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Chapitre 76 - La production et la distribution d'énergie

INTRODUCTION GÉNÉRALE

Michael Crane

En 1993, la production mondiale d’électricité était de 12 300 milliards de kWh (Organisation des Nations Unies (ONU), 1995), 1 kWh correspondant à la quantité d’électricité nécessaire pour éclairer 10 ampoules de 100 W pendant une heure. Les Etats-Unis ont produit à eux seuls 25% de l’énergie totale. La production américaine, qui comprend des entreprises publiques et privées, s’est en effet élevée à 3 100 milliards de kWh en 1993; elle provenait de plus de 10 000 centrales (US Department of Energy, 1995). La fraction de cette industrie, qui est détenue par des investisseurs privés, emploie 430 000 personnes dans l’exploitation et la maintenance et enregistre des gains annuels de l’ordre de 200 milliards de dollars.

L’électricité est produite dans des centrales qui utilisent des combustibles fossiles (pétrole, gaz naturel ou charbon) ou qui font appel à l’énergie nucléaire ou à l’énergie hydraulique. En 1990, par exemple, 75% de l’énergie électrique produite en France provenait de centrales nucléaires. En 1993, 62% de l’électricité produite dans le monde provenait des combustibles fossiles, 19% de l’énergie hydraulique et 18% de l’énergie nucléaire. Les autres sources d’énergie renouvelables comme le vent, l’énergie solaire, l’énergie géothermique ou la biomasse ne représentent qu’une faible proportion de la production mondiale d’électricité. A la sortie des centrales, le courant électrique est transmis par des réseaux interconnectés à des systèmes de distribution locaux et, à partir de ceux-ci, aux consommateurs.

En règle générale, le personnel qui permet d’assurer toutes ces activités est à dominante masculine et possède un niveau élevé de qualification et de connaissances techniques. Il exerce des tâches très diverses qui ont de nombreux éléments communs avec les secteurs du génie civil, des industries de transformation, des transports et des télécommunications. Certaines de ces opérations seront traitées dans les articles qui suivent. Il sera également fait mention des principales dispositions de sécurité en vigueur aux Etats-Unis dans le domaine de la production et de la distribution d’énergie électrique.

LA PRODUCTION D’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE

Neil McManus

L’être humain entreprit de domestiquer l’énergie des cours d’eau il y a des milliers d’années. Depuis plus d’un siècle, on produit de l’énergie électrique à partir d’énergie hydraulique. Pour la plupart des gens, cette forme d’énergie est associée aux barrages établis en travers des cours d’eau ou des vallées de montagne (houille blanche), mais il est également possible de produire de l’électricité d’origine hydraulique en tirant parti de l’énergie marémotrice (houille bleue). Les retenues créées par les barrages et les digues au fil de l’eau permettent aussi de contrôler les débits liquides en période de crues et, parfois, d’irriguer les terres avoisinantes.

La production d’électricité d’origine hydraulique intéresse des territoires très étendus et de nombreux climats, depuis le permafrost arctique jusqu’à la forêt équatoriale humide. L’implantation géographique des sites de production a évidemment une influence sur les risques professionnels rencontrés. Ainsi, dans certaines régions, les travailleurs employés à la construction et à l’exploitation des ouvrages d’art et des centrales pourront se trouver en contact avec des insectes ou des animaux dangereux, parfois également avec des plantes vénéneuses.

Un aménagement hydroélectrique comprend en général: un barrage ayant pour but de retenir une grande masse liquide et d’élever le niveau amont afin de créer une chute qui puisse être exploitée aux fins de production d’électricité; un déversoir destiné à évacuer un éventuel trop-plein; une centrale abritant turbines et alternateurs; un canal de fuite pour la restitution de l’eau après son passage dans les turbines; un poste de transformation en plein air. Des digues de retenue et autres ouvrages de captage peuvent compléter l’installation.

On distingue les barrages de simple retenue, construits au fil de l’eau, et les barrages d’accumulation ou barrages-réservoirs, édifiés dans les hautes vallées. Les premiers sont établis en travers du lit d’un cours d’eau pour créer une dénivellation du plan d’eau entre l’amont et l’aval du barrage. La centrale de production d’énergie se trouve immédiatement en aval, au pied du barrage, et l’eau ne fait que traverser le corps du barrage. Ces installations turbinent de gros débits sous des chutes relativement faibles.

Les barrages-réservoirs, par contre, sont édifiés au travers de hautes vallées et les centrales se trouvent souvent à des kilomètres de distance. Les débits turbinés sont moins élevés, mais les chutes souvent très importantes. Ces aménagements fournissent de l’énergie de pointe lorsque les usines au fil de l’eau et les centrales thermiques ne peuvent à elles seules satisfaire à la demande de courant. L’eau est conduite à la centrale par une galerie d’amenée (longue souvent de plusieurs kilomètres) et par des conduites forcées, et restituée à la sortie de la centrale par un canal de fuite. Pour éviter les coups de bélier (ondes de pression) qui seraient causés dans les conduites forcées par la brusque manœuvre des vannes de la centrale, une chambre d’équilibre est insérée au point de jonction de la galerie d’amenée et des conduites forcées.

En simplifiant, on peut dire que l’énergie électrique qui peut être théoriquement fournie par un aménagement hydroélectrique est le produit de la masse liquide, de la hauteur de chute et de l’accélération de la pesanteur. La puissance est fonction du débit et de la chute. La hauteur de chute est déterminée par la topographie des lieux et le choix de l’implantation tant du barrage que de la centrale, tandis que le débit est un facteur hydrologique. Dans la plupart des centrales modernes, les alternateurs sont couplés aux turbines par un arbre vertical; ils reposent sur le sol de la centrale, alors que les turbines se trouvent immédiatement au-dessous et demeurent invisibles. Il est néanmoins nécessaire, aux fins de visite, de maintenance et de réparation, de pouvoir accéder à l’intérieur de ces structures souterraines.

L’eau est distribuée aux turbines, selon la hauteur de chute, par un distributeur à aubes annulaire ou par une ou plusieurs buses à pointeau. Les hautes chutes utilisent des turbines Pelton à axe horizontal dans lesquelles l’eau sortant des buses vient frapper des augets convexes situés à la périphérie des roues. Les chutes moyennes font appel à des turbines Francis à axe vertical auxquelles l’eau est amenée par un distributeur placé autour de la roue; l’eau s’écoule en direction axiale. Pour les chutes plus faibles, on a recours à des turbines-hélices (turbines de Kaplan) à axe vertical dont les pales sont orientables en fonction de la charge. Dans tous les cas, la turbine entraîne le rotor d’un alternateur, c’est-à-dire d’une génératrice qui produit des tensions et des courants électriques alternatifs, plus faciles à transformer et à transporter que les courants continus.

Certaines installations du début du siècle sont encore en service, ce qui témoigne de la qualité de la conception et de la construction de leurs machines. Dans les alternateurs modernes, les courants produits prennent naissance dans les bobinages d’un circuit magnétique fixe, appelé induit ou stator, à l’intérieur duquel tourne un circuit magnétique portant les bobines inductrices, appelé inducteur ou rotor. On peut, par analogie, dire que la tension électrique produite est en quelque sorte le reflet de la hauteur de chute, et que l’intensité correspond au débit turbiné. Pour maintenir la tension à un niveau constant, il est nécessaire de modifier le débit de la turbine, ce qui se fait en fonction de la puissance demandée.

Les alternateurs des centrales hydrauliques sont le siège de courants de forte intensité et de tension élevée. Ces courants peuvent donner naissance à des arcs électriques, notamment dans les bobinages d’excitation du rotor. Ces arcs peuvent à leur tour générer de l’ozone, lequel est susceptible, même à de faibles concentrations, de détériorer les pièces en caoutchouc des tuyaux d’incendie et autres équipements.

Les alternateurs alimentent des transformateurs principaux de tranche, puis des transformateurs de puissance qui élèvent la tension et, par conséquent, réduisent l’intensité en vue d’un transport à distance. Abaisser l’intensité permet en effet de limiter les pertes d’énergie dues à l’échauffement des conducteurs pendant le transport. Dans certains transformateurs, les huiles couramment utilisées comme isolants sont remplacées par de l’hexafluorure de soufre à l’état gazeux. En fait, les décharges électriques peuvent donner naissance à des produits de décomposition notablement plus dangereux que l’hexafluorure de soufre (SF6), mais beaucoup moins importants quantitativement que le diélectrique SF6 lui-même.

Les circuits électriques sont équipés de disjoncteurs (sectionneurs) permettant d’isoler rapidement — et parfois automatiquement — un alternateur du réseau de distribution. Certains modèles utilisent un souffle d’air comprimé pour provoquer le sectionnement; en cas de déclenchement, ces appareils produisent un bruit extrêmement intense.

La gestion et l’exploitation des centrales

La plupart des gens connaissent mal la façon dont sont exploitées les entreprises de production d’électricité; c’est pourtant ce qui détermine généralement leur image aux yeux du public. Elles ont pour rôle d’assurer sans interruption un service fiable et disposent de leurs propres bureaux d’études. Au siège central, leurs organes directeurs sont assistés par des équipes d’ingénieurs et de techniciens et par un personnel administratif. Au niveau de l’exploitation, on trouve des chefs de centrale, des surveillants, des répartiteurs, des opérateurs et des équipes chargées d’assurer la maintenance des installations et d’effectuer les réparations qui peuvent être entreprises sur place. Cela peut conduire à démonter et à déplacer des pièces extrêmement lourdes et encombrantes au moyen de ponts roulants ou d’engins de levage spéciaux. Ces diverses opérations présentent les mêmes risques que les opérations analogues effectuées dans d’autres secteurs d’activité et appellent les mêmes précautions.

La production régulière d’énergie électrique consiste à gérer de manière rationnelle une série d’opérations mais, à la différence d’autres processus (ceux de l’industrie chimique, par exemple), les centrales hydrauliques sont bien souvent commandées à distance, parfois de très loin. Ce mode de fonctionnement exige, en contrepartie, des systèmes de commande, de régulation et de protection souvent sophistiqués, particulièrement efficaces et fiables. Les centrales ne possèdent pas, dans ces cas, de véritable personnel d’exploitation: la quasi-totalité des tâches du personnel sur place consistent en travaux de maintenance et de réparation courantes.

Les risques professionnels et la structure hiérarchique

Les entreprises de production et de distribution d’électricité sont gérées traditionnellement selon une structure ascendante; cela signifie qu’elles ont, de tout temps, permis à leurs employés de s’élever dans la hiérarchie et même d’accéder à des fonctions dirigeantes. Par contre, l’introduction latérale de personnel est plutôt rare. Il en découle un facteur qui joue un rôle très positif pour la sécurité et la santé du personnel: les membres de la direction et, dans tous les cas, les cadres supérieurs, intermédiaires et subalternes, auront connu, à un moment ou l’autre de leur carrière, les mêmes conditions de travail (c’est-à-dire aussi les mêmes conditions de sécurité ou d’insécurité) que les personnes qui occupent actuellement des postes moins élevés et travaillent sur le terrain. Cela devrait avoir pour résultat une prise de conscience plus aiguë, aux échelons supérieurs de la hiérarchie, des risques encourus par le personnel d’exploitation. D’un autre côté, le fait que des personnes désormais éloignées des sources de risques puissent voir les atteintes à leur santé demeurer ignorées sous prétexte qu’elles n’y sont plus exposées devrait conduire à une certaine prudence. S’agissant du bruit, par exemple, dont on sait qu’il peut avoir des effets cumulatifs, il est possible que des personnes travaillant au siège de l’entreprise aient subi antérieurement des pertes appréciables d’audition alors qu’elles exerçaient sur le terrain des emplois impliquant une exposition professionnelle à ce type de nuisance. Ces lésions auraient pu s’aggraver entre-temps, mais elles échapperaient aux contrôles audiométriques périodiques institués par l’entreprise, puisque ces examens sont généralement réservés aux seules personnes exposées actuellement à des niveaux de bruit potentiellement dangereux.

La maintenance des installations de production

La maintenance de ces installations comprend deux grandes catégories: la maintenance électrique et la maintenance mécanique, dont les risques peuvent être présents simultanément. Toutes deux peuvent être effectuées en parallèle, bien que les compétences et les précautions qu’elles appellent soient totalement différentes.

La maintenance mécanique peut nécessiter la mise à l’arrêt et le démontage d’un groupe turbo-alternateur entier. Le débit des turbines est contrôlé par les vannes placées au bas des conduites forcées, immédiatement en amont des groupes. Ces vannes peuvent être fermées pour interrompre l’écoulement de l’eau, par exemple lorsqu’il faut accéder à la bâche ou aux parties mobiles d’une turbine ou encore à son canal d’évacuation pour voir s’ils présentent des signes d’usure ou des fuites. Une fois le canal vidé, le plan d’eau sera ramené bien au-dessous de l’extrémité inférieure de la turbine et il sera possible de travailler dans l’espace ainsi créé.

En cas de nécessité, il s’impose parfois de retirer le rotor d’un alternateur ou la roue d’une turbine de leur logement et de les déposer sur le sol de la centrale pour nettoyer, réparer ou remplacer les bobinages, paliers, coussinets, freins, organes hydrauliques, etc., ou encore pour procéder à des travaux de peinture. Les pales, roues, aubes directrices, injecteurs, déflecteurs et bâches de turbines peuvent avoir été endommagés par la cavitation, phénomène qui se produit lorsque, par suite du mouvement de l’eau, sa pression devient inférieure à la tension de la vapeur d’eau. Il se forme alors des bulles de gaz au sein du liquide, et la turbulence causée par ces bulles entraîne une érosion des matériaux exposés. Il faut alors procéder à des réparations par soudage ou métallisation ou réparer et repeindre des surfaces en acier ou en béton. Les effets de la corrosion sur des pièces de métal devraient aussi être réparés.

Les risques professionnels

Des risques très divers sont liés à la production d’énergie hydroélectrique. Certains sont communs à tous les travailleurs employés dans ce secteur d’activité, alors que d’autres ne concernent que les personnels affectés à des tâches de maintenance électrique ou mécanique. La plupart des risques potentiels sont passés en revue dans les tableaux 76.1 et 76.2, qui énumèrent également les professions exposées et les précautions requises.

