Tchernobyl était une petite ville de province d'environ 100000 habitants qui connut son essor économique grâce à la centrale nucléaire qui fut installée entre 1977 (réacteur N°1) et 1983 (réacteur N°4), les réacteurs N°5 et 6 étant en construction à l'époque de l'accident. La centrale utilisait quatre réacteurs de type RBMK-1000 dont la première fonction était de produire du combustible pour les armes nucléaires soviétiques (bombes et missiles).
Ils furent adaptés à l'usage civil dans les années 1970. En théorie cette classe de réacteur est aujourd'hui dépassée, mais ils furent installés dans l'ex-Union soviétique et tous ses États membres dans les années 1970 et 1980, y compris les pays Baltes et dans la célèbre ville de garnison de Kursk.
Le réacteur RBMK et le complexe de Tchernobyl souffraient de deux erreurs de conception qui eurent les conséquences tragiques que l'on sait.
Il y a tout d'abord l'enceinte de confinement. Mis à part le bouclier supérieur (UBS) de 1400 tonnes qui recouvre le réacteur et le bouclier inférieur (LBS) installé sous la cuve, le réacteur n'est protégé que par une simple enceinte constituée par le grand hall des turbines (le bâtiment que l'on voit de l'extérieur) alors qu'en Occident la quasi totalité des centrales sont protégées par une double coque de protection (ciment et acier) dont les parois sont séparées de quelques mètres qui s'avère très utile pour confiner les éventuelles émissions radioactives dans l'enceinte ou amortir un impact extérieur tout comme l'effet de la chaleur du Soleil durant la saison estivale.
Le réacteur RBMK souffre d'un défaut de conception beaucoup plus dangereux. La caractéristique la plus importante du réacteur RBMK est de posséder un coefficient de vide positif. Cela signifie que si la réaction s'emballe et donc que la puissance augmente ou si la quantité d'eau diminue, les faisceaux de combustible vont produire plus de vapeur. De ce fait, les neutrons qui auraient été absorbés par l'eau devenue plus dense augmentent le processus de fission. En théorie, les 200 barres de contrôle doivent stopper la réaction de fission mais le temps d'insertion s'est avéré trop long. De plus, elles furent mal concues et quand on les inséra dans le réacteur, cela provoqua une augmentation de la réaction et donc de la puissance au lieu de la diminuer.
Après l'accident de Tchernobyl, ce problème de conception des barres de contrôle fut corrigé sur les réacteurs RBMK avec notamment l'ajout de 24 barres absorbantes en cas d'arrêt d'urgence. Les différents facteurs de risques (physique du coeur, systèmes de sûreté, sauvegarde, pilotage du réacteur, facteur humain, etc) furent également revus et mieux sécurisés.
Compte-rendu de l'accident
Aux premières heures du 25 avril 1986, sur ordre du responsable d'exploitation, le responsable de la salle de commande, le contremaître Anatoly Dyatlov prit la décision de procéder à un test du réacteur N°4.
Première erreur car on ne réalise jamais ce genre de test en production. Ce test aurait dû être effectué avant la mise en service du réacteur N°4 trois ans plus tôt. Il visait à couper l'alimentation de la turbine afin de vérifier si elle allait continuer sur sa lancée et aurait la puissance suffisante pour démarrer les pompes à eau qui servaient à envoyer de l'eau vers le coeur du réacteur pour le refroidir. En théorie, 40 secondes après l'arrêt de la turbine, des turboalternateurs de réserves devaient prendre la relève. Le 25 avril à 14h locale, en prévision du test le système d'alarme du système de refroidissement du réacteur fut débranché, en violation avec les principes élémentaires de sécurité.
Deuxième erreur. A 23h10, la puissance du réacteur fut réduite comme prévu de 1000 à 700 MWt. Le changement d'équipe fut effectué à minuit. Le 26 avril à 0h28 du matin, un opérateur commit une troisième erreur provoquant la chute de la puissance du réacteur N°4 à 30 MWt. On sait aujourd'hui que cela provoqua un empoisonnement</a> du réacteur au xénon.
Le contremaître Anatoly Dyatlov exigea que la puissance soit rétablie. Il était ingénieur en physique nucléaire et connaissait son métier mais il ne savait pas exactement ce qui se passait réellement dans le coeur du réacteur où les scientifiques n'avaient pas installé de détecteur. De plus, le système d'alarme ayant également été désactivé (bloqué), il n'avait plus de retour d'information sur l'état de refroidissement du système. Mais cela tout le monde l'avait déjà oublié, l'opération ayant été effectuée 10 heures plus tôt.
