Comment la barrière de glace de Fukushima bloquera les eaux souterraines radioactives

Les autorités japonaises désespérées pour contenir une crise toujours croissante à la centrale nucléaire de Fukushima cherchent à utiliser le pergélisol artificiel pour empêcher les fuites d'eau radioactive. L'idée est de construire un mur de terre gelée d'un kilomètre de long autour des bâtiments du réacteur toxique de Fukushima pour endiguer la contamination des eaux souterraines ; les spécialistes les plus expérimentés dans le domaine disent que le plan devrait fonctionner.

Chambre froide: Un mur de congélation créé pour un projet de construction par la société SoilFreeze.

Les entreprises japonaises impliquées semblent adopter une approche autonome. Il y a deux semaines, un haut responsable de Tokyo Electric Power (Tepco) a signalé que le service public à l'origine de la catastrophe de Fukushima demanderait une aide internationale pour la crise de la contamination de l'eau de Fukushima. Mais les experts d'entreprises basées aux États-Unis et de laboratoires nationaux à l'origine des plus grands systèmes de murs de congélation au monde - et le seul à avoir prouvé sa capacité à contenir la contamination nucléaire - n'ont été contactés ni par Tepco ni par son sous-traitant, la société d'ingénierie et de construction japonaise Kajima Corp.

L'un de ces experts est Elizabeth Phillips, qui a géré l'installation d'un mur de congélation de 300 pieds de long et 30 pieds de profondeur pour isoler les déchets radioactifs au laboratoire national d'Oak Ridge du département américain de l'Énergie dans le Tennessee en 1996 et 1997. les murs sont couramment utilisés pour retenir les eaux souterraines afin de faciliter les fouilles sur les chantiers de construction et les mines, ce cas nécessite une expertise spécialisée, dit-elle. Vous devez vous assurer que celui qui le fait analyse tout ce qui peut mal tourner, dit Phillips. Vous devriez aller avec quelqu'un qui l'a déjà fait.

Chaque jour, environ 400 tonnes d'eau souterraine s'écoulant des montagnes voisines pénètrent dans les fissures des bâtiments du réacteur endommagés par les fusions et les explosions de Fukushima en 2011, selon un document d'information Tepco d'avril 2013 . L'eau qui s'échappe des bâtiments pollue les eaux souterraines en aval et finit par se déverser dans la mer. Les niveaux de contaminants sont dangereusement élevés. Le mois dernier, Tepco a extrait de l'eau d'un puits d'échantillonnage en aval des bâtiments contenant des niveaux de rayonnement d'ordres de grandeur supérieurs aux niveaux jugés sûrs par le Autorité de régulation nucléaire japonaise .

Les efforts de Tepco pour empêcher cette propagation jusqu'à présent ont été inefficaces, risqués et finalement insoutenables. Sa principale réponse a été de pomper des eaux souterraines contaminées dans des réservoirs de rétention, s'ajoutant aux plus de 300 000 tonnes d'eau radioactive déjà stockées à Fukushima dans des réservoirs assemblés à la hâte qui sont vulnérables aux futurs tremblements de terre. Certains ont déjà fuité. La semaine dernière, l'Autorité de réglementation nucléaire du Japon a enregistré une fuite récente de 300 tonnes comme un incident de niveau 3, le premier incident à Fukushima qu'elle a classé sur l'échelle internationale des événements nucléaires depuis 2011.

Le mur de gel serait une approche plus définitive de la gestion des eaux souterraines. Comme proposé par Kajima en avril et approuvé en mai par un groupe d'experts de l'Autorité de régulation nucléaire, il parcourrait 1,4 km et encerclerait les quatre réacteurs détruits du site. Les tuyaux verticaux doivent être percés ou enfoncés dans le sol à des intervalles d'un mètre, créant ce qui ressemble à un ensemble de poteaux de clôture sous-sol. Quatorze installations de réfrigération de 400 kilowatts pomperaient du liquide de refroidissement de -20 °C à -40 °C dans chaque tuyau pour absorber la chaleur du sol, produisant un cylindre en expansion de terre gelée.

En environ six semaines, ces cylindres fusionneraient pour former une barrière continue qui empêche les eaux souterraines d'entrer et les contaminants. Le résultat serait une barrière solide de la surface s'étendant sur environ 95 pieds vers le bas pour rencontrer une couche d'argile et de roche à faible perméabilité. Et bien que cela nécessite un refroidissement à long terme pour durer, le mur est immunisé contre les pannes de courant qui durent des jours ou des semaines. Il faudrait des mois ou des années pour dégeler le mur, explique Daniel Mageau, vice-président et ingénieur de conception pour l'entrepreneur SoilFreeze basé à Seattle.

