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N°28
GSIEN - FICHE TECHNIQUE N° 29
analyse comparée de quelques études
sur l'estimation des conséquences radiologiques d'un accident grave de réacteur nucléaire
INTRODUCTION, CONCLUSION ET RÉSUMÉ DES RÉSULTATS
 Voir également la page dédiée au suivi du séisme du 11 mars 2011 au JAPON...
INTRODUCTION
      La présente étude trouve son origine dans les questions que se sont posés un certain nombre de scientifiques en constatant l'écart, parfois considérable, qui sépare des résultats de différents rapports ayant chacun pour objet l'estimation des conséquences d'un accident grave de réacteur nucléaire. Ces écarts sont d'autant plus surprenants que les auteurs de ces rapports s'étaient tous placés dans des hypothèses de départ identiques ou comparables: nature de l'accident, puissance du réacteur et durée de fonctionnement au moment de l'accident, conditions météorologiques pendant la dispersion des produits radioactifs dans l'atmosphère.
     C'est ainsi que la zone mortelle, due au passage du nuage radioactif consécutif à la fusion complète du cœur et à la perte du confinement d'un réacteur de 3.200 MWth (environ 1.000 MWe) a la forme d'un ovoïde dont les dimensions sont, d'après le rapport de 1976 de l'Institut de Sûreté des Réacteurs de Cologne COL[2] de plus de 100 kilomètres de long et 12 kilomètres de large. Ces dimensions se réduisent dans le rapport Rasmussen RSS[3] à 10 kilomètres de long et quelques centaines de mètres de large. On peut donc passer, suivant les rapports, d'une catastrophe apocalyptique, à un accident grave mais de dimension limitée.
     Notre étude a pour objet l'analyse comparée d'un certain nombre de ces rapports, plus particulièrement les deux précédemment cités. EIle ne prétend pas démontrer que l'un ou l'autre est plus proche de la réalité mais se veut seulement un essai d'explication de leurs différences. Cependant nous avons pensé devoir souligner en plus, chemin faisant, certains choix des modèles de calcul et des valeurs des paramètres faits dans ces rapports. Certains de ces choix, relativement à ceux qu'on peut faire en l'état actuel de nos connaissances, apparaissent en effet comme étant optimistes, c'est-à-dire de nature à sous-estimer les conséquences de l'accident; d'autres se déclarent, et parfois faussement, pessimistes (ou conservatifs selon le terme anglais).		      Il convient, de plus, de noter que ces connaissances se réduisent à des données établies par des chercheurs, qui sont certes d'abord des scientifiques, mais n'en dépendent pas moins matériellement pour la plupart, de l'industrie nucléaire publique ou privée. Il ne nous appartient pas de juger ici si la tendance délibérée à l'optimisme dans un domaine qui concerne la vie des gens, est criminelle ou non; si l'attitude qui consiste à présenter comme pessimistes des hypothèses en réalité optimistes est une hypocrisie dangereuse ou non. Nous nous sommes bornés à relever dans ces rapports toute sous-estimation relative des dangers et nous laissons au lecteur le soin de juger si cette sous-estimation était délibérée ou non.
     Toutes les études écartent les effets mécaniques d'une explosion de nature nucléaire du réacteur, éventualité qui n'est pas à envisager (du moins pour les réacteurs à neutrons thermiques). Ces études fondent les conséquences de l'accident sur la seule nocivité du nuage radioactif s'échappant de l'enceinte. les conséquences sont très diverses. L'une d'elles, sans équivalent dans aucun autre accident, serait la condamnation pour des décennies et même des siècles d'une vaste étendue de terre. (On peut avoir une idée de l'ampleur de la catastrophe si l'on sait qu'un réacteur peut contenir une quantité de produits de fission de longues périodes équivalente à celle que créerait l'explosion de deux à trois mille bombes de type Hiroshima). Nous nous sommes limités à l'étude des estimations concernant les seules conséquences sur la santé ou la vie des personnes touchées par le passage du nuage radioactif.
     Nous avons comparé ces deux rapports COL et RSS, à une troisième étude GSIEN[1] effectuée à partir de données d'origines différentes de celles qui ont servi à ces rapports. Nous avons utilisé pour réaliser cette étude, exclusivement des données établies ou employées par le C.E.A. français, et publiées dans une documentation à la portée de tout le monde: le cours du génie atomique[7] et les rapports du CEA[8 à 13] qu'on peut consulter dans toute bibliothique scientifique ou commander directement (Service de Documentation, CEN Saclay, BP 2,91190, Gif-sur-Yvette). Ainsi chacun pourra, s'il le désire, vérifier nos calculs[1].
p.3
RÉSUMÉ DE L'ÉTUDE GSIEN 