Quatrième erreur. Le contremaître exigea que l'on change les paramètres de l'essai et qu'on retire les barres de contrôle au-delà du seuil de sécurité. En théorie, la consigne standard de sécurité exige de laisser au moins 30 barres de contrôle dans le réacteur. Dyatlov décida de n'en laissa que 6 à 8 dans le réacteur pour assurer le contrôle.
Cinquième erreur. Les techniciens s'y opposèrent mais il leur fit vite comprendre qu'il valait mieux qu'ils obéissent s'ils voulaient conserver leur emploi et l'habitation mise à leur disposition.
Sixième erreur. A présent, s'il y avait un sur-coup de puissance, tous les employés savaient qu'il faudrait 20 secondes pour redescendre les barres de contrôle. Or en 20 secondes, ils savaient très bien que la réaction nucléaire avait 20 fois le temps de s'emballer hors de tout contrôle. Pour être clair, ils savaient tous qu'à présent à la moindre erreur il ne faudrait que quelques secondes pour que le réacteur se transforme en une petite bombe atomique...
Septième erreur. Pour maintenir la puissance, les techniciens ont donc été contraints de retirer les dernières barres de contrôle plongées dans le réacteur.
Huitième erreur. A 1h23m04s locale, Dyatlov ordonna de commencer le test. Le chef d'équipe Alexander Akimov voulut interrompre le test mais Dyatlov exigea que l'on poursuive.
Un opérateur coupa l'électricité pour simuler un blackout, le dernier système de sécurité qui aurait pu sauver le réacteur.
Neuvième erreur. Les pompes à eau n'étant plus alimentées que par le système d'urgence, la puissance de la turbine chuta. Suite à cette réduction du débit d'eau, les pompes ont fourni moins d'eau de refroidissement au réacteur. Aussitôt la température du réacteur se mit à monter. A 1h23m31s, la puissance du réacteur se remit à augmenter, mais également la pression et la température. En réalisant ce qui se passait, les techniciens déclenchèrent l'alarme mais il était déjà trop tard,
A 1h23m35s, le chef d'équipe Akimov déclencha manuellement l'arrêt d'urgence du réacteur. Toutes les barres de contrôle précédemment retirées furent replongées dans le réacteur mais pas assez rapidement. Cette manipulation eut une conséquence dramatique liée à une erreur de conception du modèle RBMK-1000. En effet, les têtes des barres de contrôle étaient recouvertes de graphite ce qui provoqua immédiatement une augmentation de la réaction en chaîne et une montée en puissance du réacteur plutôt que sa diminution.
Dixième erreur. A 1h23m43s, la température du réacteur dépassa les tolérances et augmenta de manière irréversible; le point de non retour était franchi. L'eau de refroidissement subissant une pression titanesque sous la chaleur, les têtes individuelles des faisceaux de combustible situés sur le bouclier biologique supérieur commencèrent à se soulever alors que chaque barre pesait plus de 350 kg, libérant par leurs interstices de la vapeur radioactive dans le hall de la centrale. Rappelons que derrière les murs de cette enceinte, il n'y avait aucune autre protection, c'était directement le monde extérieur.
A 1h23m44s, le fait d'avoir réintroduit toutes les barres de contrôle simultanément dans le réacteur augmenta instantanément sa puissance de 200 à 100000 MW, soit 100 fois la puissance de production normalement développée par le réacteur !
A cet instant, selon les simulations 50 barres de contrôle sur les 211 se disloquèrent. Sous la chaleur, une partie des barres de combustible se rompirent et les blocs de graphite prirent feu. C'est alors que des poussières de combustible chauffées à blanc sont entrées en contact avec l'eau, provoquant une détente explosive de vapeur.
La première réaction fit exploser le fond du réacteur où la température était la plus élevée, proche de 2500°C. L'uranium fondant à 1130°C, il se transforma aussitôt en un magma visqueux radioactif qui détruisit le béton .
A 1h23m45s, une deuxième détonation fut provoquée par l'embrasement de l'hydrogène. Elle souleva le bouclier (UBS) de protection biologique de 1400 tonnes protégeant le réacteur, exposant à l'air son coeur en fusion et incontrôlable. Des dizaines de tonnes de vapeur à haute pression, brûlante et radioactive ainsi que des vapeurs de combustible mêlées d'iode-131 et de césium-137 envahirent ce qui resta du complexe et s'échappèrent dans l'atmosphère.
L’explosion libéra des débris du bâtiment et du réacteur jusque 7 à 9 km d'altitude, affectant probablement la composition de la stratosphère. 30% du combustible du réacteur s'échappa dans les environs immédiats de la centrale.
Entre 1 et 2% soit environ 50 tonnes de gaz radioactif furent éjectés dans l'atmosphère, l'équivalent de 200 fois ce qui retomba sur Hiroshima et Nagasaki.