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Risques de rejet radioactif lors de transports routiers

Résumé :

Deux études diffusées par les associations Greenpeace en mars et Wise en février estiment qu'en cas d'accident, un colis FS47 pourrait rejeter 600g d'oxyde de plutonium et donc causer d'importants dégâts sanitaires.
Or, les autorités françaises, sur proposition de l'IRSN, ont retenu un rejet à 0,07g d'oxyde de plutonium pour dimensionner les plans de secours en cas d'accident de transport. Pourquoi cette différence ?
Parce que les études des deux associations ont utilisé des données anciennes qui ne peuvent être transposées aux colis FS47 compte tenu de leur conception.

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Risques de rejet radioactif lors de transports routiers

Plate-forme de transport routier

Le 3 mars dernier, l'association Greenpeace diffusait les résultats d'une étude, commandée au cabinet de consultants Large & Associates (référence 1), relative à l'évaluation des risques associés à divers cas d’accidents ou à des attaques terroristes pouvant affecter des transports d'oxyde de plutonium.

Un autre rapport, diffusé par l'association WISE - Paris en février (référence 2), proposait des scénarios d'accident ou d'attaques terroristes similaires.

Chacun des deux rapports conclut que le risque sanitaire pour les populations est élevé. Toutefois, comme le mentionne le rapport Large & Associates lui-même, il existe un écartimportant (d’un facteur pouvant atteindre 360 000) entre la valeur de la masse maximale d'oxyde de plutonium rejetée en cas d’accident proposée par les rapports précités(600 g par colis ou 10 000 à 25 000 g pour un convoi de 18 colis) et celle retenue par les autorités françaises pour l’élaboration des plans de secours associés aux accidents de transport (0,07 g).

Ce dossier a pour but d’expliciter les raisons de cet écart.


Approche utilisée dans le rapport Large & Associates

L'étude réalisée par le cabinet Large & Associates retient pour les scénarios d'accident extrêmes la défaillance de tous les colis d'un convoi, chaque colis subissant une rupture de son confinement avec rejet de 3,5 % ou 10 % de son contenu d’oxyde de plutonium. La valeur de 10 % est celle considérée dans l'étude de l'US-NRC [1] NUREG 0170 (référence 3) datée de 1977. Le rapport NUREG mentionne que la valeur de 10 % est une estimation de l'enveloppe maximale de la fraction rejetée, déterminée à partir de données expérimentales disponibles. Elle se réfère à des tests effectués avec trois modèles de colis de transport de plutonium représentatifs des modèles utilisés dans les années 1970 (références 4 et 5). Les essais réalisés à l’époque avaient montré qu'à la suite des tests mécaniques (chocs d'énergie correspondant à un impact à 90 km/h) puis d’une épreuve de feu (1100 °C pendant trente minutes sur la moitié de la surface du colis), aucune fuite n'était observée. Par contre, les colis n'étaient plus étanches à l'eau, leurs joints ayant été calcinés lors du feu. De plus, pour des chocs à vitesse plus élevée (jusqu'à 450 km/h), les différents modèles pouvaient perdre respectivement 1,5 %, 6 %, voire la totalité de leur contenu. Les trois modèles de colis étaient de petites dimensions avec des masses à vide comprises entre 23 et 136 kg.

Les valeurs de relâchement précitées sont donc issues d'essais de choc sur des cibles planes à vitesse très élevée portant sur des colis d’un gabarit nettement inférieur à celui du colis FS 47. Ces valeurs étaient destinées à l'évaluation d’une enveloppe du risque induit par une large gamme d’accidents, y compris ceux de sévérité supérieure à celle des épreuves réglementaires, dans le but notamment d’évaluer l’adéquation des règles en vigueur.

Le colis FS 47 a une masse de 1750 kg, soit 13 à 76 fois plus que les colis testés aux USA : il a donc été conçu pour absorber, dans les conditions des épreuves réglementaires, une énergie plus élevée en proportion et il résiste à des efforts d’écrasement plus importants. De ce fait, les résultats des études ayant conduit l’US-NRC à retenir un taux de rejet de 10%, n’apparaissent pas directement transposables au cas du colis FS 47.


Approche française relative aux colis FS 47

Dans le cadre de l’élaboration des plans de secours associés aux accidents de transport, l’IRSN a examiné le cas particulier du colis FS 47.