     Notre propre étude[1] porte sur les conséquences de la fusion complète du cœur et de la perte de confinement d'un réacteur de 3.200 MWth à uranium qui a fonctionné trois ans. Elle repose sur les hypothèses suivantes:
     - Un inventaire en curies des radioéléments présents dans le réacteur, conforme à celui que l'on peut déduire du cours du génie atomique.
     - Des taux de relâchement dans l'atmosphère des produits radioactifs identiques à ceux du rapport COL.
     - La dosimétrie interne (estimation de la dose reçue en rems pour une curie de radioélément inhalé) adoptée par la Commission des Radiations, Comité II[5], en modèle exponentiel (tables 5 et 12 de [5]).
     - Une hypothèse de faible rugosité du sol.
     - Une estimation de la vitesse de dépôt au sol des particules contenues dans le nuage radioactif nulle ou minimale.
     - Des conditions météorologiques (pessimistes) de stabilité de
l'atmosphère identiques à la fois au rapport RSS et au rapport COL, et le vent de 2 m/s du rapport RSS.
     D'après cette étude, la zone où l'irradiation due à la seule inhalation de l'air contaminé lors du passage du nuage radioactif est supérieure à 600 rems (en dose cumulée, après inhalation, sur une durée de contamination interne de 50 ans) à la forme d'un ovoïde, sous le vent du réacteur, de plus de 100 km de long et de 3 km de large. On peut contater que dans ces hypothèses, les estimations du rapport COL sont confirmées en ordre de grandeur.
     Nous avons fait varier certaines des hypothèses précédentes:
     - Si on adopte une rugosité du sol comparable à celle du rapport RSS, et une estimation de la vitesse de dépôt au sol de la version préliminaire[4] de ce rapport, la longueur de cette zone est ramenée à 60 km.
     - Si on adopte pour estimation de la vitesse de dépôt au sol celle de la version définitive du rapport RSS, cette longueur est ramenée à 20 km.
     - Si de plus on utilise la dosimétrie RSS, elle est ramenée à moins de 10 km, c'est-à-dire à peu près la longueur de la zone mortelle du rapport RSS.
     Pour chaque hypothèse, ces résultats, si on veut les considérer en valeur absolue, sont à prendre avec des réserves sur la validité des modèles de calcul et des paramètres utilisés, en particulier ceux de la dispersion dans l'atmosphère pour les grandes distances. Mais ces réserves pouvant être faites dans les deux sens, optimiste ou pessimiste, l'attitude prudente est d'estimer ces modèles et paramètres comme plutôt sous-estimatifs des dangers (le fait que nous les ayons utilisés pour un travail de comparaison ne signifie nullement que nous les accréditions en totalité, et sur certains points même, ils nous sont apparus comme fortement criticables).

CONCLUSION
     Nous pensons pouvoir dire que les différences entre les rapports
Rasmussen et de Cologne proviennent:
     - pour une part assez importante de l'estimation de l'inventaire en curies et des taux de libération,
     - pour une part plus importante de la dosimétrie,
     - pour une part encore plus importante du choix des paramètres de dispersion dans l'environnement.
     Notre étude GSIEN, établie à partir des documents CEA et de la
dosimétrie CIPR 2:
     - confirme l'ordre de grandeur des valeurs d'irradiation du rapport de Cologne COL;

suite:
     - fait apparaître que l'estimation de la vitesse de dépôt au sol, vitesse qui est très mal connue d'après ce que reconnaît le rapport RSS lui-même (réf. 3, p. B-2) influe fortement sur l'estimation de la dispersion à moyenne et grande distance, et que la valeur choisie par RSS est fortement optimiste.
     En résumé, le rapport Rasmussen apparaît comme fortement sous-estimatif des dangers relativement au rapport de Cologne, tant par les hypothèses retenues que par la valeur des paramètres, sur tous les points.
     Il est même fortement sous-estimatif, sur certains points des plus importants, relativement à sa propre version préliminaire.
     Nota: le remplacement sans justification dans la version définitive du rapport Rasmussen de certaines valeurs de paramètres (à première vue anodine mais ayant en fait une grande incidence sur les résultats) par des valeurs plus optimistes ne semble pas avoir été noté par la commission américaine[14] chargée du réexamen de ce rapport.

