電所, Fukushima Dai-ichiGenshiryoku Hatsudensho?), aussi dénommée centrale nucléaire de Fukushima 1, est l'une des 25 plus grandes centrales nucléaires au monde.

Elle est située sur le territoire de la ville de Okuma, dans la préfecture de Fukushima, au bord de l'océan Pacifique sur la côte est de l'île de Honshū (la principale île du Japon), à environ 225 km au nord-est de Tokyo (35 millions d’habitants.)

C'est la première centrale japonaise à avoir été entièrement construite et exploitée par la Compagnie d'électricité de Tokyo (TEPCO), de même que la centrale nucléaire de Fukushima Daini, sa « sœur », située douze kilomètres plus au sud.

La centrale comprend 6réacteurs à eau bouillante (REB) construitspar trois constructeurs différents entre1970 et 1979. Les 3 réacteurs les plusanciens ont été fournis par GeneralElectric, quant aux 3 autres ils ont étéconstruits par Hitachi et Toshiba. Sur cettephoto nous voyons la centrale au début deson exploitation en 1975.

Comment le Japon a-t-il obtenu latechnologie du nucléaire civil? Quels ensont les enjeux?

Fonctionnement d’un réacteur à eau bouillante:Un réacteur à eau bouillante ou REB (en anglais BWR pour boiling water reactor) est un type de réacteur nucléaire de puissance actuellement utilisé dans certaines centrales nucléaires électrogènes américaines, japonaises, allemandes, suédoises, finlandaises, russes, et suisses notamment.

Il s'agit d'un réacteur à neutrons thermiques dans lequel le modérateur est l'eau ordinaire. Le parc mondial des réacteurs électrogènes à eau ordinaire se partage entre les deux catégories principales suivantes:

Les réacteurs à eau sous pression REP pour les trois quarts (France en particulier)Les réacteurs à eau bouillante pour le quart restant.

Comment fonctionne une centrale électronucléaire, quels sont ses besoins vitaux?

Grande échelle, schéma fonctionnel basique de la centrale de Fukushima 1:

Les 4 tranches correspondant aux réacteurs nucléaires.Générateurs d’électricité et moyens techniques nucléaires. (pompes, turbines, condenseurs…)

Entrée de l’eau océanique pour le refroidissement. Eau chaude évacuée vers l’océan.Electricité produite envoyée vers l’ensemble de l’île de Honshu, la mégalopole et

surtout Tokyo

Le séisme du 11 mars 2011 et ses conséquences:

• Exemple de vidéo montrant la puissance des flots

• http://www.guardian.co.uk/world/video/2011/mar/14/japan-tsunami-amateur-footage-video

• Explosions à la centrale de Fukushima:

• http://www.youtube.com/watch?v=90BIuQmzFfI

• Le fonctionnement basique d’une centrale telle que Fukushima Daiichi:

• http://www.youtube.com/watch?v=bW-R-LarTnw

Fukushima 1 après le séisme et le tsunami du 11 mars 2011: compte tenu de l’encaissement de la centrale au bord de l’Océan, par observation visuelle on peut

supposer que le tsunami a sans doute submergé ce littoral jusqu’au trait jaune.

Le séisme et les dispositifs de sécurité:• Le séisme et le tsunami, qui a noyé les circuits de refroidissement, ont

provoqué une crise inquiétante sur les réacteurs 1 et 3 de la centrale nucléaire de Fukushima (250 km au nord-est de Tokyo). Quelles sont les causes possibles de cet accident? Les scénarios envisageables ? Et les conséquences?

• Q: Comment est protégé le réacteur d'une centrale nucléaire ?• R: La matière radioactive est séparée de l'environnement par trois

barrières: le «crayon» qui enveloppe l'uranium (sous forme de pastilles); la cuve et enfin l'enceinte de confinement. Au Japon, elle est constituée d'un «liner», ou «peau métallique», ancré dans des parois en béton et fermé d'un couvercle. Ce liner est muni de capteurs.

• Q: Que se passe-t-il en cas de séisme comme au Japon?• R: Dès qu'une secousse est détectée, les capteurs déclenchent des barres

constituées de matériaux «neutrophages» qui s'insèrent automatiquement dans le réacteur et évitent la propagation de la réaction nucléaire. Le réacteur est de facto à l'arrêt. Cette première parade a très bien fonctionné au Japon. Cependant, la réaction nucléaire continue à un niveau beaucoup plus faible et il faut alors refroidir le réacteur. Mais le système principal et celui de secours ont été vraisemblablement endommagés par le séisme.

Toit du réacteur n°1 endommagé par l’explosion:http://www.youtube.com/watch?v=OpY_nOxL6HU

Les conséquences du tsunami:• Q: Pourquoi injecte-t-on de l'eau de mer?• R: Le tsunami qui a envahi la région a endommagé les circuits de

refroidissement et les circuits de secours (diesel). Les réacteurs ont continué à chauffer, avec des températures de l'ordre de 1.000 degrés. Les barres de combustibles se trouvent alors partiellement émergées (des trois-quarts dans la nuit de dimanche sur le réacteur numéro 3) et ont commencé à se dégrader. Les opérateurs japonais ont alors injecté de l'eau de mer borée - le bore étant un élément chimique qui absorbe les neutrons et freine la réaction nucléaire.

• Q: A quoi est due l'explosion du réacteur numéro 1 ?• R: Une réaction chimique due à la dégradation des barres de

combustibles et à la baisse du niveau d'eau a provoqué la production d'hydrogène: c'est lui qui a vraisemblablement déclenché l'explosion quand il s'est répandu dans l'enceinte de confinement. Un scénario similaire était susceptible de se reproduire dimanche dans le réacteur numéro 3.

