31 août 2011 3 31 /08 /août /2011 21:18

A l’heure où tout le monde se demande où se trouvent les coriums de la centrale nucléaire accidentée de Fukushima Daiichi, il est intéressant de connaître la nature du terrain où ils pourraient éventuellement se cacher. Bien que tous les documents qui ont servi à réaliser cet article soient facilement accessibles, la plupart sont en japonais et c’est ce qui explique qu’à ce jour, la connaissance de la géologie de Fukushima soit parcellaire. A partir de l’étude géologique préparatoire à la construction de la centrale, de rapports de tests sismiques et de recherches récentes liées à des forages, cet article va essayer de faire le point sur la nature du sous-sol de la centrale nucléaire, ce qui permettra d’envisager les évolutions possibles de la catastrophe en cours.

 

 

 > English version

 

 

 

Environnement géologique général

 

La centrale de Fukushima Daiichi est située sur la côte est de l’île d’Honshū, au nord-est du Japon, sur un sol sédimentaire du Cénozoïque, c'est-à-dire appartenant à l’ère géologique actuelle (-65,5 millions d’années à nos jours). Elle est séparée du plateau granitique d’Abukuma par la faille de Futuba.

 

tectonic division of Abukuma Mountains and location of bore

 

La carte géologique ci-dessus est tirée d’une illustration intitulée « Tectonic division of Abukuma Mountains and location of borehole » extraite de l’article « Granitoids with 300 Ma in the Joban coastal region, east of Abukuma Plateau, northeast Japan » (Auteurs : Tsutsumi, Yukiyasu; Ohtomo, Yukiko; Horie, Kenji; Nakamura, Ko-Ichi; Yokoyama, Kazumi), Journal of Mineralogical and Petrological Sciences, Volume 105, p. 320-327 (2010).

 

 

Cette carte a été réalisée à l’occasion d’un forage d’une profondeur de 1005 mètres à une douzaine de kilomètres au sud de la centrale de Fukushima Daiichi, à proximité immédiate de la centrale de Fukushima Daini. Publiée en 2010, elle est la plus récente qui puisse nous renseigner sur le contexte géologique général du site de la centrale accidentée.

 

Le carottage effectué par les chercheurs permet de constater que la couche de roche sédimentaire, dont sont constitués les sols de la côte est du Japon sur au moins une centaine de km, a une épaisseur de 815 mètres à la latitude de Fukushima Daini.

 

 

Un site bien documenté

 

Pour avoir des informations plus précises sur la géologie du sol de la centrale de Fukushima Daiichi, il faut consulter trois autres documents : le premier est l’étude géologique préparatoire à la construction de la centrale (1967) ; le second est un rapport d’évaluation de la sécurité sismique du site nucléaire, édité par Tepco en mai 2009 ; le troisième est une expertise résumant la situation géologique et sismique de la centrale de Fukushima Daiichi, édité par l’autorité de sureté nucléaire du Japon, la NSC (Nuclear Safety Commission) en juin 2010.

 

Le premier document rassemble deux coupes du terrain à l’emplacement de la future centrale, l’une orientée est-ouest, l’autre nord-sud. Avec ce document, conforté par une photo du site avant travaux (1966), on se rend compte que la côte était rocheuse à l’origine, et que le plateau sédimentaire a été entaillé pour réaliser les terrassements nécessaires à la construction de la centrale nucléaire. Comme prévu dans la coupe (trait rouge pointillé), le terrassement du sol est à 10 mètres au dessus de la mer et le creusement des sous-sols est en dessous du niveau de la mer.

 

 

géologie fukushima coupes colorisées

 

Etude géologique du site de Fukushima Daiichi avant 1967 (Coupes colorisées et annotées en français par l’auteur d’après un original japonais en noir et blanc. Source : http://cryptome.org/0004/daiichi-build-01.pdf , page 103)

 

 

307792_2332040463763_1332320101_2694196_6509429_n-copie-1.jpg

 

Le site avant les travaux, en 1966 (source : groupe Fukushima Daiichi)

 

 

Pour construire la centrale ‒ à l’origine uniquement l’unité 1 ‒ on a excavé les couches sédimentaires supérieures qui sont des alluvions du Quaternaire composées d’argiles et de sables friables ou mi-durs (couleurs verte et marron dans la coupe). La centrale est donc construite sur une roche sédimentaire de type « mudrock » (couleur jaune dans la coupe), c’est-à-dire une roche boueuse composée d’argile et de silt (sable très fin). Mais le terme « boueuse » ne signifie pas pour autant que la roche est molle. Cela veut dire simplement que c’est une roche dont la matrice est argileuse ; on l’appelle aussi « argilite ».