BIBLIOGRAPHIE
1. G.S.I.E.N. Analyse comparée de quelques études sur l'estimation des conséquences radiologiques d'un accident grave de réacteur nucléaire - II Données, calculs et résultats. GSIEN-Provence - 3, place Victor Hugo, 13003 Marseille, mars 1979. 
2. Etudes comparatives des conséquences des accidents les plus graves susceptibles de se produire dans un centre de retraitement ou une centrale nucléaire. Paru dans Ecologie-Hebdo, suppl. au numéro 264, nov. 1977. 
     KFK 1800 - Nukleare schadstoffe in der nachunfallatmosphäre eines leichtwasser - reactor LXR containments. Kernforschungszentrum Karlsruhe. Juin 1973. 
3. WASH 1400. Annexe VI (Rapport Rasmussen version définitive) US Nuclear Regulatory Commission Reactor Safety Study. An assessment of accident risks in US Commercial Nuclear Power Plants. Oct. 1975. 
4. Draft-WASH 1400 (Rapport Rasmussen version préliminaire) voir par exemple Rev. of Modern Phys. 47, Suppl. n°1.Summer 1975, p.1-111. 
5. Recommandations de la Commission Internationale sur la Protection contre les Radiations. Publication CIPR2 (1959), Paris Gauthier-Villars 1963. 
6. Protection des travailleurs contre les dangers des rayonnements ionisants. Journal Officiel n°1420 (1976). 
7. Cours du Génie Atomique, Tome 1 - PUF 1963. 
8. R. Le Quinio. Evaluation de la diffusion d'effluents gazeux en atmosphère libre à partir d'une source ponctuelle continue. Abaques et commentaires Rapport CEA R 3945 1970. 
9. J. Bessis. Calcul des conséquences radiologiques d'un accident de pile. CEA, R 4136, 1971. 
10. A. Doury. Une méthode de calcul pratique et générale pour les prévisions numériques des pollutions atmosphériques CEA R 4280, 1972. 
11. A. Garnier. Méthodologie d'évaluation des doses la population résultant des rejets radioactifs dans l'atmosphère. CEA R 4781, 1976. 
12. J.M. Quinault. Cartographie prévisionnelle des moyennes à court terme de pollution atmosphérique. CEA R 4837,1977. 
13. M. Grandin. Irradiation externe pendant et après le passage du nuage radioactif CEA R 4844, 1977. 
14. NUREG/CR. 0400 
Risk assessment review group report to the US Nuclear Regulatory
Commission. Sept. 1978. 
15. Pasquill. Atmospheric Diffusion 1962. 
16. Sutra-Fourcade. L'Energie nucléaire: Accidents et incidents. CEA. BIB. 1154, 1969.

p.4
TABLEAU 1
Accident d'un réacteur à uranium de 3.200 MWth, ayant fonctionné au moins trois ans.
Situation météorologique: très stable, vent de 2m/s.
Irradiation en rems d'une personne se trouvant sous le vent du réacteur, sur la ligne de vent passant sous le réacteur.
Organe - RSS: moelle osseuse - COL et GSIEN: corps
HYPOTHESE
 
Vol. air inhalé
10-4 m3/s
Type d'irradiation
Rugosité du sol
Vitesse de dépôt
cm/s
RSS[3]
2,66
11 + 12 + 13
Moyenne
1
COL[2]
3,47
11 + 12 + 13
Faible
0
GSIENa
3,47
11
Faible
0
GSIENb
3,47
11
Moyenne
0
GSIENc
3,47
11
Moyenne
0,2
GSIENd
3,47
11
Moyenne
1
IRRADIATION (en rems)
Distance (km)
1
10
30
100
RSS [3]
3.104
6,5.102
50
-
COL[2]
1,3.106
4,7.104
1,3.104
4,6.103
GSIENa
4,4.105
1,6.104
4,4.103
1,1.103
GSIENb
2,2.105
9,1.103
1,8.103
5,5.102
GSIENc
1,9.105
7,9.103
1,6.103
2,3.102
GSIENd
1,6.105
2,2.103
1,8.102
8
Taux de libération
 
