vignette|upright=1.5|Le premier réacteur à être en difficulté sur le site de Fukushima Daiichi était le réacteur (le plus ancien et le moins puissant), situé à droite sur cette photo de 1975 (cliquer pour agrandir). Le réacteur (le second depuis la gauche sur l'image) a ensuite également connu de graves défaillances.
Le , un séisme de magnitude 9 déclenche un tsunami qui dévaste la côte Pacifique du Tōhoku au Japon et provoque l'accident nucléaire de Fukushima : la centrale nucléaire est endommagée, provoquant un défaut de refroidissement, des fusions de cœur dans plusieurs réacteurs puis des ruptures de confinement et d'importants rejets radioactifs. Cet événement entraîne une cascade de conséquences sur les installations de la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi. Quatre des réacteurs sont gravement endommagés (considérés comme définitivement arrêtés dès , et les deux autres un peu plus tard). Une partie de la centrale est détruite. Des travaux de déblai, d'accès et de construction se succèdent sur un site durablement pollué. En 2020, il était prévu d'entamer fin 2021 les travaux préparatoires au démantèlement des installations du réacteur , en espérant pouvoir achever ce démantèlement dans les 30 à 40 ans suivant l'arrêt du réacteur.
Durant et après l'accident, la catastrophe a été analysée par de nombreux experts, dans de nombreux pays. Ceci contribue au retour d'expérience, important pour la conception et l'exploitation des installations nucléaires, notamment en termes de renforcement de la robustesse et redondance des équipements, en termes de formation des intervenants à des situations inhabituelles et extrêmes.. En 2015 Jean-Christophe Niel (Directeur Général de l'Autorité de sûreté nucléaire) insistait aussi sur l'utilité de ce travail pour une révision de l'Martin C, Portelli A., Afrouss A & Niel JC (2015). L'accident de Fukushima Dai Ichi-F ; Le récit du directeur de la centrale (Vol. 1) Mines Paritech / Presse des Mines ; sous la direction de F Guarnieri ( directeur de recherche, directeur du Centre de recherche sur les Risques et les Crises de MINES ParisTech ; PSL Research University.) ; Collection Libres opinions, préfacé par Jean-Christophe niel (Directeur Général de l'Autorité de sûreté nucléaire) |url= https://www.researchgate.net/profile/Aurelien-Portelli/publication/275334206_L'accident_de_Fukushima_Dai_Ichi_Le_recit_du_directeur_de_la_centrale_Volume_I_-_L'aneantissement/links/5537cb030cf226723ab49dc2/Laccident-de-Fukushima-Dai-Ichi-Le-recit-du-directeur-de-la-centrale-Volume-I-Laneantissement.pdf.
Radioactivité des bâtiments des réacteurs qui ont partiellement fondu Fin 2020, la presse révèle que la radioactivité à l’intérieur des bâtiments des réacteurs les plus endommagés avait été sous-estimé, elle serait d'environ 10 sieverts par heure. Selon l'Autorité de régulation nucléaire japonaise (NRA), . ce qui pose un défi au processus de démantèlement global du site.
Le couvercle de l'enceinte du réacteur n° 1 a glissé et a été endommagé par l'explosion d’hydrogène, laissant échapper beaucoup de césium 137, faisant que moins de matière radioactive semble s'y être attachée (0,16 pétabecquerels estimés, soit bien moins que pour les bouchons des réacteurs n°2 et n°3 où une radioactivité de 20 à 40 pétabecquerels a été mesurée, qui serait due au césium, qui a contaminé le bouclier (entre ses couches supérieure et moyenne dans le bouclier n°2).