Tableau 76.1 Risques chimiques et biologiques dans la production d'énergie
hydro électrique

Exposition

Origine

Personnel concerné

Méthodes de réduction

Amiante

L’amiante peut être présent dans les freins d’alternateurs, les isolants des tuyaux et des câbles, les peintures appliquées au pistolet, l’amiante-ciment et d’autres produits; l’exposition dépend de la friabilité du matériau et de la proximité de la source

Personnel de maintenance électrique; personnel de maintenance mécanique

Adoption des meilleures pratiques en usage pour les travaux effectués avec des produits contenant de l’amiante
Equipement de protection individuelle
Protection respiratoire
Mesures d’hygiène individuelle
Surveillance médicale (selon les circonstances)

Chlore

Une exposition au chlore peut se produire lors des opérations de raccordement des bouteilles de chlore aux circuits de traitement de l’eau et des effluents

Opérateurs présents

Suivre les instructions du fabricant pour l’utilisation des bouteilles de chlore
Appareil respiratoire de secours

Biphényles polychlorés (BPC)

Des BPC étaient employés comme liquides d’isolation électrique jusqu’au début des années soixante-dix; on peut encore trouver ces liquides ou des résidus de ceux-ci dans les câbles, les condensateurs, les transformateurs ou d’autres équipements; l’exposition se fait par inhalation ou contact avec la peau. La survenue d’un incendie ou d’une chaleur intense lorsque ces équipements sont en service peut transformer les BPC en furannes et en dioxines

Personnel de maintenance électrique

Equipement de protection individuelle
Protection respiratoire
Surveillance médicale (selon les circonstances)

Emissions des moteurs diesel

Les émissions comprennent principalement du dioxyde d’azote, de l’oxyde nitrique, du monoxyde de carbone, du dioxyde de carbone, du dioxyde de soufre et des particules contenant des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) émis par des véhicules ou des moteurs fonctionnant dans la centrale

Ensemble du personnel

Interdiction de faire fonctionner les automobiles et les camions à l’intérieur des locaux
Systèmes d’aspiration pour capter les gaz d’échappement à la source
Convertisseurs catalytiques sur les systèmes d’échappement

Fumées de soudage et de brasage

Présence de cadmium, de plomb et d’argent dans les soudures


Le travail s’effectue principalement sur des aciers au carbone et des aciers inoxydables; le soudage se fait à l’aluminium dans certains cas; des soudages de consolidation sont nécessaires pour réparer les parties érodées par la cavitation
Emissions: gaz protecteur et flux, fumées métalliques, ozone, dioxyde d’azote, rayonnement visible et ultraviolet

Personnel de maintenance électrique


Personnel de maintenance mécanique

Ventilation par aspiration à la source
Equipement de protection individuelle
Protection respiratoire
Mesures d’hygiène individuelle
Surveillance médicale (selon la composition du métal de base et du métal en fil ou en cordon)

Hexafluorure de soufre et produits de décomposition

La décomposition de l’hexafluorure de soufre sous l’action d’un arc électrique produit des substances gazeuses ou solides considérablement plus toxiques que celui-ci
L’émission de grandes quantités d’hexafluorure de soufre dans les locaux situés au-dessous du niveau du sol peut causer l’asphyxie par déplacement de l’oxygène

Personnel de maintenance électrique

Ventilation par aspiration à la source
Equipement de protection individuelle
Protection respiratoire

Surveillance médicale (selon les circonstances)

Huiles et lubrifiants

Les enroulements des rotors et des stators sont recouverts d’une couche d’huile et de liquides hydrauliques; la décomposition d’hydrocarbures au contact de surfaces chaudes peut produire des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP)
L’exposition se fait par inhalation ou au contact avec la peau
Le contact cutané peut causer des dermites

Personnel de maintenance électrique; personnel de maintenance mécanique

Equipement de protection individuelle (selon les circonstances)

Ozone

L’ozone produit par la formation d’arcs électriques dans les rotors et dans d’autres équipements électriques peut poser un problème d’exposition, selon la proximité de la source

Ensemble du personnel

Entretien des installations électriques pour éviter la formation d’arcs

Poussières abrasives (sablage)

Les poussières peuvent contenir des produits de sablage et des débris de peinture
Les peintures appliquées avant 1971 peuvent contenir des byphényles polychlorés (BPC)

Personnel de maintenance mécanique

Système de captage des poussières
Equipement de protection individuelle
Protection respiratoire
Mesures d’hygiène individuelle
Surveillance médicale (selon les circonstances)

Produits de décomposition des peintures

Emissions: monoxyde de carbone, pigments inorganiques contenant du chromate de plomb et d’autres chromates; produits de décomposition des résines des peintures. Les plastifiants utilisés avant 1971 peuvent contenir des byphényles polychlorés (BPC).
Les BPC chauffés peuvent produire des furannes et des dioxines

Personnel de maintenance mécanique

Ventilation par aspiration à la source
Protection respiratoire
Mesures d’hygiène individuelle
Surveillance médicale (selon la composition de la peinture)

Produits d’explosion de batteries

Les courts-circuits entre bornes des batteries d’accumulateurs peuvent causer des explosions et des incendies ainsi qu’une exposition à l’électrolyte liquide et aux aérosols

Personnel de maintenance électrique

Protection des bornes des accumulateurs et des conducteurs non isolés
Pratiques et procédures pour assurer la sécurité des conditions de travail

Restes d’insectes

Certains insectes se reproduisent dans les eaux courantes au voisinage des centrales; après l’accouplement, les adultes meurent et leur carcasse se désagrège et se dessèche
Une allergie respiratoire aux substances présentes dans les poussières peut apparaître chez certaines personnes


Lors d’une vidange, certaines larves d’insectes vivant dans les canalisations d’eau tentent de rester immergées dans l’eau qui subsiste en produisant des cordons filamenteux
Une allergie respiratoire aux poussières provenant du dessèchement de ces matières peut apparaître chez certaines personnes

Ensemble du personnel








Personnel de maintenance

Les insectes qui passent une partie de leur vie dans les eaux courantes perdent leur habitat à la suite de la construction d’une centrale hydroélectrique. Ces organismes peuvent rechercher dans les canalisations d’eau de la centrale un habitat de substitution. Les poussières de leurs restes desséchés peuvent entraîner une sensibilisation allergique
Mesures de lutte: éclairage n’attirant pas les insectes volants; protection des fenêtres, portes et autres ouvertures des bâtiments; aspiration des carcasses d’insectes

Solvants de nettoyage

Le nettoyage des équipements électriques nécessite l’emploi de solvants qui possèdent des propriétés spécifiques d’inflammabilité et de solubilité et qui s’évaporent rapidement sans laisser de résidus; les solvants répondant à ces caractéristiques sont volatils et peuvent présenter des risques à l’inhalation

Personnel de maintenance électrique

Ventilation par aspiration à la source
Equipement de protection individuelle
Protection respiratoire

Vapeurs de peinture

Les aérosols des peintures contiennent de la peinture et du diluant pulvérisés; les solvants en gouttelettes ou en vapeurs peuvent former un mélange inflammable; des résines peuvent contenir des isocyanates, des époxydes, des amines, des peroxydes et d’autres produits intermédiaires réactifs
Des vapeurs de solvants peuvent être présentes dans les zones de stockage et de mélange des peintures et dans les cabines de peinture au pistolet; des mélanges inflammables peuvent se former dans les espaces confinés pendant la pulvérisation

Personnes présentes, peintres

Cabine de peinture au pistolet
Equipement de protection individuelle
Protection respiratoire
Mesures d’hygiène individuelle
Surveillance médicale (selon les circonstances)

Tableau 76.2 Risques d'accidents et d'atteintes à la santé dans la production
d'énergie hydroélectrique

Exposition

Origine

Personnel concerné

Méthodes de réduction

Bruit

Le bruit constant des alternateurs et d’autres sources ou opérations peut dépasser les limites réglementaires
Les disjoncteurs à air comprimé, susceptibles de se déclencher à tout moment, produisent des bruits d’impact très élevés

Ensemble du personnel

Application des techniques de réduction du bruit
Protection auditive individuelle

Chaleur

Les alternateurs dégagent une chaleur considérable; les alternateurs et les échangeurs de chaleur peuvent rejeter de l’air chaud à l’intérieur de la centrale; la structure de la centrale peut absorber et rayonner l’énergie solaire à l’intérieur du bâtiment; des accidents dus à la chaleur sont possibles pendant les mois les plus chauds, selon le climat et l’effort fourni

Personnel travaillant à l’intérieur

Déviation de l’air chaud vers le toit, protections, systèmes de régulation thermique
Boissons de réhydratation
Equipement de protection individuelle

Champs électro-magnétiques (y compris à fréquences radio-électriques)

Les équipements de production d’énergie électrique ainsi que d’autres équipements électriques produisent des champs continus ou des champs alternatifs basse fréquence; l’exposition dépend de la proximité de la source et de la protection offerte par les structures. Les champs magnétiques sont particulièrement difficiles à atténuer par un blindage. L’effet de l’exposition reste à établir
Champs à fréquences radioélectriques: les effets sur l’être humain ne sont pas entièrement établis

Ensemble du personnel

Risque non établi au-dessous des limites actuelles

Ecrans de visualisation

Une bonne utilisation des postes de travail informatiques exige l’application des principes de l’ergonomie propres aux écrans de visualisation et au matériel de bureau

Personnel de bureau (personnel de direction, administratif et technique)

Application des principes ergonomiques concernant le matériel de bureau à la sélection et à l’utilisation des écrans

Electrocutions

Dans les centrales, plusieurs zones contiennent des conducteurs non protégés sous tension; des équipements renfermant des conducteurs protégés peuvent être sous tension si l’on enlève la protection. Les risques d’électrocution résultent de l’entrée délibérée dans des zones non autorisées ou d’une défaillance accidentelle des systèmes de protection

Ensemble du personnel

Mise en place de pratiques et de procédures pour assurer la sécurité des personnes travaillant avec des équipements électriques

Espaces confinés

Les barrages, ouvrages de retenue, vannes de contrôle, conduites, équipements des alternateurs et des turbines comportent un grand nombre de puits, cuves, enceintes et autres espaces entièrement ou partiellement clos où l’oxygène peut venir à manquer et où l’accumulation de substances ou la présence d’autres risques peuvent se révéler dangereuses

Ensemble du personnel

Dispositifs de contrôle de l’air
Systèmes de ventilation portatifs
Equipements de protection individuelle
Protection respiratoire

Noyades

Des noyades peuvent se produire à la suite d’une chute dans les eaux courantes de la retenue, du point de restitution ou d’un autre secteur. Aux latitudes élevées, l’eau est extrêmement froide au printemps, en automne et en hiver

Ensemble du personnel

Barrières de protection
Dispositifs antichute
Gilets de sauvetage

Postures de travail incommodes

Un travail prolongé dans une posture incommode peut conduire à des lésions de l’appareil locomoteur
Des risques de chute existent autour des puits et des ouvertures

Ensemble du personnel

Equipements conçus selon les principes de l’ergonomie
Formation à la mise en condition des muscles, au soulèvement de charges et à la prévention des lésions dorsales
Pratiques de travail choisies pour réduire au minimum les lésions de l’appareil locomoteur

Problèmes climatiques

Le rayonnement ultraviolet peut occasionner des coups de soleil, des cancers de la peau et des cataractes
Des températures basses peuvent entraîner refroidissements et engelures
Des températures élevées peuvent causer un coup de chaleur

Personnel travaillant à l’extérieur

Vêtements de protection contre le froid
Vêtements de protection contre le rayonnement solaire
Protection des yeux contre le rayonnement solaire
Ecrans solaires (pas d’utilisation prolongée sans avis médical)

Travail posté

Le travail posté peut produire des tensions physiologiques et psychosociales; celles-ci peuvent être particulièrement graves pour les quelques personnes employées au sein de groupes petits et isolés où ce type de travail se rencontre souvent

Opérateurs intéressés

Adoption d’horaires qui tiennent compte de ce que l’on sait sur le rythme circadien

Vibrations mains-bras

Les vibrations produites par les outils électriques et autres équipements à main sont transmises par les poignées

Personnel de maintenance électrique; personnel de maintenance mécanique

Utilisation d’outils répondant aux normes actuelles en matière de vibrations mains-bras
Poignées antivibratiles
Gants absorbant les vibrations

Vibrations transmises au corps entier

Les vibrations structurelles ayant pour origine la rotation des alternateurs et les turbulences de l’eau sont transmises par le sol et les parois

Ensemble du personnel

Contrôle et entretien des éléments rotatifs pour réduire au minimum les vibrations

Les effets sur l’environnement

La production d’énergie hydroélectrique a été présentée par le passé comme une activité sans danger pour l’environnement. Certes, la fourniture d’énergie et la stabilisation des cours d’eau présentent de grands avantages pour la société, mais elle s’accompagne toujours d’un coût pour l’environnement, qui fait l’objet d’une prise de conscience et d’une attention croissantes depuis quelques années. Ainsi, on sait aujourd’hui que le fait de submerger de grandes étendues de terres et de roches par des eaux acides peut libérer les métaux contenus dans ces matériaux. Une bioaccumulation de mercure a été constatée sur des poissons capturés dans les eaux de zones inondées.

La submersion modifie également les caractéristiques de turbulence de l’eau ainsi que son degré d’oxygénation. Ces deux éléments peuvent avoir des effets écologiques sérieux. Ainsi, les remontes de migrations anadromes des saumons ont disparu dans les rivières sur lesquelles des barrages ont été édifiés. Ce phénomène est dû en partie au fait que les poissons sont dans l’incapacité de repérer ou d’emprunter les échelles à poissons qui pourraient les conduire au plan d’eau supérieur. De plus, l’étendue d’eau retenue par une digue ou un barrage ressemble davantage à un lac qu’à une rivière, et l’on sait que les eaux calmes d’un lac ne sont pas compatibles avec les migrations des saumons.

Les mises en eau détruisent également les habitats des poissons et aussi parfois les zones de reproduction des insectes, qui servent à la nourriture des poissons et d’autres organismes. Dans certains cas, ce sont également des terres agricoles productives et des forêts qui ont disparu. La submersion de zones étendues fait également craindre des changements climatiques ou d’autres modifications de l’équilibre écologique. Par ailleurs, le fait de retenir des eaux douces qui, jusque-là, s’écoulaient dans des eaux salées suscite des inquiétudes quant à de possibles variations de la salinité en aval.