Les expertises effectuées dans le cadre de la procédure d’agrément du modèle de colis FS 47 ont montré que les performances de ce colis satisfont aux exigences de la réglementation française, reprises des recommandations pour la sûreté du transport des matières radioactives élaborées par l'Agence Internationale pour l'Énergie Atomique (AIEA). Dans ces conditions, ces colis résistent, sans perdre leurs fonctions de sûreté, aux épreuves successives suivantes :

  • chute d'une hauteur de 9 mètres sur une surface indéformable, puis d'une hauteur de 1 mètre sur un poinçon ;
  • feu de 800 °C totalement enveloppant d’une durée de 30 minutes ;
  • immersion à 0,9 mètre de profondeur pendant 8 heures.

 

L’étude réalisée par l’IRSN pour déterminer le rejet maximal envisageable à considérer pour la protection des populations en cas d’accident de transport a retenu des situations d’accident plus sévères que les épreuves imposées par la réglementation (cf. référence 6).

Elle s’est appuyée sur les résultats d’un programme d’étude pluriannuel que l’IRSN a effectué entre 1994 et pour caractériser les performances des colis, ainsi que sur les études de risques effectuées en préalable au retour de plutonium vers le Japon (cf. annexe).

L'étude a ainsi tenu compte de la configuration particulière du colis FS 47 qui assure quatre barrières de confinement métalliques successives de l’oxyde de plutonium. Il a en particulier été montré qu’en cas d'impact dans des conditions d’accident réalistes (impact à 70 km/h sur diverses cibles métalliques,impact à 113 km/h sur une dalle de béton armé), il n’y avait pas de défaillance du confinement de l’oxyde de plutonium. De même un essai de longue durée complété par des simulations numériques a montré la tenue du confinement pour des durées de feu de plusieurs heures à 1 000 °C.

C’est pourquoi l’IRSN estime qu’un accident de transport ne peut pas conduire à une brèche dans le colis. Le rejet d’oxyde de plutonium lors d’un tel accident ne pourrait résulter que de la perte d’efficacité du joint d’étanchéité de l’emballage en cas d'incendie de longue durée, associée à une dégradation des trois barrières de confinement internes.

La valeur de 0,07g d'oxyde de plutonium retenue comme valeur maximale pouvant être rejetée en cas d’accident correspond ainsi à un scénario avec collision d’un convoi de colis FS 47 et d’une citerne d'hydrocarbure, suivie d’un incendie de longue durée. La collision serait à l’origine d’une dégradation partielle des barrières de confinement internes ; cette dégradation serait à l’origine de la remise en suspension de poudre d’oxyde de plutonium dans la cavité de l’emballage. Sur la base des résultats d’une expérimentation (cf. référence 7) permettant de définir une concentration enveloppe des aérosols de plutonium dans cette cavité, le rejet de 0,07 g correspond à la dépressurisationde celle-ci survenant après plusieurs heures d’incendie au moment de la dégradation du joint de l’emballage. Un telscénario couvre le cas d’un accident survenant dans un tunnel routier.


Références :


  1. Rapport Large & Associates, Potential radiological impact and consequences arising from incidents involving a consignment of plutonium dioxide under transit from COGEMA La Hague to Marcoule/Cadarache, R3108-A6, 2 mars.
  2. Rapport WISE-Paris, Les transports de l’industrie du plutonium en France – Une activité à haut risque, février.
  3. Etude US-NRC, Final environment statement on the transportation of radioactive material by air and other modes - NUREG 0170, décembre 1977.
  4. Séminaire AIEA sur la conception, la construction, et la qualification des emballages de transport des matières radioactives, Special tests of plutonium shipping containers, Bonzon and McWhirter, IAEA-SR-10/22, Vienne, août 1976.
  5. Séminaire AIEA sur la conception, la construction, et la qualification des emballages de transport des matières radioactives, Container damage correlation with impact velocity and target hardness, Bonzon and Schamaun, IAEA-SR-10/21, Vienne, août 1976.
  6. Communication IRSN, Reflex safety distances to be implemented in the event of a transport accident involving radioactive material, IAEA-CN-101/107, juillet.
  7. Communication UKAEA, Leakage of radioactive powders from containers, Curren and Bond, PATRAM’80 proceedings, pages 463 à 471, novembre 1980.

ANNEXE - ETUDES DE L’IRSN SUR LES PERFORMANCES DU COLIS FS47

Etudes mécaniques [2]

Concernant la résistance mécanique des colis, la réglementation prévoit différentes épreuves selon le type de colis. Pour les colis utilisés pour le transport terrestre ou maritime d’oxyde de plutonium, il s’agit essentiellement d’une chute libre d’une hauteur de 9 mètres sur une cible plane indéformable. La vitesse d’impact est de l’ordre de 13 m/s ou 50 km/h, mais le choix d’une cible indéformable assure d’importantes marges de sécurité ; dans un cas réel, la cible et les éléments environnant le colis (châssis, surconteneur, plate-forme du véhicule) ne sont pas indéformables et l’impact cause d’autant moins de dommages au colis que la rigidité de la cible est faible.

