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L’année 2026 marque des anniversaires tragiques, les 40 ans de l’accident de la centrale nucléaire de Tchernobyl en Ukraine, et les 15 ans de celui de la centrale de Fukushima au Japon. Si ces deux évènements ont marqué durablement la mémoire collective, ils font partie d’une série d’incidents qui ont participé à faire évoluer les normes en matière de sûreté nucléaire et qui alimentent encore aujourd’hui différents travaux de recherche pour augmenter la sûreté en cas d’accident majeur au cœur du réacteur.

 Une vue panoramique assemblée du site de la centrale nucléaire de Tchernobyl en Ukraine, photos prises en juin 2013 © Ingmar Runge CC BY-SA 3.0

La plus importante source d’électricité décarbonée en France

Le principe d’une centrale nucléaire repose sur la production de chaleur issue de la désintégration d’éléments radioactifs comme l’Uranium 235, qui constituent le « combustible nucléaire ». La chaleur produite par ces réactions nucléaires sert à chauffer des circuits secondaires d’eau et à produire de la vapeur, entraînant une turbine reliée à un alternateur, qui produit in fine de l’électricité.
Le principe est comparable à celui d’une centrale thermique classique, à l’exception du fait que la source de chaleur provient de réactions nucléaires et pas de la combustion d’une ressource fossile (charbon, gaz naturel, fioul…).
Principe de fonctionnement d’une centrale nucléaire avec aéroréfrigérant © EDF CC BY-SA 3.0

En 2024, la filière nucléaire produisait les deux tiers de l’électricité en France. Le tiers restant étant occupé à 26 % par le renouvelable (hydraulique, éolien et photovoltaïque) et à 7% par les énergies fossiles (centrales thermiques).

La sûreté nucléaire, un domaine en constante évolution

L’une des préoccupations majeures concerne la sûreté de ces installations. Sans contrôle, le matériau nucléaire produit une réaction en chaîne qui génère, de façon exponentielle, une gigantesque quantité de chaleur. Le principe de fonctionnement d’une centrale nucléaire consiste donc à “ modérer ” cette réaction en chaîne pour produire de l’énergie sans laisser les réactions nucléaires s’emballer et, dans les cas les plus critiques, mener à la fonte du combustible et la destruction du réacteur.

C’est pourtant ce qui est arrivé le 26 avril 1986 dans la centrale de Tchernobyl. En cause : un test de sécurité mal préparé sur le réacteur n°4 de la centrale. Pour ce test, plusieurs systèmes de sûreté ont été désactivés et les procédures de sécurité n’ont pas été suivies, ce qui a abouti à une hausse soudaine de puissance qui a provoqué l’explosion et l’incendie du cœur du réacteur. D’importantes quantités de produits radioactifs ont ainsi été rejetés dans l’atmosphère, causant la plus importante catastrophe nucléaire de l’Histoire, avec d’importantes conséquences sanitaires, écologiques et économiques.

"L’évolution de la sûreté nucléaire", nous dit Michael Mangeon, chercheur associé en gestion des risques nucléaires au laboratoire Environnement, ville, société1 (EVS), "s’appuie en partie sur l’analyse des incidents et accidents nucléaires qui émaillent l’histoire de la filière. Dans le cas de Tchernobyl, comme le réacteur est d’une conception très éloignée des modèles occidentaux, les enseignements techniques pour la France furent assez limités. L’impact a surtout été politique et social.
En France, la catastrophe a révélé des failles de communication qui ont provoqué une perte durable de confiance du public. Mais elle a aussi amorcé une lente transformation des institutions françaises de régulation, qui a conduit à une plus grande indépendance de l’expertise scientifique vis-à-vis des industriels, ainsi que de la décision réglementaire à l’égard du gouvernement ".

L’accident de Fukushima, plus récent, a aussi eu d’importantes conséquences sur l’évaluation des risques des installations nucléaires. Le 11 mars 2011, un important séisme frappe le nord-est du Japon. La centrale nucléaire de Fukushima Daiichi résiste au tremblement de terre : les réacteurs en fonctionnement s’arrêtent automatiquement et les systèmes de secours se mettent en marche pour continuer à refroidir le combustible nucléaire. Mais une heure plus tard, un tsunami atteint le site et endommage le système électrique et les générateurs diesel de secours. Sans électricité, les systèmes de refroidissement du combustible s’arrêtent, le combustible nucléaire chauffe, la température et la pression augmentent, aboutissant à plusieurs explosions qui endommagent les bâtiments des réacteurs et relâchent là encore des substances radioactives dans l’environnement (en quantités très inférieures à la catastrophe de Tchernobyl, toutefois).