LA PRODUCTION D’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE À PARTIR DE COMBUSTIBLES FOSSILES

Anthony W. Jackson

L’exploitation des centrales électriques alimentées au charbon ou aux hydrocarbures — appelées aussi centrales thermiques — implique toute une série d’opérations au cours desquelles les travailleurs peuvent être exposés à des traumatismes et à des agents chimiques ou physiques dangereux. Il est possible de limiter ces risques en conjuguant une conception adéquate, l’emploi d’une main-d’œuvre qualifiée et une bonne planification des tâches. Une conception adéquate garantit que tous les éléments de la centrale répondent aux prescriptions en matière d’intégrité et de sécurité de fonctionnement. La sécurité des opérations de fonctionnement et de maintenance sera également assurée par un aménagement rationnel des équipements (moyens d’accès, etc.). Il importe d’identifier les risques potentiels et d’appliquer les mesures de sécurité requises consistant par exemple à mettre des circuits hors tension, à installer des protections et à porter, en cas de besoin, des équipements de protection individuelle appropriés. Les centrales modernes offrent, dans le domaine de la sécurité, des résultats comparables à ceux d’autres industries mécaniques lourdes. La plus forte proportion d’accidents ayant entraîné un arrêt de travail se rencontre chez le personnel de maintenance. Les lésions consistent fréquemment en entorses ou contusions des tissus mous du corps et, le plus souvent, en problèmes dorsaux. On trouve aussi des maladies professionnelles associées à une exposition chronique au bruit et, parfois, à l’amiante.

L’exploitation d’une centrale moderne alimentée au charbon comprend plusieurs opérations.

Le traitement du charbon

Il s’agit d’opérations comprenant la réception du charbon (arrivé par train ou par bateau), son stockage et la reprise des quantités nécessaires pour alimenter les turbo-alternateurs. Elles exigent la mise en œuvre d’équipements lourds (tracteurs-décapeurs et bouteurs) pour former des tas compactés, ce qui est nécessaire pour éviter que des incendies ne se déclenchent par combustion spontanée. Le charbon est ensuite acheminé par des transporteurs mécaniques jusqu’à la centrale. Afin de réduire l’exposition du personnel aux poussières de charbon, qui peuvent causer une pneumoconiose, on pulvérise de l’eau sur le charbon en tas et on utilise des cabines de commande fermées équipées de filtres à poussières. Pour certaines tâches entraînant une exposition à des concentrations particulièrement élevées de poussières de charbon, il est nécessaire d’utiliser des appareils de protection respiratoire comportant des absorbeurs de particules à haut rendement (HEPA). La plupart des personnes travaillant dans ces zones des centrales sont exposées à des niveaux de bruit supérieurs à 85 dBA qui peuvent causer des pertes d’audition. Les mesures de protection consistent dans le port de bouchons auriculaires ou de casques antibruit et dans la mise en œuvre d’un programme de protection de l’ouïe.

Plusieurs risques courants sont à prendre en compte pour les travailleurs dans cette zone de la centrale. Si les travailleurs opèrent à proximité d’un plan d’eau, il convient d’apporter une attention particulière aux méthodes de travail et de prévoir des équipements de sauvetage. Le charbon stocké forme un sol irrégulier et la conduite de nuit de gros engins exige que la zone soit bien éclairée. En ce qui concerne les goulottes de transport du charbon qui s’obstruent assez facilement, en particulier pendant les hivers rigoureux et qui doivent être dégagées manuellement, la meilleure prévention consiste à mettre en place des couvercles amovibles qui permettent un accès facile. Par ailleurs, la sécurité d’exploitation et de maintenance des grands systèmes de transporteurs mécaniques conduit à prévoir des carters de protection sur les mécanismes d’entraînement, les tambours d’extrémité, les tendeurs et tous les autres points où le personnel risque d’être coincé ou happé.

Le fonctionnement des groupes chaudière-turbine

Le fonctionnement d’un groupe chaudière-turbine à haute pression exige une série de contrôles rigoureux pour assurer des conditions de sécurité satisfaisantes. Ces contrôles portent sur l’intégrité matérielle des équipements ainsi que sur les qualifications et l’expérience du personnel d’exploitation. L’intégrité des éléments à haute pression quant à elle est assurée à la fois par l’existence de spécifications appropriées, précisées dans des normes techniques, et par une inspection périodique des joints soudés à l’aide d’un examen à l’œil nu et de techniques d’imagerie non destructives (rayons X et méthodes fluoroscopiques). La pose de soupapes de décharge, contrôlées périodiquement, permet d’éviter les surpressions dans la chaudière. Les connaissances requises du personnel sont garanties par un programme interne de formation continue associé à un système d’autorisation officielle valable pour plusieurs années.

L’environnement technique d’une centrale est constitué par un ensemble de systèmes complexes servant à alimenter la chaudière en combustible, en air de combustion, en eau déminéralisée et en eau de refroidissement. En plus des risques propres à la vapeur sous haute pression, cet environnement présente divers autres risques courants ou physico-chimiques. En périodes de fonctionnement, le risque le plus courant est le bruit. Des études montrent que pour le personnel affecté à l’exploitation ou à la maintenance, l’exposition moyenne pondérée en fonction du temps est supérieure à 85 dBA, ce qui nécessite le port d’une protection auditive (bouchons auriculaires ou casque antibruit) dans une grande partie de la centrale, ainsi que des contrôles audiométriques périodiques pour vérifier l’absence de troubles de l’audition. Les principales sources de bruit sont les pulvérisateurs de charbon, les groupes turbo-alternateurs et les compresseurs d’air auxiliaires. Les concentrations de poussières dans la centrale pendant les périodes de fonctionnement dépendent de l’attention accordée par la maintenance à l’état de l’isolation thermique. Il s’agit d’une question particulièrement préoccupante dans la mesure où les matériaux isolants les plus anciens sont en grande partie constitués d’amiante. L’application de mesures rigoureuses (consistant essentiellement à recoller et à confiner l’isolant là où il est détérioré) permet d’obtenir des concentrations d’amiante dans l’air qui sont à la limite de la détection (< 0,01 fibre/cm3).

Dans l’exploitation d’une centrale, la dernière étape qui peut présenter des risques est celle de la collecte et de la manutention des cendres. La collecte des cendres s’effectue généralement à l’extérieur de la centrale au moyen de grands dépoussiéreurs électrostatiques; l’usage de filtres en tissu s’est développé au cours des dernières années. Dans les deux cas, les cendres sont extraites des gaz de combustion et conservées dans des silos de stockage. Tous les procédés employés pour leur manutention ultérieure causent nécessairement des émissions de poussières, malgré les efforts importants qui sont faits pour limiter les concentrations. Ces cendres (à savoir les cendres volantes, différentes des cendres résiduelles qui s’accumulent dans la partie inférieure de la chaudière) contiennent une proportion appréciable de matières respirables (de 30 à 50%) pouvant avoir des effets néfastes sur la santé des travailleurs exposés. Deux constituants de ces cendres ont une importance particulière à cet égard: la silice cristalline (agent de la silicose puis, éventuellement, du cancer du poumon) et l’arsenic (associé aux cancers de la peau et du poumon). Dans les deux cas, il est nécessaire d’évaluer le degré d’exposition pour déterminer si les limites réglementaires sont dépassées et si l’on doit mettre en place des programmes de lutte spécifiques. Ces analyses, qui peuvent comporter l’emploi d’appareils de prélèvement individuels, devraient être étendues à tous les travailleurs susceptibles d’être affectés, y compris ceux qui peuvent être exposés pendant l’inspection des systèmes de dépoussiérage et des surfaces de broyage et de chauffage de la chaudière, où il est connu que de l’arsenic se dépose. Le vanadium peut aussi poser un problème lorsque les brûleurs consomment du pétrole. Les programmes de prévention devront, si nécessaire, prévoir des campagnes d’information pour expliquer aux travailleurs qu’il est important d’éviter l’ingestion de cendres (ne pas manger, boire ou fumer dans les zones de manutention des cendres) et de se laver soigneusement après un contact avec ce type de résidu. Les concentrations de poussières mesurées lors de ces examens atteignent généralement des valeurs telles qu’il est justifié de mettre en place un programme de protection respiratoire en ce qui concerne l’exposition aux poussières nocives totales. Il est à noter à ce propos que la base de données sur la mortalité industrielle aux Etats-Unis, gérée par l’Institut national de la sécurité et de la santé au travail (National Institute for Occupational Safety and Health (OSHA)), ne fournit aucune indication quant aux décès attribuables à une exposition à la silice ou à l’arsenic dans l’industrie américaine de production d’énergie électrique.

La maintenance

C’est pendant les activités de maintenance que l’exposition aux facteurs nocifs courants est la plus forte. En raison de la complexité des centrales modernes, il est extrêmement important de prévoir des dispositifs de coupure efficaces des circuits alimentant les diverses parties des installations, de manière qu’elles ne puissent pas être remises sous tension pendant la durée des interventions. On a généralement recours à cette fin à des systèmes élaborés de verrouillage des appareils de coupure et à des mises en garde.

Les activités de maintenance présentent toute une série de risques courants, en particulier:

Dans tous les cas, ces risques peuvent être pris en compte et gérés au moyen d’une analyse systématique consistant à les identifier et à prendre à temps les mesures qui s’imposent.

Les activités de maintenance impliquent la présence et l’utilisation d’une grande diversité de produits commerciaux dangereux. L’amiante est encore très répandu, étant donné qu’il a été largement utilisé comme isolant thermique et qu’il entre dans la composition de nombreux produits commerciaux. Il convient donc de mettre en œuvre toutes les mesures de protection voulues pour faire en sorte que les matériaux contenant de l’amiante soient correctement identifiés par une analyse microscopique (lorsqu’un matériel approprié est disponible sur place, les délais sont nettement plus courts). Le choix des méthodes de protection dépend également de l’échelle des opérations. Pour les tâches de grande ampleur, on construira des enceintes fonctionnant sous légère dépression (pour éviter les pertes vers l’extérieur) et l’on adoptera toutes les dispositions relatives aux «chantiers propres». On veillera également à ce que les travailleurs soient équipés d’une protection respiratoire et l’on prendra des dispositions rigoureuses pour prévenir une contamination externe. Tout matériau contenant de l’amiante devra être intégralement humidifié, placé dans des sacs et repéré par un marquage en vue de son élimination. Avant la reprise des activités, on procédera à un examen approfondi pour s’assurer que l’amiante a été totalement éliminé. Les concentrations régnant sur les lieux de travail seront enregistrées et l’on effectuera périodiquement les examens complémentaires d’imagerie médicale jugés nécessaires, conjugués à des explorations fonctionnelles respiratoires pour déceler les débuts d’éventuelles lésions. En cas de résultat positif, le travailleur sera immédiatement soustrait à toute nouvelle exposition. Fort heureusement, on est parfaitement conscient à l’heure actuelle des risques liés à une exposition à l’amiante.

Dans leur grande majorité, les autres produits dangereux mis en œuvre sont présents en petites quantités seulement et font l’objet d’une utilisation sporadique, de sorte que leurs effets sont globalement insignifiants. Les expositions les plus significatives à des produits dangereux tiennent plus à des opérations spécifiques qu’à des produits particuliers.

Le soudage, par exemple, est une opération courante susceptible de causer des atteintes à la santé. L’exposition aux rayonnements ultraviolets de l’arc électrique peut entraîner une cécité temporaire et une grave irritation des yeux (ophtalmie des soudeurs à l’arc). Les vapeurs d’oxydes métalliques inhalées peuvent causer la «fièvre des fondeurs», tandis que les oxydes d’azote et l’ozone formés aux températures élevées de l’arc peuvent être à l’origine de pneumonies chimiques et, dans certains cas, de problèmes respiratoires chroniques. Les mesures de protection à appliquer incluent les adaptations du poste de travail, le port d’écrans oculaires pour protéger de la lumière diffuse les personnes travaillant à proximité, la mise en place d’un système d’extraction par aspiration localisée ou d’une protection respiratoire (appareil de protection respiratoire à adduction d’air filtré).

D’autres activités courantes sont le meulage et le sablage, qui présentent des risques d’inhalation d’oxydes métalliques et de particules abrasives. Pour les prévenir, il convient en général de bien choisir l’agent abrasif (le sable a été abandonné au profit d’agents moins agressifs comme la grenaille d’acier ou les coques de végétaux) et de lui associer un système approprié de captage à la source.

Une autre activité comportant des expositions importantes est l’application de revêtements protecteurs sur des surfaces métalliques. Ces revêtements peuvent contenir des solvants qui vont se dégager dans l’atmosphère du lieu de travail. Le degré d’exposition des travailleurs peut être limité ici aussi par un captage à la source ou, si cette solution est impraticable, par une protection respiratoire appropriée.

LA PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ NUCLÉAIRE

W.G. Morison

Dans tous les réacteurs nucléaires, l’énergie thermique est produite par une fission en chaîne des noyaux atomiques du combustible. Le combustible nucléaire le plus courant est l’uranium 235. A chaque fission, un noyau se scinde en deux parties en libérant également des neutrons qui provoquent de nouvelles fissions. La majeure partie de l’énergie ainsi libérée est emportée par les produits de fission et convertie à son tour en énergie thermique dans les atomes voisins qui arrêtent ces produits de fission et absorbent leur rayonnement. Les neutrons emportent environ 3% de l’énergie de fission.

Pour éviter un échauffement excessif du cœur du réacteur, on utilise un fluide caloporteur liquide ou gazeux qui sert à produire également, de manière directe ou indirecte, la vapeur servant à entraîner la turbine. Le réglage de la réaction de fission au niveau souhaité s’effectue au moyen de barres de commande renfermant des absorbeurs de neutrons que l’on enfonce ou retire au sein de cavités ménagées dans le cœur du réacteur. Dans les réacteurs à eau sous pression, les matériaux absorbants peuvent être introduits dans le circuit de refroidissement du réacteur sous la forme de produits solubles.

La majorité des produits de fission sont instables et donc radioactifs. Ils se désintègrent en émettant des rayonnements dont le type et le taux sont caractéristiques de chacun d’eux et laissent un produit de filiation qui peut également être radioactif. Cette suite de désintégrations se poursuit jusqu’à donner des produits qui sont stables, c’est-à-dire non radioactifs. D’autres produits radioactifs sont formés dans le réacteur par absorption de neutrons dans les noyaux des atomes de matériaux non fissiles, comme l’uranium 238, et dans les matériaux des structures, comme les guides, les supports et le gainage des éléments combustibles.