 

Le second rapport étudie la réaction du terrain à des ondes émises depuis la surface sur l’ensemble du site, et en particulier sous la piscine commune, qui se trouve à l’ouest de l’unité 4. Cette piscine, consacrée au refroidissement de plus de 1000 tonnes de combustible usé, fait en effet l’objet d’une attention particulière : les coupes est-ouest et nord-sud se croisent à son emplacement.

 

 

plan coupe est ouest piscine commune geologie Plan du site

 avec situation de la coupe

 ci-dessous (trait rouge)

 

 

 

piscine commune geologie

 

Coupe est-ouest (Merci à Hiroko pour son aide à la traduction)

 

 

Cette coupe montre une discontinuité de sol à environ 200 m de profondeur, correspondant à un changement de nature de roche. Entre le niveau du sol et -200 m, il s’agit de la couche géologique de Tomioka, datée du Néogène ; la couche située en dessous est plus ancienne, elle est indiquée être du Paléogène-Néogène et correspond à la couche Taga.

 

Le troisième document présente une analyse fine des différentes strates géologiques internes à cet épais manteau sédimentaire du Cénozoïque, représentées aussi dans deux coupes. En voici les principales strates, nommées par des lettres, de la plus proche du sol à la plus profonde, liste suivie des plans, coupes et tableau analytique :

- T3 : roche boueuse et sablonneuse (couche de Tomioka, Néogène)

- T2 : grès avec inclusion de tuf (couche de Tomioka, Néogène)

- T1 : grès avec inclusion de tuf en grande proportion (couche de Tomioka, Néogène)

- TI : grès argileux (couche Taga, Paléogène-Néogène)

- Yu : alternance de roches boueuses et sablonneuses (couche Yunagaya, Miocène inférieur)

- Sr : grès dur et roches boueuses (couche Shiramizu, intermédiaire entre l’Oligocène et le Miocène)

 

 

plan de situation des coupes géol Plan de situation

 des deux coupes

 (cf. ci-dessous)

 

 

 

coupe géol est ouest - Copie

 

Coupe est-ouest (avec ajout de la situation de la centrale en rouge)

 

 

coupe géol nord sud fukushima daiichi4

 

Coupe nord-sud (avec ajout de la situation de la centrale en rouge)

 

 

tableau

 

Tableau analytique : géologie stratigraphique du site de Fukushima Daiichi (Tableau réalisé à partir d’un original en langue japonaise. Merci à Marielle pour son aide précieuse)

Source : http://www.nsc.go.jp/s....pdf, p. 14.

 

 

Une faille suspecte

 

Dans plusieurs de ces coupes, une faille ancienne, antérieure au Miocène supérieur, est clairement visible sous le site nucléaire. Alors que l’étude géologique datant de la construction de la centrale ne met pas en évidence cette faille (les forages n’allaient pas au-delà de 200 m de profondeur à cette époque), il apparaît avec ces documents de 2009 et 2010 que Tepco et la NSC la connaissent depuis plusieurs années. La coupe suivante montre encore cette faille avec plus de profondeur (-1300 m) :

 

faille fukushima daiichi

 

Faille de Fukushima Daiichi (source NSC :http://www.nsc.go.jp/shins....pdf , p. 13)

 

Il faudrait évidemment revoir la manière dont sont autorisées les constructions de centrales nucléaires (1). Une faille non active se comporte comme un volcan éteint : à partir du moment où un évènement sismique ou volcanique s’est produit dans le passé, même très lointain, il peut réapparaître si les conditions sont à nouveau réunies. Lors du tremblement de terre du 11 mars 2011, il ne serait pas étonnant que cette faille ait été réactivée et ait provoqué des dégâts dans la centrale, comme cette fissure découverte après le tremblement de terre :

 

 

fissure f1 réduite

 

Source du cliché : Tepco

 

 

Perméabilité des couches

 

Andreas Küppers, géologue allemand qui était intervenu sur le site lors de la construction de la centrale, a été interviewé en mars 2011 par le journal Die Welt. Selon ce spécialiste du Centre de Géorecherche de Potsdam (GFZ : Deutsches Geoforschungszentrum), il est probable que les différentes couches d’argilite sur lesquelles la centrale est construite soient imperméables, et qu'elles n'autorisent pas le contact avec les nappes phréatiques (2). Mais cet avis n’est pas partagé par tout le monde. On connait par exemple la position d’un géologue japonais ‒ qui souhaite rester anonyme ‒ par l’intermédiaire du forum étatsunien « Physics Forum » : selon lui, la roche de fond de la région est faite de grès grossiers, très perméables, et contient énormément d'eau provenant  de la montagne voisine d'Abukuma. Cette eau souterraine coulerait sous la plaine en direction de l’océan à vitesse très lente, de l’ordre de 50 cm/jour (3).