Kr-Xe
I
Cs-Rh
Te-Sb
Ba-Sr
Ru(1)
La(2)
Pu
RSS
0,9
0,7
0,5
0,3
0,06
0,02
0,004
0,004
COL
GSIEN
1
1
0,9
0,25
0,2
0,05
0,01
0,01
(1) Ru, Rh, Co, Mo, Te
(2) La, Y, Zr, Nb, Ce, Pr, Nd.
 
Notes sur le tableau 1

Durée du fonctionnement du réecteur
     - RSS et GSIEN: 3 ans, le combustible étant renouvelé annuellement par tiers.
     - COL: 4 ans, apparemment sans renouvellement du combustible. Pour faire une comparaison cohérente avec RSS et GSIEN, il faut en gros, diviser par 2 les résultats de la colonne COL, pour tenir compte des différences dans l'irradiation du combustible.

Volume d'air inhalé par unité de temps
     - 2,66.10-4 m3/s: homme moyen presque au repos.

      - 3,47.10-4 m3/s: travailleur standard en activité. Ce dernier volume respiratoire peut être encore très sous-estimatif des dangers, si on l'applique à une personne non standard et dans un état d'affolement provoqué par l'accident.

Types d'irradiation
     I1: Irradiation par inhalation de l'air contaminé du nuage. Dans RSS, la dose est calculée pour un temps d'action des radioéléments dans l'organisme, pour la moelle osseuse, de quelques semaines. Le critère de mortalité dans les jours qui suivent l'irradiation est estimé par RSS à 600 rems.

p.5
     Dans COL et GSIEN, la dose est calculée pour le corps, jusqu'à élimination des radioéléments dans l'organisme, ou au maximum 50 ans. On estime à une forte probabilité la mort, immédiate ou différée, consécutive à une irradiation supérieure à 600 rems.
     I2: Irradiation externe due au rayonnement du nuage.
     I3 : Irradiation externe due au rayonnement du sol contaminé, pour un certain temps de séjour sur celui-ci. Ce temps est de 24 heures dans RSS. On ignore si les deux dernières irradiations sont prises en compte dans COL, mais s'il en est ainsi, le calcul montre que ce temps ne doit pas excéder 24 heures.

Dispersion atmosphérique - Rugosité du sol, vitesse de dépôt
     Le modèle de diffusion atmosphérique (gaussien) est le même dans les trois études, ainsi que les paramètres de dispersion. Les différences proviennent des hypothèses faites sur la nature de l'environnement (rugosité du sol), la présence de bâtiments ou de taillis ayant pour effet d'augmenter la dispersion, donc de diminuer la concentration du nuage, et surtout de la vitesse de dépôt au sol des particules radioactives contenues dans le nuage: une vitesse élevée aurait pour conséquence d'augmenter la contamination du sol à courte distance (dans une zone de toute façon mortelle par la seule inhalation de l'air contaminé lors du passage du nuage radioactif). mais aussi de diminuer considérablement la concentration du nuage à moyennes et grandes distances. Une estimation élevée de cette vitesse est donc une hypothèse sous-estimatrice des dangers. Elle est d'autant plus optimiste que cette vitesse est mal connue et qu'on peut même se demander si on est en droit de la prendre en compte, les expériences de mesure de dépôt ayant été faites sur des particules électriquement neutres, alors que celles du nuage radioactif sont ionisées, ce qui doit contribuer notablement à leur suspension dans l'air.
     Nota: les valeurs d'irradiation indiquées dans la colonne COL sont celles du rapport de Cologne divisées par 2 pour passer de la vitesse de vent de 1 m/s adoptée dans ce rapport, à la vitesse (plus optimiste) de 2m/s du rapport Rasmussen.