Dans les réacteurs, après un certain temps de fonctionnement, la désintégration des produits de fission et la création de nouveaux produits de fission atteignent un quasi-équilibre. A ce stade, le rayonnement et l’énergie résultant de la désintégration des produits radioactifs représentent près d’un dixième de l’énergie produite dans le réacteur.

C’est la présence de ces grandes quantités de produits radioactifs qui est à l’origine des risques propres aux centrales nucléaires. Dans des conditions normales d’exploitation, la majorité de ces produits radioactifs se comportent comme des solides; d’autres réagissent comme des gaz ou deviennent volatils aux températures élevées dans le réacteur. Certains de ces produits radioactifs peuvent être facilement absorbés par les organismes vivants et ils ont des effets marqués sur les processus biologiques. Ils présentent donc un danger s’ils sont émis ou dispersés dans l’environnement.

Les types et les caractéristiques des centrales nucléaires

Les réacteurs à neutrons thermiques utilisent des matériaux appelés modérateurs pour ralentir les neutrons rapides produits par la fission et en faciliter la capture par les atomes d’uranium 235 fissile. L’eau ordinaire est fréquemment employée comme modérateur. On utilise également le graphite et le deutérium, isotope de l’hydrogène, sous la forme d’oxyde de deutérium, ou eau lourde. L’eau ordinaire est essentiellement de l’oxyde d’hydrogène, avec une faible proportion (0,015%) d’oxyde de deutérium.

La chaleur est extraite du combustible à l’aide d’un fluide caloporteur, qui produit directement ou indirectement la vapeur servant à entraîner la turbine et agit sur la température du cœur du réacteur de manière à éviter dans celui-ci une surchauffe qui détériorerait le combustible ou le matériau des structures. Les fluides caloporteurs normalement rencontrés dans les réacteurs à neutrons thermiques sont l’eau ordinaire, l’eau lourde et le dioxyde de carbone. L’eau, qui a de bonnes caractéristiques en tant que caloporteur (chaleur spécifique élevée, faible viscosité, facilité de pompage), est l’agent le plus couramment utilisé dans les centrales nucléaires. Le refroidissement du cœur d’un réacteur avec de l’eau sous pression ou de l’eau bouillante permet d’atteindre des puissances volumiques élevées, de sorte qu’il est possible de construire des unités de grande puissance dans des cuves de dimensions relativement modestes. En revanche, les circuits de refroidissement à eau du réacteur doivent fonctionner sous des pressions importantes pour que la vapeur atteigne une pression et une température utiles favorables à un rendement efficace du groupe turbine à vapeur-alternateur. Il est donc capital que les parties extérieures du circuit de refroidissement du réacteur demeurent intactes dans toute centrale nucléaire refroidie par eau, car elles forment une barrière qui assure la sécurité à la fois des travailleurs, du public et de l’environnement.

Le combustible employé dans tous les réacteurs nucléaires refroidis par eau et dans la plupart des autres réacteurs est le dioxyde d’uranium sous forme d’un composé céramique placé dans une gaine métallique en acier inoxydable ou en alliage de zirconium. Le dioxyde d’uranium fritté est un produit non inflammable, qui peut être utilisé pendant de longues durées et qui peut retenir ses produits de fission à des températures élevées sans déformation importante ni rupture. Les seuls réacteurs à neutrons thermiques en service qui font appel à un combustible autre que le dioxyde d’uranium sont ceux des centrales du type magnox, refroidies par du dioxyde de carbone. Ces installations sont en voie de disparition; elles ne sont pas remplacées lorsqu’elles parviennent à la fin de leur vie utile.

Les absorbeurs de neutrons comme le bore, le cadmium, le hafnium ou le gadolinium, employés sous différentes formes, par exemple comme barres de commande sous gaine d’acier ou en solution dans les fluides caloporteurs ou encore comme modérateurs, sont introduits dans le cœur du réacteur ou retirés pour régler le taux de fission au niveau fixé. A la différence des procédés de production d’énergie d’origine fossile, il n’est pas nécessaire d’augmenter la quantité de combustible pour accroître le niveau d’énergie produit dans une réaction de fission en chaîne.

Une fois amorcée, la montée en puissance se poursuit jusqu’à ce que l’on freine le processus en insérant dans le cœur du réacteur une quantité appropriée d’absorbeurs de neutrons et de modérateurs. La montée en puissance est causée par un excédent de neutrons dans la réaction en chaîne par rapport à ce qui est nécessaire pour maintenir l’équilibre. Il est donc possible de régler avec une grande précision le taux de fission et la production d’énergie qui en résultent en ajoutant ou en retirant de très faibles quantités de matériaux absorbant les neutrons. Lorsqu’une diminution soudaine de l’énergie produite est nécessaire, on introduit dans le cœur du réacteur une quantité relativement importante d’absorbeurs de neutrons. Chaque type de réacteur possède ses propres caractéristiques de réactivité qui déterminent la conception des dispositifs d’absorption employés pour le réglage du processus et la mise à l’arrêt, de manière à assurer une régulation efficace de l’énergie produite et, si nécessaire, un arrêt rapide et sûr des opérations. Tous les réacteurs fonctionnent cependant selon les mêmes principes de base en matière de réglage et de sécurité.

Les principaux types de réacteurs thermiques en service à l’heure actuelle sont représentés à la figure 76.1, et leurs principales caractéristiques sont indiquées au tableau 76.3. Dans les schémas de principe présentés à la figure 76.1, on remarque des blindages en béton qui entourent les réacteurs et les circuits primaires de refroidissement. Ces blindages, de formes diverses, ont en général le double rôle d’assurer une protection contre les rayonnements produits directement par le réacteur et de circonscrire les fuites des circuits de refroidissement ou de modération du réacteur; ils sont normalement conçus pour résister aux fortes pressions qui pourraient être atteintes à la suite d’une défaillance grave des circuits de refroidissement.

Figure 76.1 Types de récteurs nucléaires

Figure 76.1

Figure 76.1

Figure 76.1

Tableau 76.3 Caractéristiques des centrales nucléaires

Type de réacteur

Combustible

Modérateur

Caloporteur et pression approximative (bar)

Production de vapeur

Nombre d’unités en service

Puissance nette (MWe)

PWR

Dioxyde d’uranium enrichi
(2 à 5% 235U)

Eau ordinaire

Eau ordinaire (160 bar)

Indirecte

251

223 717

PHWR
(type CANDU)

Dioxyde d’uranium non enrichi
(0,71% 235U)

Eau lourde

Eau lourde (90 bar)

Indirecte

34

18 927

BWR

Dioxyde d’uranium enrichi
(2 à 3% 235U)

Eau ordinaire

Eau ordinaire bouillant dans le cœur (70 bar)

Directe

93

78 549

GCR
(type MAGNOX)

Uranium métallique non enrichi
(0,71% 235U)

Graphite

Dioxyde de carbone (20 bar)

Indirecte

21

3 519

AGR

Dioxyde d’uranium enrichi
(2,3% 235U)

Graphite

Dioxyde de carbone (40 bar)

Indirecte

14

8 448

LWGR
(type RBMK)

Dioxyde d’uranium enrichi
(2 à 2,5% 235U)

Graphite

Eau ordinaire bouillant dans le cœur (70 bar)

Directe

18

13 644

FBR

Mélange d’oxydes

Néant

Sodium (10 bar)

Indirecte

3

928

Dans les centrales équipées d’un réacteur à eau sous pression (Pressurized Water Reactor (PWR)), le fluide de refroidissement primaire du réacteur et le modérateur sont identiques: on emploie de l’eau ordinaire purifiée, qui est isolée du circuit secondaire d’eau d’alimentation et de vapeur par une paroi métallique dans l’échangeur du générateur de vapeur (appelé parfois chaudière), au travers de laquelle la chaleur est transmise par conduction. La vapeur alimentant le turbo-alternateur n’est donc pas radioactive, et le groupe turbine à vapeur-alternateur peut fonctionner comme dans une centrale classique. Etant donné que l’hydrogène présent dans l’eau servant à la modération et au refroidissement primaire absorbe une proportion appréciable de neutrons, il est nécessaire d’accroître la concentration en uranium 235 fissile dans le combustible jusqu’à des valeurs comprises entre 2 et 5% pour maintenir des réactions en chaîne convenant à une production d’énergie sur des périodes prolongées.

Dans toutes les centrales actuelles à réacteurs à eau lourde sous pression (Pressurized Heavy Water Reactors (PHWR)), on utilise comme modérateur et comme fluide de refroidissement primaire de l’eau lourde avec une teneur très élevée en oxyde de deutérium (> 99%). Dans les PHWR de type CANDU, qui représentent la quasi-totalité des PHWR en service, le modérateur est distinct du fluide de refroidissement primaire et il est maintenu à une température et à une pression relativement basses, ce qui permet de disposer d’un environnement bien adapté pour l’implantation des instruments de contrôle et de commande, ainsi que d’une capacité de refroidissement de réserve intégrée en cas de défaillance du circuit de refroidissement primaire. Dans les réacteurs de type CANDU, le combustible et le fluide caloporteur primaire sont disposés dans des tubes de force horizontaux à l’intérieur du cœur. Comme dans les PWR, le circuit primaire de refroidissement et le circuit secondaire de vapeur et d’alimentation en eau sont séparés par une paroi métallique dans l’échangeur du générateur de vapeur, paroi à travers laquelle la chaleur est transférée du circuit primaire d’eau lourde au circuit de vapeur et d’alimentation en eau ordinaire. La vapeur injectée dans le turbo-alternateur est donc de la vapeur d’eau ordinaire, non radioactive (sauf en faible proportion par suite de fuites), et le groupe turbo-alternateur peut fonctionner comme dans une centrale thermique classique. L’eau lourde servant de modérateur et de fluide caloporteur n’absorbe qu’une très faible proportion des neutrons produits pendant la fission, ce qui permet d’obtenir une réaction bien adaptée à la production d’énergie sur de longues périodes avec de l’uranium naturel (contenant 0,071% d’uranium 235). Les PHWR actuellement en service peuvent fonctionner avec un combustible légèrement enrichi en uranium 235, ce qui permet d’extraire du combustible une énergie totale proportionnellement plus élevée.

Dans une centrale à réacteur à eau bouillante (Boiling Water Reactor (BWR)), l’eau de refroidissement primaire est partiellement vaporisée dans le cœur même du réacteur et la vapeur ainsi produite est injectée directement dans le turbo-alternateur. La pression de fonctionnement du réacteur est inférieure à celle des réacteurs PWR, mais la pression de la vapeur à la turbine est similaire. Par contre, la vapeur injectée dans la turbine est légèrement radioactive, de sorte que certaines précautions doivent être prises en raison d’un risque de contamination modérée de l’ensemble formé par la turbine et l’eau d’alimentation. Cependant, ce risque ne présente apparemment pas de danger important pour l’exploitation et la maintenance des réacteurs BWR. Avec ce type de réacteur, l’énergie produite dépend de la quantité de vapeur présente dans le cœur, phénomène qu’il faut compenser par la régulation du débit de caloporteur ou par des accroissements de réactivité lorsque l’énergie demandée au réacteur varie.

Les réacteurs magnox, appelés également réacteurs graphite-gaz (Gas Cooled Reactors (GCR)), utilisent comme combustible de l’uranium métallique non enrichi dans une gaine de magnox, alliage de magnésium à faible teneur en aluminium. Ils sont refroidis au dioxyde de carbone sous pression modérée, mais ils produisent de la vapeur à une température relativement élevée, ce qui donne un bon rendement thermique. Le cœur se caractérise par des dimensions importantes et une faible puissance volumique, de sorte que l’enceinte sous pression, qui est aussi la seule structure de confinement, atteint également des dimensions élevées. Les enceintes sous pression des premiers réacteurs magnox étaient en acier. Dans les modèles ultérieurs, une enceinte en béton précontraint contient à la fois le cœur et les échangeurs de chaleur générateurs de vapeur.

Les réacteurs AGR (Advanced Gas-cooled Reactors) emploient comme combustible du dioxyde d’uranium enrichi (2,3% d’uranium 235). Ils sont refroidis au dioxyde de carbone sous des pressions plus élevées que dans les réacteurs magnox et ils présentent des caractéristiques de transfert de chaleur et de rendement thermique améliorées. Les réacteurs de la filière AGR offrent, par rapport aux réacteurs magnox, une plus grande puissance volumique du cœur qui leur permet d’être plus compacts par rapport à leur puissance. La cuve sous pression en béton précontraint, qui contient à la fois le cœur du réacteur et les échangeurs de chaleur générateurs de vapeur, fait également fonction d’enceinte de confinement.

Les réacteurs eau-graphite (Light Water Graphite Reactors (LWGR)) sont un hybride de différents systèmes de production d’énergie nucléaire. Les seules centrales de cette filière en service à l’heure actuelle sont les réacteurs RBMK (Reaktory Bolshoi Moshchnosti Kanalnye) situés dans l’ex-Union soviétique, en Russie, en Ukraine et en Lituanie. Dans les réacteurs de ce type, le caloporteur, qui est de l’eau ordinaire ou légère, coule vers le haut dans des tubes verticaux contenant le combustible et entre en ébullition à l’intérieur du cœur. La vapeur produite dans le cœur est injectée directement dans le turbo-alternateur, comme dans un réacteur à eau bouillante (Boiling Water Reactor (BWR)). Le modérateur en graphite qui entoure les circuits de refroidissement est porté à une température dépassant suffisamment celle du fluide caloporteur pour que la chaleur produite dans le graphite par la modération des neutrons soit éliminée par les circuits de refroidissement. Les réacteurs RBMK ont des dimensions importantes et comportent un grand nombre de tubes de refroidissement (> 1 500).