 Vue des réacteurs 1, 2, 3 et 4 recouverts par une enceinte provisoire de la centrale de Fukushima Daiichi, Fukushima préfecture, région de Tohoku (décembre 2013) © Guillaume Bression/Fabien Recoquillé/Médiathèque IRSN

En France, l’accident conduit à une réévaluation des risques dits extrêmes (inondations, séismes, perte totale des alimentations électriques). Des évaluations complémentaires de sûreté sont menées sur l’ensemble des installations, et de nouveaux dispositifs voient le jour, comme des diesels de secours renforcés ou une force d’intervention rapide capable d’agir en situation de crise majeure.

Pour Mael Goumri, sociologue des sciences et techniques spécialisé sur les questions énergétiques au Laboratoire fabrique de pensée critique de l’INSA Rennes et associé au laboratoire Arènes2, cette histoire montre une chose essentielle : malgré des décennies de travaux et d’importants progrès, l’accident nucléaire a toujours une part d’imprévisible. Bien que tout soit fait pour la réduire au minimum, c’est précisément cette incertitude qui justifie la poursuite de recherches scientifiques, comme celles menées sur le comportement du combustible nucléaire en situation d’accident.

Des combustibles nucléaires tolérants aux accidents

Depuis Fukushima, un axe fort de recherche porte sur les combustibles dits “ tolérants aux accidents ”. L’idée est de retarder le relâchement d’éléments radioactifs du cœur en fusion lors d’un accident nucléaire critique et de gagner du temps pour les opérateurs de la centrale.

Les pastilles d’oxyde d’uranium (UO₂) utilisées comme combustible nucléaire produisent de la chaleur mais aussi des éléments radioactifs volatils comme le césium 137 ou l’iode 131, qui restent normalement confinés dans le combustible nucléaire. Lors d’un accident nucléaire, la chaleur est telle qu’elle induit des changements physiques et chimiques à l’intérieur du combustible qui peuvent aboutir à la libération de ces produits de fission volatils, d’abord dans le cœur du réacteur, mais aussi potentiellement dans l’environnement extérieur s’il y a une explosion.

Les recherches menées par Clotilde Gaillard, chimiste nucléaire à l’Institut de physique des deux infinis de Lyon3 (IP2I), portent sur un matériau d’oxyde d’uranium auquel ont été ajoutées d’infimes quantités de chrome. Ce " dopage " augmente sensiblement la taille des grains cristallins d’oxyde d’uranium. Or, les produits de fission volatils s’échappent préférentiellement par les joints des grains. En augmentant la taille des grains, on allonge la distance à parcourir pour atteindre ces voies de migration, et on ralentit leur relâchement potentiel.

Comparaison entre des grains d’oxyde d’uranium conventionnel (à gauche) et dopé au chrome (à droite). La taille des grains dopés est environ 5 fois plus importante, ce qui retarde le relâchement d’éléments volatils radioactifs. © Clotilde Gaillard

Ce gain de temps est crucial. Retarder leur libération, de quelques heures ou même de quelques minutes peut modifier significativement la gestion de la crise en cours, ou chaque seconde compte.

"Nos travaux " explique Clotilde Gaillard " combinent plusieurs approches complémentaires : des techniques avancées qui permettent d’observer et de caractériser la diffusion de ces éléments volatils dans cette nouvelle structure d’UO₂ dopé au chrome, et des modélisations numériques qui permettent de simuler, à l’échelle de l’atome, l’évolution des matériaux et la migration des produits de fission dans la structure cristalline d’UO₂, pour être ensuite intégrées aux outils de modélisation utilisés par les instances de sûreté nucléaire ".

En près d’un demi-siècle, les catastrophes nucléaires ont profondément transformé la manière de penser la sûreté, mettant en avant l’importance d’anticiper les risques extrêmes et les défaillances en cascade. C’est ainsi qu’aujourd’hui, la recherche poursuit ses efforts en développant des combustibles plus tolérants aux accidents, capables par exemple de ralentir la libération d’éléments radioactifs en cas d’accident majeur.
 

Pour aller plus loin :
 

• 15 ans après : les conséquences de Fukushima plus que jamais étudiées par les scientifiques Le Journal du Japon, 08.03.2026

• Fukushima : les leçons d'une décontamination CNRS Le Journal, 26.02.2021