 

En fait, à la lumière des données recueillies, il semble que les avis des deux géologues ne s’opposent pas car il existe à la fois des couches d’argilites (ou de siltites) et des couches de grès. Cependant Andreas Küppers, à la manière Tepco, ne donne pas toutes les informations qu’il possède : il n’y a pas que des argilites imperméables, il y a aussi des strates de grès perméables, ce qui permet à l’eau souterraine de se déplacer vers la mer. De plus, la présence de cette faille sous la centrale offre la possibilité à l’eau de descendre verticalement sans être arrêtée par une couche d’argilite horizontale imperméable, et de mettre en relation plusieurs nappes phréatiques que l’on aurait pu croire indépendantes.

 

 

Bonne et mauvaises nouvelles

 

La bonne nouvelle est que l’eau radioactive qui fuit de la centrale ne pourra pas remonter vers les terres du Japon et le plateau d’Abukuma, à cause du pendage des couches géologiques. Les mauvaises nouvelles, c’est d’abord qu’il existe une faille qui semble active sous la centrale même de Fukushima Daiichi, et que celle-ci permet et permettra une pollution radioactive des nappes aquifères sur plusieurs centaines de mètres de profondeur, car elle traverse les différentes strates « imperméables » (4). C’est aussi que les radioéléments vont se diriger naturellement vers la mer par ce courant d’eau souterrain, par l’intermédiaire des couches de grès perméables. Le grès est en effet la roche idéale pour les nappes aquifères, car elle est à la fois perméable et fissurée, assurant une circulation facile. C’est enfin que la roche sur laquelle la centrale est construite est plutôt « molle », c’est-à-dire qu’un tremblement de terre ne peut que déstabiliser les bâtiments, comme on l’a remarqué pour le bâtiment 4 dont les murs ne sont plus verticaux (lien).

 

Dès le 31 mars 2011, Tepco annonçait que la nappe phréatique était polluée avec de l’iode radioactif, d’après une analyse d’échantillon recueillie à 15 m de profondeur sous le premier réacteur (lien). Aujourd’hui, si un ou plusieurs corium sont descendus dans le sol, cette pollution a dû s’accentuer. Mais Tepco ne communique plus sur la pollution des nappes phréatiques. Son seul souci est de présenter une belle façade extérieure, ce qui ne réglera jamais cette catastrophe qu’est la pollution des sols et des eaux souterraines : sous terre, la contamination est irrémédiable car il est impossible d'y accéder.

 

 

 

(1) En France, c’est malheureusement la même situation : l’autorité de sûreté nucléaire semble s’être tenue à l’expertise d’EDF qui aurait falsifié des données sismiques sur plusieurs centrales nucléaires dans un souci de rentabilité économique.

Consulter les documents sources ici :http://observ.nucleaire.free.fr/falsification.htm

 

(2) « Die Wahrscheinlichkeit ist hoch, dass dieses Gestein dicht ist und keinen Kontakt zu Grundwasserleitern zulässt », Die Welt, 15 mars 2011.

 

(3) Cette information sur la provenance et l’orientation du flux de l’eau est confirmée par la première coupe présentée dans cet article : le pendage général des couches quaternaires va de la montagne vers la côte.

 

(4) Hier encore, Tepco faisait semblant d’ignorer la faille sur laquelle la centrale est construite, et essayait de détourner l’attention en communiquant sur des failles actives situées à 50 km du site ! Lien vers le communiqué NHK : http://www.scoop.it/t/...fukushima. Lien vers une vidéo du JAMSTEC qui montre une faille active sous-marine découverte récemment au large de Fukushima : http://www.youtube.com/watch...#!