Les réacteurs surgénérateurs rapides (Fast Breeder Reactors (FBR)) nécessitent un enrichissement du matériau fissile de l’ordre de 20% et entretiennent la réaction en chaîne de fission essentiellement par l’absorption des neutrons rapides produits pendant le processus de fission. Ces réacteurs n’ont pas besoin de modérateur pour ralentir les neutrons et ils peuvent utiliser les neutrons excédentaires pour produire du plutonium 239, combustible possible pour les réacteurs. Ils produisent donc plus de combustible qu’ils n’en consomment. Un certain nombre de ces réacteurs ont été construits dans neuf pays, répartis dans le monde pour la production d’électricité, mais l’intérêt pour cette filière a progressivement disparu à cause des difficultés techniques et pratiques liées à l’utilisation de métaux liquides (sodium) comme caloporteurs et d’une consommation spécifique de chaleur très élevée. On ne compte plus actuellement en service que trois ou quatre réacteurs surgénérateurs rapides refroidis par métal liquide (Liquid Metal Fast Breeder Reactors (LMFBR)) exploités pour produire de l’énergie. De dimensions relativement modestes, ils produisent au total moins de 1 000 mégawatts d’énergie électrique (MWe) et sont progressivement mis hors service. Un très gros effort de développement et beaucoup d’études ont cependant été consacrés à la technologie des surgénérateurs en vue d’un recours futur à cette filière si cela se révélait nécessaire.

Le combustible et la manipulation du combustible

Le processus qui commence par l’extraction du minerai d’uranium et qui se termine par l’évacuation définitive du combustible usé et de tous les déchets produits par le traitement du combustible est appelé habituellement cycle du combustible nucléaire. Ce cycle présente de nombreuses variantes selon le type de réacteur et la conception des dispositifs d’extraction de la chaleur du cœur. Les cycles des combustibles sont fondamentalement identiques dans les réacteurs PWR et BWR et ne se différencient que par le coefficient d’enrichissement et sur des points de détail concernant la conception des éléments combustibles. Le cycle comprend les opérations ci-après, qui s’effectuent en général en des lieux et avec des équipements différents:

Des précautions doivent évidemment être prises pendant ces opérations pour que la quantité de combustible enrichi présente en un lieu quelconque reste inférieure à la quantité susceptible de produire une réaction en chaîne suffisamment importante, sauf naturellement dans le réacteur. Il en résulte des limitations d’espace pour les opérations de fabrication, de transport et de stockage.

Les réacteurs de type CANDU, en revanche, utilisent de l’uranium naturel et se caractérisent par un cycle simple depuis l’extraction du minerai jusqu’à l’évacuation du combustible, d’où sont exclues les opérations d’enrichissement et de retraitement. Le combustible pour ces réacteurs est fabriqué de manière semi-automatique sous la forme de faisceaux cylindriques de 50 cm de long qui regroupent 28 ou 37 barres de combustible contenant des pastilles de dioxyde d’uranium (UO2). Il n’existe pas de limitation d’espace, ni pour la fabrication de l’uranium naturel, ni pour le transport ou le stockage du combustible neuf ou irradié. En 1998, l’immobilisation et l’évacuation du combustible irradié des réacteurs CANDU faisaient l’objet d’études depuis 17 ans au Canada, et l’approche proposée en était au stade de l’autorisation.

Dans tous les réacteurs de production d’énergie en service, à l’exception de ceux du type magnox, le composant de base du combustible est une pastille cylindrique contenant de la poudre de dioxyde d’uranium (UO2) qui a été compactée puis frittée sous la forme d’un matériau céramique ayant la densité et les caractéristiques requises. Ces pastilles frittées, qui sont placées dans une gaine sans soudure en alliage de zirconium ou en acier inoxydable pour produire des barres, ou éléments combustibles, sont chimiquement inertes avec leur gainage aux températures et aux pressions normales du réacteur. Même si la gaine est endommagée ou rompue et que le caloporteur entre au contact de l’UO2, le matériau céramique retient la majorité des produits de fission radioactifs et résiste à la détérioration causée par l’eau à haute température.

Les réacteurs magnox utilisent comme combustible de l’uranium naturel métallique dans une gaine d’alliage de magnésium, et ils fonctionnent avec succès à des températures relativement élevées parce que le caloporteur, du dioxyde de carbone, ne réagit pas à sec avec ces métaux.

Fondamentalement, les barres de combustible d’un réacteur nucléaire ont pour fonction de transférer au caloporteur la chaleur de fission produite dans le combustible en demeurant intactes dans les conditions transitoires les plus rigoureuses. Pour tous les réacteurs en service, des essais approfondis de combustibles simulés, effectués dans des laboratoires d’études du transfert de chaleur, ont démontré que les conditions maximales transitoires prévues à l’intérieur du réacteur pouvaient être supportées avec une marge de sécurité suffisante par les éléments combustibles spécifiquement conçus et autorisés pour la filière concernée.

Le combustible neuf fourni à la centrale par l’usine de fabrication est très peu radioactif et il peut être manipulé à la main ou avec des engins de levage et de manutention commandés manuellement, sans blindage. Un assemblage combustible type pour un réacteur PWR ou BWR est constitué d’un ensemble en carré de quelque 200 barres de combustible d’environ 4 m de long et pesant approximativement 450 kg. Un grand réacteur PWR ou BWR nécessite environ 200 assemblages. Le combustible est transporté par des ponts roulants et empilé au sec dans la zone de stockage du combustible neuf. Toutes les opérations de chargement du combustible neuf dans un réacteur à eau ordinaire en service comme un PWR ou un BWR sont conduites sous une profondeur d’eau suffisante pour protéger les personnes se trouvant au-dessus du réacteur. On doit d’abord enlever le couvercle à bride de la cuve du réacteur et décharger une partie du combustible irradié (normalement entre le tiers et la moitié du cœur) au moyen d’un pont roulant et de descenseurs de combustible. Le combustible irradié est placé dans des bassins de stockage remplis d’eau. Dans le cœur, d’autres assemblages combustibles irradiés peuvent être déplacés (en général rapprochés du centre du cœur) pour régulariser l’énergie produite dans le réacteur. Des assemblages combustibles neufs sont alors installés dans tous les emplacements vacants. Le rechargement en combustible d’un grand réacteur peut prendre de deux à six semaines selon les effectifs disponibles et la quantité de combustible à remplacer.

Les réacteurs CANDU et certains réacteurs refroidis au gaz sont rechargés en marche au moyen d’équipements commandés à distance qui extraient le combustible irradié et insèrent de nouveaux éléments combustibles ou de nouveaux faisceaux. Dans le cas du réacteur CANDU, le combustible se présente sous la forme de faisceaux de barres de combustible de 50 cm de long, d’un diamètre de 10 cm environ et d’un poids approximatif de 24 kg. Le combustible est envoyé par le fabricant dans des emballages en carton et stocké dans une zone spéciale avant d’être chargé dans le réacteur. Dans un réacteur en service, on procède généralement à des chargements quotidiens pour maintenir la réactivité du réacteur. Le rechargement s’effectue normalement à raison de douze faisceaux par jour dans les grands réacteurs CANDU. Les faisceaux sont déposés manuellement sur un dispositif de chargement du combustible neuf qui les transfère dans une machine de chargement commandée à distance depuis la salle de contrôle de la centrale. Pour le chargement d’un combustible neuf dans un réacteur, deux machines de chargement sont manœuvrées à distance et couplées aux extrémités du canal horizontal à recharger. Les machines de chargement ouvrent le canal à ses deux extrémités, alors que le circuit de refroidissement est à sa pression et à sa température de service, et le combustible neuf est inséré par une extrémité tandis que le combustible irradié est retiré par l’autre. Lorsque le nombre requis de faisceaux a été installé, la machine de rechargement remet en place les obturateurs du canal et peut ensuite procéder au rechargement d’un autre canal ou au déchargement du combustible épuisé dans une cuve de stockage remplie d’eau.

Le combustible irradié déchargé des réacteurs en service est toujours très radioactif et nécessite un refroidissement pour éviter une surchauffe, ainsi qu’un blindage pour prévenir une irradiation directe des organismes vivants ou des équipements à proximité. La solution retenue en général consiste à l’immerger dans un bassin sous une hauteur d’eau de 4 m au moins pour assurer une protection suffisante. On peut ainsi observer en toute sécurité le combustible dans l’eau et y accéder pour le transférer sous l’eau par des systèmes automatisés jusqu’à un site de stockage de plus longue durée.

Un an après le déchargement d’un réacteur, la radioactivité globale du combustible irradié et sa production de chaleur seront réduites à 1% environ de leur valeur initiale au moment du déchargement et, dix ans après, à 0,1% environ. Cinq à dix ans après le déchargement, la production de chaleur aura suffisamment diminué pour permettre de sortir le combustible du bassin afin de le stocker au sec dans un conteneur refroidi uniquement par la circulation naturelle de l’air sur les surfaces en ailettes. Le combustible reste cependant très radioactif, et un blindage de protection contre son rayonnement direct est nécessaire pendant plusieurs décennies encore. Une prévention de l’ingestion de particules de combustible par des organismes vivants est également nécessaire pendant une période bien plus longue.

Les procédés d’évacuation définitive du combustible provenant des réacteurs de production d’énergie en sont encore au stade des études et de l’autorisation. Le stockage de ce combustible dans diverses formations géologiques fait l’objet d’études intensives dans plusieurs pays mais, jusqu’à présent, il n’a été autorisé nulle part dans le monde. En 1998, le stockage à grande profondeur dans des formations rocheuses stables était en voie d’être approuvé au Canada en tant que méthode sûre et pratique pour l’évacuation définitive de ces déchets hautement radioactifs. On prévoit cependant que, même dans le cas où cette méthode serait autorisée vers l’an 2000, l’évacuation effective du combustible irradié n’entrerait pas en pratique avant 2025 environ.

L’exploitation des centrales

Dans les 33 pays mettant en œuvre des programmes d’énergie nucléaire, il existe des organismes chargés d’établir des règles de sûreté et de sécurité pour l’exploitation des installations nucléaires et de veiller à leur application. Toutefois, c’est en général l’entreprise productrice d’énergie propriétaire et exploitante des installations nucléaires qui est responsable à tous égards de la sécurité de leur exploitation. Les opérateurs ont en fait un rôle de gestion consistant à recueillir l’information, à planifier et à prendre des décisions, et ils n’exercent qu’occasionnellement un rôle plus actif en cas d’interruption des opérations courantes. L’exploitant n’est pas l’instance primaire de sécurité.

Toutes les centrales nucléaires modernes disposent de systèmes de contrôle et de sûreté automatiques, extrêmement fiables et très rapides, qui protègent en permanence le réacteur et les autres éléments de la centrale et qui sont généralement conçus pour assurer, grâce à des défenses en profondeur, la sûreté en cas de perte de courant. Il n’incombe pas aux opérateurs d’assurer parallèlement les mêmes tâches que ces systèmes automatiques ni de les remplacer. Ils doivent cependant être capables d’arrêter presque instantanément le réacteur en cas de besoin, ainsi que de déceler tout problème de fonctionnement de la centrale et de réagir en conséquence, de manière à élargir la gamme des mesures de protection. Les opérateurs doivent être aptes à comprendre, à diagnostiquer et à prévoir l’évolution de la situation générale sur la base du grand volume d’informations fourni par les systèmes automatiques de transmission de données.

Un opérateur doit:

La manière dont l’opérateur s’acquittera de ces tâches dépend à la fois de la conception de la centrale et des compétences et de la formation qu’il possède.

Toute centrale nucléaire doit disposer en permanence d’équipes d’opérateurs compétents, stables et suffisamment formés. Les futurs opérateurs d’une centrale nucléaire reçoivent une instruction complète comprenant généralement des cours et une formation pratique portant sur les bases scientifiques, les équipements et les réseaux électriques, la radioprotection, ainsi que les politiques et les principes d’exploitation. Aux Etats-Unis, dans les centrales nucléaires de production d’énergie électrique, on entraîne les opérateurs sur des simulateurs pour qu’ils acquièrent une expérience pratique de l’exploitation d’une centrale, pendant un incident et dans des conditions inhabituelles. L’interface entre les opérateurs et les systèmes est constituée par l’instrumentation de la salle de contrôle. Une instrumentation bien conçue aide les opérateurs à interpréter les situations et à y répondre correctement.

Il est de pratique courante de nommer les cadres d’exploitation d’une centrale nucléaire alors qu’elle est encore en construction, afin qu’ils puissent donner leur avis du point de vue technique et constituer l’équipe qui sera chargée de sa mise en service et de son fonctionnement. Ils sont également chargés de définir toutes les procédures d’exploitation avant qu’elle ne soit mise en service et autorisée à fonctionner. Ces procédures sont examinées par des spécialistes de la conception des centrales et par des représentants des organismes de réglementation qui s’assurent de la conformité entre paramètres de conception et pratiques d’exploitation.

Il est demandé au personnel de faire fonctionner la centrale avec méthode et rigueur, conformément aux procédures d’exploitation et aux autorisations de travail. Le personnel d’exploitation veille en permanence à assurer la sécurité du public en procédant à des essais et à des contrôles complets des systèmes de sûreté et des barrières de protection et en conservant la capacité de faire face à toutes les situations d’urgence. Lorsque les opérateurs doivent prendre des mesures à la suite d’une dégradation de la situation dans une centrale, ils ont à leur disposition des procédures écrites systématiques pour les guider et leur apporter les informations détaillées nécessaires à la maîtrise des installations. Ces procédures sont révisées par les commissions de sécurité de la centrale et des organismes officiels indépendants.

Une bonne gestion de la sécurité nécessite:

En plus des procédures adoptées pour l’exploitation normale, il existe dans chaque centrale nucléaire un système de notification des événements pour analyser et documenter les défaillances ou les détériorations d’équipements, les défauts de conception ou de construction et les erreurs d’exploitation détectées par les systèmes de surveillance ou lors des essais et inspections périodiques. Son but est de déterminer la cause principale de chaque événement pour pouvoir prendre des mesures correctives ou préventives. Les rapports sur ces événements, avec les résultats de l’analyse et des recommandations, sont examinés par la direction de la centrale ainsi que par des spécialistes de la sûreté et des facteurs humains qui ne font généralement pas partie du personnel.

L’Agence internationale de l’énergie atomique (AIEA) a établi un système de notification des incidents qui est utilisé dans le monde entier en complément des systèmes nationaux et qui permet de diffuser l’information dans tous les pays participants. L’Association mondiale des exploitants de centrales nucléaires (World Association of Nuclear Operators (WANO)) assure également des échanges d’informations détaillées en matière d’exploitation.