Hauteur de libération: 0 mètre
     Les résultats des différentes études présentées ici correspondent à une hauteur de rejet hors de l'enceinte au niveau du sol. Une hypothèse de hauteur non nulle n'entrainerait une diminution significative de la concentration du nuage qu'à des distances inférieures à 10 km, c'est-à-dire dans une zone de toute façon mortelle, et aurait même pour effet d'augmenter, dans le cas de vitesse de dépôt au sol non nulle, la concentration au-delà de cette distance. L'hypothèse de la nullité n'est donc pas sur-estimatrice du danger.
     Remarque: A durée d'irradiation du combustible égale et compte tenu de ce que le rapport de COL a pu prendre en compte les irradiations externes, il y a une bonne concordance entre les résultats de COL et GSIEN-a.

suite:
Notes sur le tableau 2

     La dosimétrie interne pour le corps n'est mentionnée que pour la version préliminaire (4) du RSS. La comparaison directe entre RSS (3) et COL et GSIEN n'est pas possible, RSS abandonnant dans la version définitive le corps comme organe de référence au profit de la moelle osseuse. Cependant la dosimétrie de tous les autres organes ayant été revue en baisse entre les deux versions RSS (surtout ce qui est troublant, pour les radioéléments les plus nocifs). il est probable que RSS est encore plus optimiste pour la dosimétrie de la moelle osseuse dans sa version définitive, qu'il ne l'était pour la dosimétrie du corps dans sa version préliminaire.
     Le fait que l'estimation de la dose 90Sr pour le corps est dix fois plus faible dans RSS que la dose CIPR2 ne peut s'expliquer que, soit par le choix en modèle dosimétrique exponentiel d'une énergie efficace du 90Sr et de 90 Y et d'une période d'élimination biologique du Sr plus optimistes que celles indiquées par la CIPR2, soit par le recours à un autre modèle dosimétrique, dit d'une fonction puissance, plus optimiste que le premier et sur lequel la CIPR2 avait formulé les réserves les plus nettes.
     On notera de plus que 137Cs, 89Sr, 90Sr, 140Ba sont les éléments estimés comme étant les plus nocifs pour le poumon en dosimétrie CIPR2, et qu'ils sont parmi les éléments dont la dose Poumon a été le plus diminuée entre la version préliminaire et la version définitive du rapport Rasmussen.

Tableau 2
Optimisme du rapport RSS relativement au COL
Estimation ou hypothèse
Conséquences
L'activité du réacteur à égalité d'irradiation du combustible, est pour le 90Sr, 2 fois plus faible dans RSS
L'irradiation interne est, en dosimétrie CIPR2 pratiquement divisée par 2
Le taux de libération des alcalino-terreux (dont le 90Sr) est 3,3 fois plus faible dans RSS
L'irradiation interne est pratiquement divisée par 3
Le volume d'air inhalé par unité de temps est pour 90Sr, 10 fois plus faible dans RSS
L'irradiation interne est exactement divisée par 1,3
La dosimétrie interne pour le corps est, pour le 90Sr, 1990Sr0 fois plus faible
L'irradiation interne est pratiquement divisée par 10
Présence de bâtiments sur le parcours du nuage (rugosité du sol)
Cela réduit dans GESIEN la longueur de la zone des 600 rems de plus de 100 à 90km
La vitesse de dépôt au sol des particules radioactives est de 1cm/s dans RSS au lieu de 0
Cela réduit dans GSIEN cette longueur de 90 à 20 km

Optimisme du rapport RSS version définitive[3]
relativement au RSS version préliminaire[4]

Estimation ou hypothèse
Conséquences
La teneur en 90Sr du réacteur est 1,4 foi splu sfaible dans la version définitive
L'irradiation interne est en dosimétrie CIPR2 pratiquement divisée par 1,4
La dose interne poumon est divisée par 4 pour le 137Cs, par 10 pour 89 et 90Sr et par 20 pour le 140Ba
L'organe poumon n'entre pas en compte avec la moelle osseuse comme organe critique
La vitesse de dépôt au sol est multipliée par 5 (1cm/s au lieu de 0,2 cm/s)
Cela réduit dans GSIEN la longueur de la zone des 600 rem de 60 à 20 km
p.6
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