Mi-, après qu'un robot sur chenille ait foré un trou de 7 cm de profondeur dans la partie supérieure du bouclier, il a pu y introduire un dosimètre pour évaluer la radioactivité dans l'épaisseur du tiers supérieur du bouclier. L’Autorité de Régulation Nucléaire japonaise a alerté sur le fait que des taux de radiation de 1,2 sieverts/heure (niveau létal pour l'homme) ont été mesurés près de la surface du couvercle de réacteur n°2 et 1. Selon l'Agence, ceci pourrait faire reconsidérer le processus envisagé de décontamination du site. Ces boucliers (150 tonnes chacun) sont des disques de 12 m de large et 60 cm d'épaisseur, composé de trois couches superposées de bétons spéciaux formant un blindage antiradiation en cas d'accident du cœur du réacteur. Ce niveau de radioactivité accroit les risques pour les opérateurs du démantèlement, la population et l'environnement, car (très volatiles et capables de pénétrer les poumons et passer dans le sang) risque d'être générée. Des essais de nettoyage au laser, avec simulation de piégeage (par brumisation pulvérisation conjointe d'eau) des particules radioactives générées par le décapage-laser et la découpe-laser ont été faits à l'Université de Tokyo.
La catastrophe nucléaire
Le , après une tripleMoreau, R. (2011). La triple catastrophe japonaise du 11 mars 2011. Assurances et gestion des risques, 79(1-2), 161-179 catastrophe : le séisme, peu après la principale secousse, induit l'arrêt automatique des réacteurs 1, 2 et 3 (par insertion des grappes de commande dans les cœurs, freinant la réaction de fission par absorption des neutrons). Le tremblement de terre a cependant détruit des lignes d'alimentations électriques externes des réacteurs. Ceci induit alors le démarrage des groupes électrogènes de secours (à moteur diesel) pour alimenter les pompes de refroidissement2. le tsunami généré par le séisme a notamment noyé les groupes électrogènes, ce qui a rendu inopérant divers systèmes de mesure essentiels, ainsi que les mécanismes de pilotage des vannes.
En raison des dégâts matériels, les conditions de gestion de la centrale, y compris dans les salles de commande deviennent difficiles, de même que la communication entre ces salles de commande et la cellule de crise mise en place dans la centrale. Les ingénieurs chargés du pilotage des réacteurs et de la centrale n'ont plus accès à certaines mesures et indicateurs et reçoivent des informations erronées ou incomplètes de la part des chefs de quart, faisant qu'après une suite de défaillances techniques, ils ne détectent pas l'arrêt automatique de l'IC du réacteur n°1, la défaillance du RCIC du réacteur n°2 (après trois jours de fonctionnement) ni l'arrêt volontaire du HPCI du réacteur n°3 (en prévention d'une défaillance à venir) ce qui a conduit à une interruption du refroidissement des combustibles, avant même que l'exploitant ne dispose d'une évaluation correcte de l'état de chaque réacteur .
Du 12 au les bâtiments de ces réacteurs subissent des explosions d'hydrogène. Les bâtiments 1, 3 et 4 sont très endommagés, tout comme les cuves des réacteurs 1, 2 et 3Le Figaro - Schéma de l'état des réacteurs, en date du 19 mars 2011.
Du fait des dégradation causées par les premières secousses, aggravées par la vague du tsunami, l'installation devient plus sensible à de nouvelles secousses sismiques ou à un second tsunami, d'autant que cette centrale est déjà ancienne (construite il y a une quarantaine d'années, elle était prévue pour résister à un séisme de 7,9 et non pas de 9,0 comme ce fut le casFutur de l'énergie nucléaire après Fukushima, Contrepoint. Le 17 mars 2011. Consulté le 17 mars 2011.). Dans le monde entier, des opérateurs ont proposé de prolonger la durée de vie en fonctionnement des réacteurs. Depuis le début des années 1990, le vieillissement et la dégradation des centrales nucléaires ont donc été étudiés avec plus d'attention. Ceci a débouché en 1999 au Japon, sur un Programme national de gestion du vieillissement des centrales (« ou PLM ») intégrant l'entretien préventif et l'évaluation de la dégradation des composants des systèmes en place. L'évaluation de la dégradation des capacités de résistance parasismique des centrales âgées en est un des éléments importants. Certains facteurs de dégradation ont été quantitativement évalués, dont pour la centrale de Fukushima, principalement sur la base de Directives techniques pour la conception parasismique des centrales nucléairesDirectives JEAG-4601 et NUREG/CR-6241, 1987.. Les études initiales ont montré que les programmes d'entretien ne prenaient pas ou peu en compte les effets du vieillissement sur la résistance parasismique des composants de l'installation. Kei Kobayashi recommandait en 2002 l'établissement de méthodes d'évaluation rationnelle de la dégradation parasismique de certains composants des centrales vieillissantes, notamment pour les systèmes de tuyauterie Kei Kobayashi, « », , , , mai 2002, 57-71 ; doi :10.1016/S0029-5493(02)00015-8 (résumé)..