Les réacteurs nucléaires ainsi que tous leurs systèmes auxiliaires et systèmes importants pour la sûreté font l’objet d’un programme de maintenance et de contrôle conformément aux normes d’assurance qualité et selon une périodicité déterminée, afin que leur fiabilité soit garantie pendant toute leur vie utile. En plus du programme de surveillance automatique, il est prévu des contrôles et des examens systématiques manuels pour déceler les anomalies ou les défaillances des équipements. Ces actions comprennent une surveillance régulière sur les lieux, une maintenance préventive des contrôles périodiques et l’étude des changements intervenus.

Des objectifs de performance très élevés sont fixés pour les systèmes d’exploitation et de sûreté, afin que le risque pour le public et le personnel des centrales demeure suffisamment faible. Pour les systèmes d’exploitation, qui sont actifs pendant la production d’électricité, les taux de défaillance sont comparés aux objectifs de performance et il peut en résulter des changements dans la conception si la performance est inférieure à la normale attendue. Les systèmes de sûreté nécessitent une approche différente, du fait qu’ils ne sont activés qu’en cas de défaillance d’un système d’exploitation. Ces systèmes et leurs éléments sont surveillés par des programmes de contrôle complets, dont les résultats permettent de déterminer la probabilité pour chaque système d’être hors service pendant une partie du temps. Une fois calculé, le temps d’indisponibilité total des systèmes de sûreté est comparé à une norme de performance très élevée. Si l’on détecte un défaut dans un système de sûreté, ce dernier est immédiatement réparé ou le réacteur mis à l’arrêt.

Des programmes étendus de contrôle et de maintenance sont également prévus pendant les arrêts programmés. Par exemple, la totalité des cuves et des composants sous pression, ainsi que leurs soudures, sont inspectés systématiquement par des méthodes non destructives selon la réglementation des codes de sécurité.

Les principes de sécurité et les caractéristiques de conception correspondantes

Quatre aspects de la réaction en chaîne de fissions sont potentiellement dangereux; comme ils sont indissociables de l’utilisation de l’énergie nucléaire pour produire de l’électricité, ils exigent des mesures de sécurité:

  1. La fission s’accompagne de l’émission de rayonnements ionisants qui rend nécessaire une protection contre une exposition directe à ces rayonnements.
  2. Des produits de fission très radioactifs sont créés, ce qui nécessite des enceintes étanches pour éviter une contamination de l’environnement extérieur et une incorporation par ingestion, inhalation ou dépôt sur une blessure de la peau.
  3. La réaction en chaîne est un processus dynamique demandant un contrôle continu.
  4. La production de chaleur ne peut être arrêtée instantanément, car les désintégrations radioactives continuent de produire de la chaleur après l’interruption de la réaction en chaîne, ce qui demande un refroidissement prolongé.

Les prescriptions de sûreté qu’appellent les phénomènes ci-dessus expliquent les principales différences que l’on peut relever pour ce qui est des équipements de sécurité et de la stratégie d’exploitation entre les centrales nucléaires et les centrales à combustibles fossiles. Les méthodes permettant de satisfaire à ces prescriptions diffèrent selon le type de centrale nucléaire, mais les principes fondamentaux de sécurité sont les mêmes pour toutes.

Dans les procédures d’autorisation, il est exigé d’apporter, pour chaque installation nucléaire, la preuve que les émissions radioactives seront inférieures à des limites réglementaires spécifiées, aussi bien dans les conditions normales d’exploitation qu’en cas de défaillance ou d’accident. L’objectif prioritaire est d’éviter les défaillances ou de se limiter à en atténuer les effets, mais la conception doit permettre de faire face aux défaillances qui peuvent néanmoins se produire malgré toutes les précautions prises. Il faut pour cela le plus haut niveau d’assurance et de contrôle de la qualité pour l’ensemble des équipements, des constructions, des fonctions et des opérations. Des caractéristiques de sécurité intrinsèques et des équipements de sécurité ont pour rôle de prévenir et de limiter les accidents, et de contenir et d’abaisser le plus possible les émissions de matières radioactives.

En particulier, il faut à tout moment que la capacité de refroidissement corresponde à la production de chaleur. Pendant l’exploitation, la chaleur est extraite du réacteur par un fluide caloporteur qui est pompé dans un système de canalisations raccordé au réacteur et qui s’écoule sur la surface de la gaine du combustible. En cas de perte de puissance des pompes ou de défaillance soudaine des canalisations, le refroidissement du combustible serait interrompu et il pourrait en résulter une élévation rapide de sa température et, éventuellement, une détérioration du gainage et une fuite de matières radioactives du combustible dans la cuve du réacteur. Un arrêt rapide de la réaction en chaîne, associé le cas échéant à l’activation de systèmes de refroidissement de secours ou d’urgence, permet d’éviter une détérioration des éléments combustibles. Ces mesures de sécurité sont prévues dans toutes les centrales nucléaires.

Même lorsque le réacteur a été arrêté, un échauffement anormal du combustible peut se produire en cas de perte de la capacité de refroidissement et de défaillance des systèmes de refroidissement de secours ou d’urgence; en effet, la production de chaleur se poursuit du fait de la radioactivité et des fissions résiduelles, comme le montre la figure 76.2. Bien que la chaleur résiduelle ne représente que 1 à 2% de la chaleur produite à plein régime, si elle n’est pas éliminée, la température du combustible peut atteindre des niveaux susceptibles de provoquer une défaillance dans les minutes qui suivent la perte complète de refroidissement. La sûreté des centrales nucléaires repose sur le principe selon lequel toutes les conditions pouvant conduire à un échauffement anormal du combustible, à des dommages et au rejet de matières radioactives provenant du combustible doivent être soigneusement évaluées et évitées grâce à des mesures de prévention technique et de protection.

Figure 76.2 Chaleur résiduelle après arrêt du réacteur

Figure 76.2

La sûreté des centrales nucléaires est assurée par trois types d’équipements: les systèmes intrinsèques, les systèmes passifs et les systèmes actifs, qui sont associés de différentes manières dans les centrales en fonctionnement.

Les dispositifs de sûreté intrinsèque tirent parti des lois de la nature. Par exemple, certains combustibles nucléaires ont des caractéristiques telles que la vitesse de la réaction en chaîne ralentit lorsque la température du combustible augmente. Certains systèmes de refroidissement sont conçus de manière que la chaleur de désintégration soit éliminée par une circulation naturelle du caloporteur autour du combustible sans recourir à des pompes. Enfin, la plupart des structures métalliques ont des propriétés telles qu’elles fléchissent ou se dilatent lorsqu’elles sont exposées à des charges extrêmement élevées au lieu d’éclater ou de se rompre.

Les dispositifs de sûreté passive comprennent le déclenchement de vannes de décharge par gravité sous l’effet de la pression du fluide à évacuer, ou l’utilisation de l’énergie stockée dans des systèmes d’injection de secours de fluide caloporteur, ou encore la présence d’enceintes de confinement conçues pour absorber l’énergie dégagée par la défaillance de circuits entraînant la production de chaleur de désintégration.

Les dispositifs de sécurité active comprennent tous les systèmes qui nécessitent le déclenchement de signaux et une forme quelconque d’alimentation électrique. Les systèmes actifs permettent généralement de gérer une plus grande diversité de situations que les systèmes intrinsèques ou passifs, et ils peuvent être vérifiés sans restriction pendant le fonctionnement du réacteur.

La conception des centrales nucléaires du point de vue de la sûreté s’appuie sur une combinaison déterminée de systèmes intrinsèques, passifs et actifs visant à répondre aux prescriptions de sûreté applicables sur le territoire où la centrale est implantée. Il est nécessaire que les systèmes liés à la sûreté soient hautement automatisés pour éviter, dans toute la mesure possible, que le personnel d’exploitation ne doive prendre des décisions à la hâte et agir en situation de stress. Les filières de réacteurs nucléaires sont conçues pour s’adapter automatiquement aux variations de la puissance appelée, et ces variations sont généralement progressives. Il est particulièrement important que les systèmes liés à la sûreté puissent à tout moment réagir avec rapidité, efficacité et fiabilité en cas de besoin. Pour atteindre ce niveau élevé de performance, ils doivent satisfaire à des critères d’assurance de la qualité extrêmement rigoureux et être conçus selon les principes bien établis de la sûreté, à savoir la redondance, la diversité et la séparation physique.

La redondance consiste à prévoir plus de composants ou de sous-systèmes qu’il n’est nécessaire pour le seul fonctionnement du système; on prévoira, par exemple, trois ou quatre composants alors qu’il suffit que deux fonctionnent pour que le système marche correctement.

La diversité consiste à prévoir, pour exécuter la même fonction de sûreté, deux systèmes ou plus fondés sur des principes de conception ou de fonctionnement différents.

La séparation physique de composants ou de systèmes conçus pour remplir la même fonction de sûreté assure une protection contre des dommages localisés qui pourraient autrement compromettre l’efficacité des systèmes de sûreté.

L’application de ces principes à la conception des installations trouve notamment son illustration dans l’alimentation électrique des centrales nucléaires, pour laquelle on prévoit plus d’une connexion au réseau, avec en outre, sur le site, plusieurs groupes diesel ou turbines à gaz à démarrage automatique ainsi que des batteries d’accumulateurs et des groupes électrogènes, de manière à obtenir une alimentation électrique fiable pour les systèmes essentiels à la sûreté.

Pour prévenir le rejet de matières radioactives d’une centrale nucléaire, il existe une mesure élémentaire très simple: le principe consiste à ériger une série de barrières étanches entre ces matières et l’environnement pour assurer une protection contre les rayonnements directs et un confinement des matières radioactives. Au cœur de ces barrières, on trouve le combustible céramique ou métallique lui-même, qui forme une matrice dans laquelle sont captées la majorité des matières radioactives. La deuxième barrière est constituée par la gaine étanche et résistante à la corrosion. La troisième barrière est l’enveloppe du fluide primaire sous pression du circuit de refroidissement. Enfin, les installations nucléaires sont disposées pour la plupart à l’intérieur d’une enceinte de confinement résistant à la pression, conçue pour ne pas céder en cas de défaillance de la principale canalisation placée à l’intérieur et pour retenir les matières radioactives qui pourraient être rejetées.

Le principal objectif de la conception de sûreté des centrales nucléaires est de maintenir l’intégrité de ces barrières multiples par une défense en profondeur, qui peut être caractérisée par des mesures de sûreté prises à trois niveaux: mesures et dispositifs de prévention, de protection et d’atténuation.

Les mesures de prévention visent à garantir le plus haut niveau d’assurance de la qualité pendant l’étude, la construction et l’exploitation; disposer d’opérateurs ayant une formation poussée et soumis à un recyclage périodique; mettre à profit les caractéristiques de sécurité intrinsèques; se donner des marges suffisantes à l’étape de conception; effectuer des travaux de maintenance préventive minutieux; mener continuellement des activités de contrôle, d’inspection et de correction des anomalies; assurer une surveillance permanente; procéder à des évaluations approfondies de la sûreté et à des réévaluations au besoin; étudier les incidents et les erreurs, en analyser les causes; et effectuer les modifications nécessaires.

Les dispositifs de protection comprennent: des systèmes d’arrêt rapide; des vannes et des systèmes de détente automatiques et sensibles; des circuits de verrouillage pour assurer une protection contre les fausses manœuvres; une surveillance automatique des fonctions de sûreté fondamentales; le mesurage et le contrôle continus des niveaux de rayonnement et de la radioactivité des effluents pour éviter de dépasser les limites admissibles.

Les mesures et les dispositifs d’atténuation comprennent: des systèmes de refroidissement d’urgence du réacteur; des systèmes très fiables d’alimentation en eau en cas d’urgence; des systèmes divers et redondants pour l’alimentation électrique de secours; une enceinte de confinement destinée à éviter les fuites de matières radioactives à l’extérieur de la centrale et conçue pour résister à différents événements naturels et artificiels, tels que tremblements de terre, vents violents, inondations ou écrasements d’avions; et enfin des plans d’intervention et une gestion des accidents, ce qui comprend une surveillance radiologique, l’information des autorités responsables de la sûreté et des conseils à la population, ainsi que la limitation de la contamination et la distribution de substances permettant d’en atténuer les effets.

Toutefois, la sûreté nucléaire ne dépend pas uniquement de facteurs techniques et scientifiques; les facteurs humains jouent eux aussi un rôle très important. Le contrôle réglementaire permet une vérification indépendante de tous les aspects des centrales nucléaires touchant à la sûreté. Mais la sûreté nucléaire est assurée en premier lieu, non par des lois et des règlements, mais par le sérieux de la conception, de l’exploitation et de la gestion des installations, ce qui suppose que les études indispensables soient réalisées et les approbations voulues données par des personnes possédant les compétences et l’autorité nécessaires.

Le seul accident de centrale nucléaire qui ait eu de très graves conséquences pour la population s’est produit lors d’un essai de la capacité de refroidissement dans une configuration inhabituelle dans une centrale RBMK à Tchernobyl (Ukraine) en 1986. Lors de cet accident particulièrement grave, le réacteur a été détruit et une grande quantité de matières radioactives a été rejetée dans l’environnement. On a constaté par la suite que le réacteur ne possédait pas de système d’arrêt adéquat et qu’il était instable à faible puissance. L’accident a été la résultante de faiblesses de conception, d’erreurs humaines et d’une gestion inadaptée. Des modifications ont été apportées aux autres réacteurs RBMK restés en service pour corriger les insuffisances de conception les plus graves, et les consignes d’exploitation ont été améliorées pour faire en sorte que ce regrettable accident ne se reproduise pas.

De nombreux enseignements ont été tirés de cette catastrophe ainsi que d’autres accidents moins graves survenus dans des centrales nucléaires (comme celui de Three Mile Island aux Etats-Unis en 1978) et d’un grand nombre d’accidents mineurs et d’incidents enregistrés au cours de plus de trente années d’exploitation de centrales nucléaires. L’objectif de l’industrie nucléaire est de veiller à ce qu’aucun incident de centrale nucléaire ne mette en danger le personnel, le public et l’environnement. Grâce à la coopération étroite qui s’est instaurée dans le cadre de programmes tels que le système de notification des incidents de l’AIEA et le programme du WANO, et grâce aussi au contrôle minutieux exercé par les groupes industriels et par les organismes de réglementation ainsi qu’à la vigilance des propriétaires et des exploitants de centrales, cet objectif apparaît désormais réalisable.