• Les opérateurs ont alors libéré une partie des gaz contenus dans l'enceinte de confinement, mélange de vapeur d'eau, d'éléments radioactifs -césium, iode radioactif, crypton...- et d'hydrogène.

Sur cette image aérienne de la centrale « sœur » de Fukushima Daïni (12km plus au sud), on voit distinctement que les dispositifs de refroidissement ont

cessé de fonctionner depuis le tsunami.

• Q: Qu'est-ce qu'une fusion au sein d'un réacteur ?• R: La fusion correspond à la surchauffe du combustible qui

commence à fondre et à couler, comme une bougie. Il devient alors difficile à refroidir et les gaines qui retiennent les produits radioactifs se désagrègent à leur tour. Les produits radioactifs risquent de passer dans l'eau qui circule théoriquement en circuit fermé.

• (Sources contactées par l'AFP: Jean-Mathieu Rambach, ingénieur expert en génie civil et Jérôme Joly, directeur de l'expertise nucléaire à l'Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN); Olivier Gupta, directeur-général de l'Autorité de Sûreté du nucléaire (ASN); et Bertrand Barré, conseiller scientifique chez Areva.)

• http://www.cyberpresse.ca/international/dossiers/seisme-au-japon/201103/13/01-4378793-japon-la-centrale-nucleaire-de-

fukushima-en-dix-questions.php

Aire d’évacuation autour Fukushima 1 de 20 km: 140 000 habitants ont du quitter leurs habitations compte tenu des risques liés à une éventuelle contamination de

l’environnement « immédiat » par la centrale de Fukushima.

Pourquoi peut-on dire que les habitants de cette région subissent une triple catastrophe, avec quelles conséquences?

Source:http://www.nytimes.com/interactive/2011/03/12/world/asia/the-explosion-at-the-japanese-

reactor.html

Le système de refroidissement desréacteurs n°1 et n°3 de la centrale deFukushima Daiichi tombe en panneaprès le tremblement de terre. Leréacteur n°1 est alors touché par uneexplosion samedi.

Les réacteurs en fonctionnements’arrêtent automatiquement pendantle séisme de vendredi. Mais samedi,les officiels japonais annoncent qu’on atrouvé du césium 137 et de l’iode 131a proximité du réacteur n°1 indice dedégâts sur les barres de combustible.(sorties de l’eau après le séisme.)

Ce schéma montre les caractéristiques d’un réacteur à eau bouillante comme celui qui a été frappé par la première explosion. Dans le réacteur, l’eau se transforme en

vapeur, celle-ci fait tourner des turbines qui produisent de l’électricité.

Deuxième enceinte de confinement.

Première enceinte de confinement.

Piscine à combustible.

On peut souligner que ce diagramme a été fourni par General Electric constructeur de 3 des 6 réacteurs de Daiishi Fukushima.

L’hydrogène peut être la cause de l’explosion, il adu être évacué, ventilé pour permettre au réacteurde se refroidir. Ce gaz peut être produit lorsque lavapeur se trouve en contact avec les barres decombustible hors de l’eau.

Le tore est un réservoir circulaire rempli àmoitié avec de l’eau utilisée pour soulager la pressiondans le réacteur. Une libération rapide de la pressionvenant du réacteur est une autre explication possiblede l’explosion.

La première enceinte deconfinement est constituée d’acier etde béton. Dans le cas d’une fusion, ilest difficile de savoir combien dematériaux, de substancesradioactives peuvent s’échapper.Dans la nuit de samedi, le caisson duréacteur n°1 était annoncé commeintact.

L’explosion de samedi a détruit le toit et une partie des murs de la seconde enceinte de confinement. Les spécialistes noient le réacteur avec de l’eau de mer (et probablement

du bore) pour recouvrir les barres de combustible qui peuvent fondre.

Dimanche, les autorités japonaises annonçaient que le système de refroidissement du réacteur n°3 était en panne les forçant à relâcher de la vapeur radioactive. Lundi après-midi au Japon, une explosion du bâtiment du réacteur n°3 était rapportée.

Les premières conséquences du séisme et des accidents de Fukushima:• A court terme: Conséquences humaines et matériels à

chiffrer mais dors et déjà considérables, des victimes qui se comptent en milliers, populations réfugiées, pénurie d’électricité, société développée vulnérable, juste à temps et système productif japonais gelés, économie paralysée pour plusieurs jours, pénuries d’électricité.

• A long terme: Traumatisme et deuil de la société japonaise. Reconstruction coûteuse dans un pays déjà endetté à hauteur de deux fois son PIB. Renforcement de la culture de prévention des risques, limites de cette politique?

• Quelles émissions réelles, quelle est l’ampleur de cette accident/catastrophe en cours? Débat sur le nucléaire à nouveau d’actualité, remise en cause d’une relance nucléaire mondiale (place de la France)?…

Fukushima Daiichi le 14 mars au soir:

Source: digital globehttp://www.digitalglobe.com/index.php/27/Sample+Imagery+Gallery

Vue de la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi, où les bâtiments des réacteurs 1 (à gauche) et 3 (à droite, d'où s'échappe de la fumée) ont explosé.

Quelques sources supplémentaires:

• Les échelles des problèmes nucléaires et les critères de classement:

• http://www.irsn.fr/FR/base_de_connaissances/Installations_nucleaires/La_surete_Nucleaire/organisation_surete_nucleaire/echelle-ines/Pages/1-criteres-classement.aspx?dId=bf05aae5-1e09-47c7-8cd1-270dc4d97ea4&dwId=c0251e19-8485-4ebd-b130-053ac289c121

• Une simulation des émanations et du parcours des bouffées radioactives:

• http://www.aeronomie.be/fr/actualite/nouvelles.htm• Pour leurs animations infographiques de qualité:• www.lemonde.fr• http://global.nytimes.com/