Plusieurs caractéristiques font des murs de congélation de meilleures barrières que ceux fabriqués à partir d'acier, de béton ou d'argile, des alternatives que le panel de l'Autorité de réglementation nucléaire a examinées et rejetées. Un avantage clé cité par Phillips est la capacité d'auto-guérison du mur de congélation. Par exemple, l'eau s'écoulant dans les fissures causées par un tremblement de terre – une menace toujours présente à Fukushima – gèlerait pour rétablir la barrière. C'est un très bon atout, dit Phillips.

L'expérience d'Oak Ridge suggère qu'il fonctionnera à Fukushima, selon Phillips et les experts des entrepreneurs qui ont construit le mur du laboratoire : Rockaway, entrepreneur géotechnique basé au New Jersey Plus de tranchée et basé sur le mouillage Fondations arctiques . Il reste le seul projet de mur de confinement nucléaire à ce jour, et celui qui a été qualifié à tort dans les articles de presse comme une expérience. Ce n'était pas un modèle. Il forait dans des sols contaminés et empêchait de véritables matériaux radiologiquement contaminés de s'échapper et de descendre dans un ruisseau, explique Edward Yarmak, ingénieur en chef d'Arctic Foundations.

Le mur de congélation d'Oak Ridge a fusionné en janvier 1998 et contenait la même série d'éléments présents à Fukushima pendant six ans - la durée spécifiée pour le mur de Fukushima par le panel de l'Autorité de régulation nucléaire - jusqu'à ce que les régulateurs ordonnent au département américain de l'Énergie de restaurer le site. Phillips est convaincu qu'il aurait fonctionné au-delà de sa durée de vie de 30 ans.

Joseph Sopko, directeur de la congélation du sol à Moretrench, déclare que le délai d'un an proposé par Kajima pour l'installation et la congélation est raisonnable à la lumière d'une installation qu'il a gérée pour une mine d'or dans le nord de l'Ontario à la fin des années 1990 qui a vu des tuyaux sur une distance de deux milles. long mur installé en un peu moins d'un an. L'échelle du mur de Fukushima, quant à elle, semble carrément petite par rapport à un mur de cinq milles de long proposé pour une exploitation de sables bitumineux en Alberta, pour laquelle Moretrench mène actuellement des études pilotes.

Un inconvénient majeur, cependant, est la consommation d'énergie. Alors que les murs mettent des mois ou des années à dégeler une fois gelés - et sont donc à l'abri des pannes de courant - ils nécessitent une réfrigération à long terme pour durer. En règle générale, la puissance de refroidissement requise pour l'entretien est d'environ la moitié de ce qui était nécessaire pour former le mur.

Tepco et Kajima pourraient économiser de l'énergie s'ils employaient une technique utilisée à Oak Ridge. Son mur incorporait des dispositifs passifs appelés thermosiphons que Arctic Foundations a installés à travers l'Alaska pour renforcer la fonte du pergélisol sous les bâtiments et les infrastructures. Un gaz réfrigérant circule passivement dans les tubes chaque fois que le sol est plus chaud que l'air au-dessus, absorbant la chaleur en bas en faisant bouillir, puis en rejetant cette chaleur en haut en se condensant et enfin en s'égouttant le long de la paroi du tube pour répéter le cycle.

Grâce à l'inclusion des thermosiphons, le système d'Oak Ridge consommait à peine 100 000 kilowattheures d'électricité par an, moins de 10 foyers en consommeraient en un an. C'est un système très efficace pour déplacer la chaleur contre la gravité. Il n'y a pas de pièces mobiles, dit Yarmak.

Pourtant, alors que Yarmak aimerait exporter les thermosiphons d'Arctic Foundations au Japon, il dit que la consommation d'énergie n'est pas un problème critique pour Fukushima. Même avec le système de mur de congélation plus conventionnel proposé par Kajima, dont la consommation électrique serait environ 250 fois supérieure à celle d'Oak Ridge, la consommation électrique semble toujours faible dans le contexte. Pour l'ampleur du problème que connaît le Japon, ce n'est pas beaucoup d'énergie, dit-il.

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