Remerciements: L’auteur remercie Tim Meadler et l’Uranium Institute pour les renseignements présentés au tableau 76.3.

LA SÉCURITÉ DE LA PRODUCTION, DU TRANSPORT ET DE LA DISTRIBUTION D’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE: UN EXEMPLE AMÉRICAIN

Janet Fox

La production, le transport et la distribution

La fourniture d’énergie électrique comporte trois étapes: la production, le transport et la distribution. Chacune d’elles se caractérise par des processus, des activités et des risques qui ne sont pas nécessairement les mêmes.

La majorité de l’électricité est produite à des tensions de 13 200 à 24 000 V. Les risques liés à la production d’énergie électrique comprennent les explosions et les brûlures résultant de défaillances imprévues des équipements. Des accidents peuvent également survenir lorsqu’on ne respecte pas les procédures appropriées de verrouillage et de signalisation. Ces procédures sont mises en place pour assurer la maîtrise des sources d’énergie. Avant d’intervenir sur une installation ou un circuit où une mise sous tension, un démarrage ou un dégagement d’énergie stockée pourraient se produire de manière inopinée et occasionner un accident, il est nécessaire que l’installation ou le circuit soient isolés de la source d’énergie ou rendus inopérants. L’absence d’une isolation adéquate de la source d’énergie (notamment par verrouillage en position ouverte, signalisation, vérification d’absence de tension, mises à la terre et en court circuit) peut provoquer de graves lésions et même la mort.

L’électricité produite est transportée à distance par des lignes partant des postes de transformation situés dans l’enceinte des centrales. Ces lignes peuvent être aériennes, suspendues à des pylônes, ou souterraines. Elles fonctionnent sous des tensions élevées et transportent d’importantes quantités d’énergie électrique sur des distances considérables. A la sortie de la centrale, des transformateurs élèvent la tension à des valeurs allant de 138 000 à 765 000 V. Dans la zone d’exploitation, d’autres postes abaissent la tension transportée jusqu’à des valeurs comprises entre 34 500 et 138 000 V. Cette énergie est ensuite acheminée par des lignes jusqu’aux réseaux de distribution de la zone de desserte locale. Les principaux dangers, pendant ces opérations de transport, sont de nature électrique. Le non-respect des distances de sécurité ou la non-utilisation des équipements de protection (gants, manchettes en caoutchouc, etc.) peuvent être la cause d’accidents graves, voire mortels. Les chutes risquant de se produire pendant les travaux sur des lignes aériennes et lorsqu’on se trouve agrippé à un poteau ou installé dans une nacelle peuvent également occasionner des accidents lourds de conséquences.

Le réseau de distribution relie le réseau de transport aux installations des clients. Les postes de distribution ramènent la tension de l’électricité transportée à des valeurs allant de 2 400 à 19 920 V. Un transformateur de distribution permet de réduire encore la tension. Les risques liés aux travaux sur les réseaux de distribution sont également de nature électrique, avec toutefois le danger supplémentaire que comporte le fait de travailler dans des espaces confinés dans le cas d’un réseau de distribution enterré.

Les postes de transport et de distribution sont des installations où la tension, le nombre de phases ou d’autres caractéristiques de l’énergie électrique sont modifiés pendant la phase finale du processus de distribution. Les électrocutions sont le principal risque rencontré dans ces postes. Elles se produisent généralement parce que l’on n’a pas respecté les consignes (distances de sécurité par rapport aux équipements électriques sous tension, etc.) ou que l’on a négligé d’utiliser des équipements de protection individuelle adéquats, notamment des manchettes et des gants isolants en caoutchouc.

Les risques rencontrés dans la production, le transport et la distribution

La norme sur la production, le transport et la distribution d’énergie électrique (Electric Power Generation, Transmission and Distribution Standard) appelée également norme sur l’entretien des installations électriques (Electric Maintenance Standard), portant le code 29 CFR 1910.269, a été promulguée par l’Administration de la sécurité et de la santé au travail (Occupational Safety and Health Administration (OSHA)), aux Etats-Unis, le 31 janvier 1994. Elle s’applique à tous les travailleurs des services publics affectés à l’exploitation et à l’entretien des installations de production, de transport et de distribution de l’énergie électrique ainsi que des équipements annexes. Ses dispositions s’appliquent également au personnel des entreprises extérieures chargées de travaux sur les lignes ou de l’élagage des arbres à proximité, ainsi qu’aux producteurs d’énergie indépendants. D’autres pays ont une réglementation similaire.

Les risques directement visés par la norme OSHA sont les risques électriques susceptibles d’occasionner une électrocution ou des lésions à la suite d’un choc électrique. Un contact accidentel avec un courant électrique délivré sous haute tension entraîne fréquemment la mort ou de graves lésions, comme des brûlures au second ou au troisième degré, des lésions nécessitant l’amputation d’un membre, ainsi que des atteintes des organes internes et des dommages neurologiques.

La norme traite également des risques de lésions associées à quatre autres types d’accidents: le heurt par ou contre un objet; les chutes d’une échelle, d’un échafaudage, d’un poteau ou de tout autre endroit élevé; le happement par une machine ou le coincement entre deux parties d’une machine à la suite de sa mise en route intempestive pendant des travaux d’entretien courants; et les expositions à des températures très élevées en cas de dégagement accidentel de vapeur à haute pression au cours de travaux sur des chaudières. L’Eastern Research Group (ERG), qui avait préparé l’étude d’impact économique pour le projet de réglementation de l’OSHA, a déclaré que les accidents en rapport avec les lignes de transport et de distribution ont été plus nombreux que ceux survenus à des postes électriques ou dans des installations de production d’énergie électrique. Il a précisé que, dans le secteur des lignes de transport et de distribution, les victimes de la majorité des accidents mortels et des accidents graves étaient des personnes — travailleurs qualifiés, apprentis ou contremaîtres — qui travaillaient sur ces lignes. Dans les postes électriques et les installations de production d’énergie électrique, ce sont les électriciens et les équipes de maintenance générale qui sont le plus fréquemment victimes d’accidents.

La réduction du nombre des accidents

L’OSHA a estimé que, aux Etats-Unis, il survient en moyenne chaque année 12 976 accidents entraînant un arrêt de travail parmi le personnel affecté à la production, au transport et à la distribution de l’énergie électrique, ainsi que 86 décès. Elle a calculé que, si les dispositions de la norme de 1994 citée plus haut et des autres normes auxquelles elle se réfère étaient respectées, 1 633 accidents avec arrêt et 61 décès pourraient être prévenus chaque année. Le nombre d’accidents ainsi évités se répartit en deux catégories. C’est dans les entreprises publiques de production d’électricité, qui comptabilisent environ 80% des décès, que la plus grande amélioration est attendue. Les sous-traitants des entreprises publiques, y compris les fournisseurs d’électricité et les entreprises chargées de l’élagage à proximité des lignes, ainsi que les sociétés privées productrices d’électricité, représentent les 20% restants. L’OSHA considère par ailleurs que ce sont les entreprises publiques de production d’électricité qui devraient connaître la plus forte réduction du nombre d’accidents avec arrêt. La seconde catégorie a trait aux normes existantes auxquelles il est fait référence dans la norme 1910.269. Ainsi, selon l’OSHA toujours, l’employeur devrait assurer les services médicaux et de premiers soins prévus dans la norme 1910.151.

Les travaux d’excavation doivent être conformes à la section P du groupe de normes 1926; les équipements de protection individuelle à la section I du groupe de normes 1910; les dispositifs individuels antichute à la section E du groupe de normes 1926; et les échelles à la section D du groupe de normes 1910. Ce sont là quelques exemples des normes de l’OSHA auxquelles il est fait référence dans la norme de 1994 sur la production, le transport et la distribution d’énergie électrique. L’OSHA considère que ces textes contribueront à une meilleure reconnaissance des normes de sécurité applicables et que, associés à une bonne formation des employés et à leur sensibilisation aux risques existants, ils devraient permettre d’éviter en plus, chaque année, 2 décès et 1 310 accidents avec arrêt.

Dispositions générales

La norme américaine de 1994 sur la production, le transport et la distribution d’énergie électrique adopte une approche globale dans la maîtrise des risques. Elle est axée sur la performance, en ce sens que l’employeur a la possibilité de mettre en œuvre d’autres programmes s’il est en mesure de démontrer qu’ils offrent un niveau de sécurité équivalent à celui qui est visé par la norme. Les dispositions générales de la norme portent sur les points suivants: besoins de formation; maîtrise des énergies dangereuses (verrouillage et signalisation) aux étapes de la production, du transport et de la distribution d’énergie électrique; procédures d’accès aux espaces confinés et procédures pour travailler en sécurité dans les installations souterraines; travaux effectués sur des éléments découverts sous tension ou à proximité; travaux sur les lignes aériennes; mises à la terre; élagage des arbres à proximité des lignes; procédures à suivre par le personnel travaillant dans les postes électriques; outils isolants et outillage électrique portable; échelles; et équipements de protection individuelle. La norme aborde tous les aspects de l’exploitation et de la maintenance des installations et des équipements de production, de transport et de distribution d’énergie électrique.

Quelques dispositions primordiales

Certaines des dispositions les plus importantes de la norme sont celles qui prévoient pour le personnel une formation aux secours d’urgence, des séances d’information sur les tâches à exécuter ainsi qu’une formation aux pratiques de travail conformes à la sécurité et aux procédures d’urgence, y compris le sauvetage de personnes dans des trous de visite ou au sommet des poteaux. Il existe également des prescriptions particulières en matière de protection individuelle et de vêtements de protection pour les interventions sur des équipements sous tension et pour l’entrée dans des structures souterraines, ainsi que pour le contrôle des sources d’énergie dangereuses. Autre aspect important, les employeurs doivent certifier que leur personnel possède une formation appropriée et maîtrise les pratiques de travail spécifiées dans la norme. Quelques-uns de ces éléments sont examinés plus en détail ci-après.

L’OSHA demande que le personnel effectuant des travaux sur des lignes aériennes ou des installations ou matériels connexes soumis à des tensions de 50 V ou davantage soit formé aux premiers soins et à la réanimation cardio-pulmonaire. Pour toute équipe travaillant sur le terrain et comprenant plusieurs personnes, deux au moins doivent avoir reçu une telle formation. Sur les lieux de travail fixes comme les centrales, il faut que le nombre d’employés possédant cette formation soit suffisant pour qu’une personne ayant reçu une décharge électrique puisse être secourue en quatre minutes au plus.

Le chef d’une équipe doit organiser une réunion d’information avec le personnel concerné avant le début de chaque tâche. L’information doit porter sur les risques liés au travail, les méthodes de travail, les précautions particulières à prendre, les moyens de contrôle des sources d’énergie et les équipements de protection individuelle. Pour les tâches répétitives, on devra prévoir une réunion d’information avant le début de la première tâche de chaque journée ou de chaque prise de poste de travail. En cas de changement important, il faut organiser une séance supplémentaire. L’examen des tâches nécessite une planification des travaux, ce qui contribue à réduire le nombre des accidents.

L’OSHA demande également à l’employeur de certifier que chaque membre de son personnel a reçu la formation nécessaire pour acquérir la qualification et les compétences requises. Cette attestation sera délivrée lorsque l’employé aura démontré qu’il maîtrise les pratiques de travail; elle sera maintenue pendant toute la durée de l’emploi. Mais la formation à elle seule est insuffisante; la preuve doit être fournie que l’employé est compétent, ce qui se fait habituellement en vérifiant qu’il possède les connaissances requises. On s’assure de cette manière que les interventions sur des installations sous tension seront effectuées par des personnes qualifiées.

Il existe également des prescriptions concernant l’habillement des travailleurs susceptibles d’être exposés à des flammes ou à des arcs électriques. L’employeur doit veiller à ce que tout travailleur exposé à ces risques ne porte pas de vêtements susceptibles d’aggraver les conséquences d’un accident éventuel. Les vêtements faits d’acétate, de Nylon, de polyester, de rayonne ou constitués d’un mélange de ces matières sont interdits, à moins que l’employeur puisse apporter la preuve que le tissu a été traité de manière satisfaisante. Le personnel peut choisir des vêtements de coton, de laine ou en tissu ignifugé, mais il appartient à l’employeur de déterminer, en fonction de l’exposition, si des fibres naturelles comme le coton ou la laine sont acceptables, étant donné que ces matières peuvent s’enflammer dans certaines conditions. Cette disposition de la norme a soulevé de nombreuses controverses dans l’industrie; il n’en reste pas moins que l’interdiction des matières synthétiques est un facteur important de la prévention des accidents dans la production, le transport et la distribution d’énergie électrique.

LES RISQUES

Michael Crane

Dans le préambule à la norme sur la production, le transport et la distribution d’énergie électrique (29 CFR 1910.269), l’Administration de la sécurité et de la santé au travail (Occupational Safety and Health Administration (OSHA)), aux Etats-Unis, indique que «la fréquence globale des accidents dans l’industrie des services publics d’électricité (Standard Industrial classification (SIC-491)) est légèrement inférieure aux taux correspondants pour l’ensemble du secteur privé» et que, «sauf pour les risques électriques et les risques de chute, le personnel des services publics d’électricité est exposé à des risques d’une nature et d’un niveau comparables à ceux que l’on rencontre dans beaucoup d’autres branches» (OSHA, 1994). Ce préambule fait aussi référence aux publications du Bureau des statistiques du travail (Bureau of Labor Statistics (BLS)) qui définissent comme suit les principales sources d’accidents dans l’industrie considérée:

Le préambule souligne le fait que les chocs électriques ne constituent pas une catégorie d’accidents fréquemment signalés. Les dossiers des services de la main-d’œuvre, de l’industrie et de l’OSHA révèlent cependant que les accidents d’origine électrique représentent le type le plus fréquent d’accidents graves ou mortels dans les entreprises publiques d’électricité, avant les accidents de véhicules à moteur, les chutes et les accidents dans lesquels une personne est heurtée ou écrasée par un objet.

Les travailleurs des entreprises publiques d’électricité sont exposés à beaucoup d’autres risques au cours de leur travail, dont quelques-uns sont mentionnés ci-après.