Faute de refroidissement suffisant se produit un craquage de l'eau (production d'oxygène et d'hydrogène) causé par la dégradation des gaines de combustible et la fusion des cœurs. S'ensuivent d'importantes explosions d'hydrogène endommagent gravement les structures et infrastructures des réacteurs n°1 et 3. Dans les heures et jours qui suivent ces explosions d'hydrogène sont montrées en boucle par les chaines d'information, ainsi que des vues de l'hélicoptère tentant de refroidir les réacteurs. Ces images montrent aussi des difficultés d'accès et de rétablissement de l'électricité dans les bâtiments pour certains très endommagés, ainsi que les communications difficiles entre l'exploitant TEPCO et les autorités, ravivant le souvenir de la catastrophe nucléaire de Tchernobyl.
L'une des violentes déflagrations a concerné le bâtiment du réacteur n°4 qui était relié par une tuyauterie au bâtiment du réacteur n°3. Elle fragilise la piscine d'entreposage des combustibles de cette tranche. Et des fuites sont aussi observées dans l'enceinte du réacteur n°2. Ces dégâts matériels sont sources d'importants rejets radioactifs.
Coriums La gestion et le futur démantèlement du site de Fukushima Daïchi doivent tenir compte de la présence in situ de plusieurs centaines de tonnes de corium contenant une grande partie des 256 tonnes d'éléments de combustible nucléaire des cœurs qui ont fondu, une situation qui ne s'est jamais produite dans le monde.
Ce corium est un amalgame pâteux de métaux en fusion dont la haute température et la radioactivité est auto-entretenue pour des mois ou années ; et ses propriétés et sa composition . Il provient de la fusion accidentelle du combustible nucléaire, mais aussi de gaines, de barres de contrôle, de produits de fission et de matériaux de structure issus de la fusion du cœur d'un réacteur et d'une partie de la cuve. Il est initialement extrêmement chaud (plus du double de la température de la lave liquide), toxique, corrosif, proche de la criticité, ou localement critique, et pour longtemps très hautement radioactif (28 térabecquerels par kg, soit, pour 100t de corium, plus d'un million de térabecquerels délivrés). Il peut être plus ou moins hétérogène et les éléments qu'il contient évoluent et interagissent constamment entre eux sans cesse, générant des gaz et aérosols au contact de l'eau ou des matériaux que le corium rencontre. Avec ses éléments lourds (uranium, et plutonium pour le corium n°3 qui s'est formé à partir de MOX) s'accumulant vers le bas, un corium peut être assez chaud et lourd (plus de 100 t, avec une densité 3 fois plus élevé que l'acier) pour - s'il n'est pas constamment et suffisamment refroidi - facilement transpercer l'acier de sa cuve de réacteur, puis s'écouler sur le radier de béton de la chambre sèche (zone sèche de confinement, située entre la cuve du réacteur et l'enveloppe de béton et d'acier qui constitue la barrière de confinement suivante). Là le corium peut éventuellement encore successivement traverser le radier de béton, la couche d'acier, la couche de béton, puis éventuellement continuer à s'enfoncer s'il n'est toujours pas assez refroidi (les interactions corium-béton et sa refroidissabilité ont été notamment étudiées par Journeau et al. (2003, 2009) et Lomperski et Farmer (2007). Nul ne peut s'en approcher sans mourir en quelques secondes. Il n'y a jamais eu autant de corium produit qu'à Fukushima. En 2022, on a montré qu'en cas de découpe de corium, et dans les aérosols, sa radioactivité sera ..