 

 

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Documentation consultée pour réaliser cet article

 

Classification des roches sédimentaires (Université Libre de Bruxelles)

http://www.ulb.ac.be/sciences/dste/sediment/sedimento/notes/sedim/classification_roches_siliciclastiques.pdf

Différentes couches géologiques de la région de Fukushima :

https://ir.kochi-u.ac.jp/dspace/bitstream/10126/2261/1/N022-04.pdf

Coupes géologiques de la centrale de Fukushima Daiichi :

http://www.nsc.go.jp/shinsa/shidai/touden_fukushima/3/siryo2.pdf

http://www.tepco.co.jp/nu/material/files/ka10061701.pdf

Classification des roches détritiques

http://www2.ulg.ac.be/geolsed/sedim/sedimentologie.htm

Perméabilité des grès

http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/XML/db/planetterre/metadata/LOM-permeabilite-des-roches.xml

Article sur la côte nord-est du Japon

http://www.jstage.jst.go.jp/article/jmps/105/6/320/_pdf

Wikipédia hydrologie

http://fr.wikipedia.org/wiki/Hydrog%C3%A9ologie

 

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Publié par Pierre Fetet - dans Au Japon
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commentaires

Brigitte 03/09/2011


Bonjour,
ceci est un commentaire général sur l'ensemble de ce site. Merci pour votre travail, ô combien utile face au silence général sur Fukushima dans les média. Dans le même ordre d'idée, le blog
"fukushima diary" que vous signalez dans votre liste de liens(blog d'un Japonais en anglais) lance un appel aux traducteurs pour diffuser le plus largement possible les informations : voir le post
du 2 septembre, "Babel". Moi qui étais plutôt sceptique sur l'utilité d'internet, cette catastrophe m'a bien fait changer d'avis...


jm jacquart 03/09/2011


Excellent travail Pierre, les aspects géologiques avaient été abordés mais pas suffisamment "creusés" sur RPC ; l'étude est complète, bien illustrée, agréable à lire et tellement bien référencée...
On devrait tous en prendre de la graine ;)

Bonjour à tous et à chacun,
Trifou


Delphin 03/09/2011


Bonjour,

Réponse à l'interrogation indignée de Glubb, rappelée ci dessous :

"Au passage : 10E16 (à lire : "10 puissance 16") Joules = 2,77TWh et pas 2777 TWh.
Vous dites que la chaleur dégagée provoquerait un accroissement du volume de la roche de 150000m3... mais comment??? Et surtout est-ce que vous vous rendez compte de ce que c'est 150000m3? C'est
une coline de 25m de haut sur 50 de diamètre (on suppose que c'est une demi-sphère), et vous imaginez que la chaleur dégagée par les PF va faire gonfler l'argile comme ça... c'est pas de la
patisserie :)) y a pas de levure dans l'argile!!!"
Commentaire n°3 posté par Glubb hier à 21h36

- J'ai effectivement fait une erreur de virgule pour passer des Joules, confondus avec les kJ et les Twh (milliards de kilowattheures).

- La Commission nationale d'évaluation et moi confirmons, en revanche, l'estimation du volume de gonflement :

Commission Nationale d'Evaluation 2
Des recherches et études relatives à la gestion des matières et déchets radioactifs
Instituée par la loi n°2006-739 du 28 juin 2006
Rapport d'évaluation n°4

RESUME ET CONCLUSIONS
Chapitre 1
STOCKAGES ET ENTREPOSAGES
Effets de l'évolution de la température

"L'augmentation de température a des effets variés dont la Commission a tenté de dresser une liste qui n'est sans doute pas exhaustive:
- au plan thermomécanique, l'élévation de température engendre une modification des propriétés mécaniques de la roche (caractéristiques élastiques, viscosité) mais c'est la dilatation thermique de
l'acier, du béton, des verres et de l'eau qu'elle contient, qui engendre les effets les plus sensibles, notamment des contraintes mécaniques additionnelles. Ces contraintes peuvent modifier
l'étendue et la qualité de l'EDZ. À plus grande échelle, la contrainte moyenne augmentera dans le massif rocheux et des cisaillements importants se développeront sur le pourtour du stockage. Le
coefficient de dilatation thermique de l'argilite est assez faible, proche de 10-5/°C ; il n'en reste pas moins qu'une énergie thermique dégagée de 1016 Joules engendre un accroissement de volume
de la roche de l'ordre de 150.000 m3. Cet accroissement se résorbe par fermeture des jeux (excavations pratiquées dans le massif ou fracturations) ou soulèvement de la surface du sol, qui restera
néanmoins à peine perceptible, car il doit être réparti sur la surface horizontale de la zone de stockage des colis de déchets HAVL qui est de plusieurs millions de m2. Une mention particulière
doit être faite de la dilatation différentielle eau/roche; les premiers essais de l'Andra ont montré que les pressions de l'eau porale engendrées par l'échauffement se dissipent difficilement dans
l'argilite peu perméable et sont élevées, avec des conséquences possibles pour les mouvements de l'eau vers les alvéoles et les galeries. Sauf pour ce dernier thème, la Commission n'a pas reçu
beaucoup d'information sur les progrès réalisés depuis le Dossier 2005.