Les lésions musculo-squelettiques sont les plus fréquentes chez les personnes qui exercent un travail physique; elles comprennent:

Le personnel est appelé à travailler dans des environnements très variés: travail en hauteur sur des pylônes; jonction de câbles souterrains; exposition à la chaleur dans les étages supérieurs des centrales pendant l’été et au froid lors des réparations des lignes aériennes de distribution abattues par le vent. Il est par ailleurs exposé à des forces énormes. Dans les centrales, par exemple, la vapeur circule à une pression telle qu’il risque d’être ébouillanté ou étouffé en cas de rupture d’une conduite. Outre la chaleur, les risques physiques dans les centrales comprennent le bruit, les champs électromagnétiques, les rayonnements ionisants (centrales nucléaires) et les risques d’asphyxie (espaces confinés). L’exposition à l’amiante a été à l’origine de nombreuses maladies et de multiples procès, et d’autres matériaux isolants sont actuellement mis en cause. Des produits chimiques comme les caustiques, les corrosifs et les solvants sont largement utilisés. Des personnes sont également affectées à des tâches spécialisées, comme la lutte contre le feu ou la plongée en scaphandre autonome (pour inspecter les circuits d’admission d’eau et d’évacuation).

Dans les centrales nucléaires modernes, on est parvenu à réduire l’exposition des travailleurs aux rayonnements pendant les périodes de fonctionnement, mais des expositions importantes peuvent se produire lors des arrêts pour maintenance ou rechargement du combustible; il importe d’exercer une surveillance radiologique avec des instruments performants et fiables pour protéger efficacement les travailleurs qui pénètrent dans des zones dangereuses. Du fait que de nombreuses entreprises de sous-traitance peuvent être appelées à travailler successivement dans plusieurs centrales nucléaires à l’arrêt, il est nécessaire d’instaurer une coordination étroite entre les organismes de réglementation et l’industrie pour surveiller en permanence la dose cumulée à laquelle les travailleurs ont été exposés.

Si les réseaux de transport et de distribution présentent certains des risques que l’on rencontre dans les centrales, ils se caractérisent toutefois par des expositions professionnelles qui leur sont propres. Les tensions et les intensités très élevées de ces réseaux prédisposent à des chocs électriques mortels et à des brûlures graves lorsque les travailleurs négligent les consignes de sécurité ou sont mal protégés. En cas de surchauffe, un transformateur peut prendre feu et exploser en dégageant de l’huile, et éventuellement des biphényles polychlorés (PCB) et leurs produits de dégradation. Dans les postes électriques, comme dans les centrales, la possibilité existe d’une exposition à des matériaux isolants ou diélectriques, des champs électromagnétiques ou des atmosphères confinées. Sur les réseaux de distribution, une exposition au plomb et à d’autres métaux, présents sous forme de poussières et de fumées, est à craindre pour les personnes occupées à couper, brûler ou épisser des câbles électriques. Les structures souterraines de ces réseaux présentent évidemment les risques propres aux espaces confinés. Le pentachlorophénol, pesticide employé pour la protection des poteaux électriques en bois, occasionne des nuisances qui n’existent pratiquement que sur les réseaux de distribution.

Enfin, les releveurs de compteurs et les travailleurs employés à l’extérieur peuvent être exposés à des actes de violence urbaine; les décès survenant à la suite d’une tentative de vol ne sont pas non plus inconnus dans cette catégorie de personnel.

LES PROBLÈMES D’ENVIRONNEMENT ET DE SANTÉ PUBLIQUE

Alexander C. Pittman, Jr.

Toute activité humaine a, sur l’environnement, des incidences dont l’ampleur et les conséquences sont variables. Des dispositions législatives ont été élaborées pour les contrôler et les réduire au minimum.

La production d’énergie électrique comporte plusieurs risques majeurs, potentiels ou réels, pour l’environnement, notamment les émissions de substances dans l’air et la contamination de l’eau et du sol (voir tableau 76.4). Les centrales à combustibles fossiles sont une source de préoccupation particulière du fait qu’elles rejettent dans l’atmosphère des oxydes d’azote (voir ci-après «L’ozone»), des oxydes de soufre (ce qui pose la question des pluies acides), du dioxyde de carbone (voir ci-après «Les changements climatiques mondiaux») et des particules, dont on a déterminé qu’elles sont sources de problèmes respiratoires.

Tableau 76.4 Principaux risques pour l'environnement pouvant être créés par
la production d'énergie électrique

Type de centrale

Air

Eau*

Sol

Combustibles fossiles

Dioxyde d’azote (NO2)

Byphényles polychlorés (BPC)

Cendres

Dioxyde de soufre (SO2)

Solvants

Amiante

Particules

Métaux

Byphényles polychlorés (BPC)

Monoxyde de carbone (CO)

Huiles

Solvants

Dioxyde de carbone (CO2)

Acides/bases

Métaux

Composés organiques volatils

Hydrocarbures

Huiles
Acides/bases
Hydrocarbures

Nucléaire

Comme ci-dessus, plus émission de radioactivité

   

Hydroélectrique

Principalement lixiviat rejeté par le sol dans l’eau en amont des barrages

   

Perturbation de l’habitat de la faune

   

* Devrait inclure des effets «locaux» comme l’élévation de la température de la masse d’eau qui reçoit les rejets de la centrale et la réduction de la population de poissons en raison de l’action mécanique des dispositifs d’admission d’eau.

Dans le cas des centrales nucléaires, les préoccupations majeures concernent le stockage à long terme des déchets nucléaires et la possibilité de catastrophes entraînant le rejet de contaminants radioactifs dans l’atmosphère. L’accident survenu en 1986 à Tchernobyl, en Ukraine, est un exemple classique de ce qui peut se produire en l’absence de précautions appropriées dans les centrales nucléaires: le lecteur peut se reporter à ce propos à deux articles pertinents de la présente Encyclopédie : «Tchernobyl, ou la méconnaissance des principes de conception ergonomique», au chapitre no 29, «L’ergonomie», et «Les mesures de sécurité et de santé dans les régions agricoles contaminées par des radionucléides: l’expérience de Tchernobyl», au chapitre no 39, «Les catastrophes naturelles et technologiques».

Pour ce qui est des centrales hydroélectriques, les inquiétudes tiennent principalement au lessivage de métaux, à la perturbation des habitats de la faune aquatique et terrestre et à la rupture éventuelle d’un barrage ou d’une digue.

Les champs électromagnétiques

Les travaux de recherche sur les effets des champs électromagnétiques se sont développés dans le monde entier depuis l’étude publiée par Wertheimer et Leeper en 1979. Ces auteurs postulaient l’existence d’un lien entre les cancers de l’enfant et la présence de lignes électriques à proximité des habitations. Les études effectuées depuis cette date n’ont pas été concluantes et n’ont pas confirmé l’existence d’un lien de causalité; en fait, elles ont mis en évidence les aspects sur lesquels il serait nécessaire d’avoir une connaissance plus étendue et des données de meilleure qualité pour tirer des conclusions valables sur le plan épidémiologique. Certaines des difficultés rencontrées dans ce domaine tiennent à l’évaluation (mesure de l’exposition, caractérisation de la source, fréquence des expositions et intensité des champs magnétiques dans les habitations). Bien que l’étude publiée par le Conseil national de la recherche de l’Académie nationale des Sciences, aux Etats-Unis (National Research Council of the National Academy of Sciences, 1996) ait conclu qu’il n’existait pas de preuve suffisante pour dire que les champs électromagnétiques d’extrêmement basse fréquence constituent une menace pour la santé humaine, la question continuera probablement de préoccuper les populations tant qu’elles n’auront pas été rassurées par des études et des recherches qui auront démontré l’absence d’une telle menace.

Les changements climatiques mondiaux

Ces dernières années, l’opinion publique a pris davantage conscience des répercussions des activités humaines sur le climat du globe. On estime que la moitié environ de toutes les émissions de gaz à effet de serre produites par ces activités sont constituées de dioxyde de carbone (CO2). De nombreuses recherches ont été consacrées et sont en cours dans ce domaine aux niveaux national et international. Comme les activités des entreprises de production d’énergie électrique contribuent de manière significative aux émissions de CO2 dans l’atmosphère, toute réglementation visant à réduire ces émissions est de nature à avoir de graves conséquences pour l’industrie considérée. La Convention-cadre des Nations Unies sur les changements climatiques, le plan d’action des Etats-Unis sur le changement climatique (Climate Change Action Plan) et la loi américaine de 1992 sur la politique de l’énergie (Energy Policy and Conservation Act) ont largement incité cette industrie à rechercher des moyens de s’adapter à une législation future.

Parmi les domaines étudiés actuellement, on peut citer la modélisation des émissions, la détermination des effets des changements climatiques, le calcul du coût des plans à prévoir pour gérer les changements climatiques, la réduction des émissions de gaz à effet de serre et ses avantages pour l’être humain, et la prévision des changements climatiques.

Une cause de préoccupation majeure tient aux éventuelles répercussions négatives des changements climatiques sur les systèmes écologiques. On considère que les systèmes non encore pris en charge sont les plus sensibles et les plus exposés à des effets dommageables à l’échelle mondiale.

Les polluants atmosphériques dangereux

L’Agence américaine de protection de l’environnement (Environmental Protection Agency (EPA)) a adressé au Congrès un rapport intérimaire sur les polluants atmosphériques dangereux produits par les entreprises publiques d’électricité, comme cela avait été demandé dans le cadre de la révision de la loi de 1990 sur la lutte contre la pollution de l’air (Clean Air Act Amendments) (EPA, 1998). L’EPA avait été chargée d’analyser les risques posés par les centrales thermiques à combustibles fossiles. Elle a conclu que ces émissions ne constituent pas un danger pour la santé publique. Les auteurs ont différé leurs conclusions au sujet du mercure dans l’attente de travaux complémentaires. Une étude très complète de l’Electric Power Research Institute (EPRI) sur les centrales à combustibles fossiles indique que plus de 99,5% de celles-ci n’occasionnent pas de risques de cancer supérieurs au seuil de 1 pour 1 million (Lamarre, 1995). A titre de comparaison, des chercheurs ont calculé que le risque dû à toutes les sources d’émissions pouvait atteindre 2 700 cas par an.

L’ozone

La réduction des concentrations d’ozone dans l’air stratosphérique constitue une préoccupation majeure dans de nombreux pays. Les oxydes d’azote (NOx) et les composés organiques volatils (COV) produisent de l’ozone. Comme les centrales à combustibles fossiles contribuent largement au volume total des émissions de NOx dans le monde, leurs responsables peuvent s’attendre à des mesures de contrôle plus rigoureuses à mesure que les pays renforceront leurs normes de protection de l’environnement. Il en sera ainsi jusqu’à ce que soient définies avec plus de précision les données destinées aux modèles photochimiques à grille utilisés pour la modélisation du transport de l’ozone troposphérique.

La réhabilitation des sites

Le moment est venu pour les entreprises publiques de calculer ce que pourrait coûter le démantèlement des usines à gaz et la réhabilitation de leurs sites. Ces usines ont été créées à l’origine pour la production de gaz à partir de charbon, de coke ou de pétrole, de sorte que du goudron de houille et d’autres sous-produits ont été évacués dans de grands bassins sur place ou sur des terrains à l’extérieur du site. Les décharges de ce type sont de nature à contaminer les eaux souterraines et les sols. En raison des travaux de recherche qu’il faudra entreprendre pour déterminer l’étendue de la contamination des eaux souterraines et des sols à ces emplacements ainsi que les moyens d’y remédier de manière économique, le problème restera sans doute à l’étude pendant un certain temps encore. Des remarques analogues pourraient s’appliquer aux sites des centrales nucléaires.

RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES

Environmental Protection Administration (EPA), 1998: Report to Congress on Utility Hazardous Air Pollutants (Washington, DC).

Lamarre, L., 1995: «Assessing the risks of utility hazardous air pollutants», EPRI Journal , vol. 20, no 1, p. 6.

National Research Council of the National Academy of Sciences, 1996: Possible Health Effects of Exposure to Residential Electric and Magnetic Fields (Washington, DC, National Academy Press).

Occupational Safety and Health Administration (OSHA), 1994: «29 CFR Part 1910.269, Electric Power Generation, Transmission and Distribution: Electrical Protective Equipment; Final Rule», US Department of Labor, Federal Register, vol. 59 (Washington, DC).

Organisation des Nations Unies (ONU), 1995: 1993 Annuaire des statistiques de l’énergie, Département des affaires économiques et sociales, Division de statistique (New York).

Uranium Institute, 1988: The Safety of Nuclear Power Plants (Londres).

US Department of Energy, 1995: Electric Power Annual 1994, vol. 1 (Washington, DC, US Department of Energy, Energy Information Administration, Office of Coal, Nuclear, Electric and Alternate Fuels).

Wertheimer, N. et Leeper, E., 1979: «Electrical wiring configurations and childhood cancer», American Journal of Epidemiology , vol. 109, no 3, pp. 273-284.

RÉFÉRENCES COMPLÉMENTAIRES

Bourrier, M., 1999: Le nucléaire à l’épreuve de l’organisation (Paris, Presses universitaires de France).

D’Hertefelt, H., Bentein, K. et Wilcox, M., 1996: «Travaux de terrassement et de montage dans le secteur de la distribution d’électricité», Le corps au travail. Pratiques ergonomiques dans l’entreprise (Bruxelles, Institut national de recherche sur les conditions de travail (INRCT)).

Doniol-Shaw, G., Huez, D. et Sandret, N., 1995: Les intermittents du nucléaire. Enquête STED sur le travail en sous-traitance dans la maintenance des centrales nucléaires (Toulouse, Octares Editions).

Dufourniaud, T. 2001: «Stratégie d’évaluation et amélioration des conditions de travail en ambiance chaude: cas des essais à chaud en centrale nucléaire PWR 900 MW type CPO», Revue de médecine du travail , tome XXVIII, no 2, pp. 98-102.

Gay, D., 1997: Matériaux composites , collection Matériaux, 4e édition (Paris, Editions Hermès).

Ministère de l’Emploi et de la Solidarité, 1998: Circulaire DRT no 98/2 du 15 avril 1998 relative aux priorités et aux modalités d’action de l’inspection du travail dans les centrales électriques et notamment dans les centrales électronucléaires (Paris).

Thébaud-Mony, A., 2000: «L’industrie nucléaire. Sous-traitance et servitude» (Paris, Editions INSERM, Editions EDK).