L’IRSN a réalisé une étude numérique pour simuler le comportement mécanique des colisFS47 utilisés pour le transport d’oxyde de plutonium lors d’accidents choisis parmi les plus graves pouvant se produire lors d’un transport. Trois types de cibles ont été considérées : différentes structures métalliques, une structure en béton armé et un colis du même type.

Dans les cas de chute sur une structure métallique (palée de grue, fond de navire, flanc de navire), les dégâts causés à l’emballage FS47 n’affecteraient pas son étanchéité, même dans le cas d’une chute d’une hauteur de 19 mètres sur le fond d’un navire (vitesse d’impact de l’ordre de 70 km/h). Par contre, le râtelier, dans lequel les emballages FS47 sont disposés pendant leur transport, se comporterait comme un amortisseur et serait fortement déformé.

Des simulations ont été effectuées pour différentes configurations de chute d’un colis FS47 sur une structure en béton armé représentative d’un quai de chargement de navire, d’une hauteur de 8 mètres. Les résultats obtenus montrent que les dommages causés à l’emballage n’affecteraient pas son étanchéité, mais que le colis endommagerait la dalle de revêtement du quai en pénétrant de 200 mm dans celle-ci. De plus, il a été déterminé par calcul que, pour une hauteur de chute de 50 mètres, l’endommagement du colis serait comparable à celui résultant d’une chute de 9 mètres sur une cible indéformable.

Les simulations de l’impact d’un colis FS47 en position verticale ou inclinée sur un autre colis FS47 en position verticale montrent que le capot amortisseur et le râtelier du colis cible seraient fortement endommagés. Dans la première configuration, la partie supérieure du couvercle de l’emballage FS47 cible resterait intègre pour une hauteur de chute de 16 mètres ; pour la deuxième configuration, le système de fermeture n’est fortement sollicité qu’à partir d’une hauteur de chute de 10 mètres.


Études thermiques [3]

Le colis FS47 a fait l’objet d’études expérimentales et numériques concernant son comportement dans des conditions de feu plus sévères que celles prévues par la réglementation (feu totalement enveloppant à 800 °C pendant 30 minutes).

Ainsi, un essai de feu a été mené en novembre 1993 sur un spécimen en vraie grandeur, instrumenté de thermocouples. L’essai a été réalisé avec du fioul domestique pour obtenir une température de 800 °C et a duré 3 heures 25 minutes. L’expertise a montré que l’étanchéité de l’emballage était conservée à l’issue de l’essai. La réalisation de cet essai avait été décidée dans le cadre des études préalables au transport d’oxyde de plutonium vers le Japon en 1992 pour répondreaux questions posées quant à la tenue du colis FS47 en cas d’incendie de longue durée à bord d’un navire.

Par la suite, l’IRSN a mis au point un code de calcul dénommé THERMX-PROTEE permettant de simuler le comportement des matériaux de protection à base de plâtre et les transferts d’énergie au sein de ces matériaux par vaporisation de l’eau présente initialement dans le plâtre et recondensation sur des parties plus froides. Ce code a été validé à l’aide de différents résultats expérimentaux, notamment ceux de l’essai de feu de 3 heures 25 minutes cité ci-dessus.

Des calculs ont été menés en vue de déterminer les durées de maintien de l’étanchéité de l’emballage FS47 en cas d’incendie sur la base d’une température limite applicable au type de joint d’étanchéité équipant l’enveloppe de confinement du colis (la plus externe des quatre barrières de confinement de l’oxyde de plutonium). Selon la nuance du matériau du joint, EPDM (pour assurer une tenue aux basses températures à partir de – 40 °C et jusqu’à 180 °C en pointe) ou Viton (pour une tenue à partir de – 27 °C et jusqu’à 250 °C), les durées évaluées de maintien du confinement en cas d’incendie à 800 °C sont respectivement 5 heures 30 minutes et près de 10 heures (pour un feu à 1000 °C, respectivement 4 heures et 7 heures).


[1] Nuclear Regulatory Commisssion, autorité de sûreté américaine

[2] Rapport Scientifique et Technique IRSN,, Simulations du comportement mécanique de colis de transport de matières radioactives en cas de chutes sur cibles réelles. Vallée, Piot, pages 102 à 108.

[3] Numerical study of the thermal behaviour of packages subjected to fires of long duration. Chalon, Héritier, Duret, PATRAM’98 Paris, pages 1773 à 1780.