(EDZ= zone endommagée)

En ce qui concerne cet accroissement effectivement phénoménal, je crois bien en revanche que c'est vous qui faites une extrapolation inappropriée ("Et surtout est-ce que vous vous rendez compte de
ce que c'est 150000m3? C'est une coline de 25m de haut sur 50 de diamètre (on suppose que c'est une demi-sphère), et vous imaginez que la chaleur dégagée par les PF va faire gonfler l'argile comme
ça... c'est pas de la patisserie :)) y a pas de levure dans l'argile!!!" ).

Vous allez comprendre tout de suite : (aires)
Une augmentation de surface d'1 cm2 sur un carré de 2 cm2, c'est énorme : 50% d'augmentation, ou 1/2.
Une augmentation de surface d'1 cm2 sur un carré de 1 m2 (10 000 cm2 ), c'est négligeable : 1/10 000è

L'importance d'un accroissement, ou d'une diminution est toujours relatif à l'espace considéré.
("...ou soulèvement de la surface du sol, qui restera néanmoins à peine perceptible, car il doit être réparti sur la surface horizontale de la zone de stockage des colis de déchets HAVL qui est de
plusieurs millions de m2.")

Amicalement,

Delphin


Glubb 04/09/2011


Bonjour Delphin,

j'avais bien compris qu'une colline n'allait pas sortir de terre comme ça au-dessus du site, c'était pour essayer de visualiser le volume correspondant :).
Effectivement c'est bien le chiffre dispo dans ce rapport, mais c'est un peu curieux, je ne vois pas bien comment ce chiffre est calculé... De plus en recherchant de la doc CEA sur le sujet il
apparaît que de l'argile pourraît être compactée sous forme de tous petits coussins et disposée autour des ouvrage de façon à pouvoir gonfler "librement", donc il n'y a ura pas un déplacement de
150000m3.
Cela dit votre document est très très intéressant, la gestion des déchets nucléaires est effectivement un défit technique et les difficultés été très sous-évaluées, ce sujet a même au début du
programme nucléaire français complètement ignoré et mis de côté (ce qui est parfaitement inadmissible).

Au passage mon commentaire n'était nullement "indigné", pour preuve les petits smileys :)).

Vous écrivez :
"e Conclusion
Le devenir des déchets nucléaires, qui fait porter aux générations futures les conséquences négatives des bénéfices procurés par la consommation d’électricité des générations présentes, en fait
également porter, à travers le site rural de Bure, le poids actuel à la fraction de la population qui en profite le moins."
Pourriez-vous me dire où dans le document cité en référence se trouve ce passage... je ne l'ai pas trouvé...

Vous écrivez :
"Fukushima = Bure, avec des déchets non retraités."
NON! Et je trouve particulièrement grossière votre remarque : vous mettez sur le même niveau une dispersion accidentelle (et effectivement catastrophique) de radio-éléments, et un travail de haute
technicité, difficile tant sur le plan théorique que pratique, qui justement cherche une voie permettant une protection maximale des population sur le très long terme.
Vous oubliez également de dire que c'est UNE possibilité de gestion des déchets de Haute Activité et Moyenne activité Long Vie, rien n'est décidé pour l'instant.

Que voulez-vous faire de ces déchets? En 2005 il y avait 235.210 colis d'entreposés (La Hague et Marcoule)... qu'est-ce qu'on en fait?
Les laisser en surface est-il meilleur que de les stocker à très grande profondeur?
Qu'est-ce que vous proposez???

Au passage avez-vous trouvé des documents sur la criticité d'un corium solidifié?


geoffroy 15/08/2012

Voici un article en japonnais de TEPCO sur la géologie du site de Fukushima Daiichi en date du 10/08/2012.
lien : http://www.tepco.co.jp/nu/fukushima-np/images/handouts_120810_02-j.pdf

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