La toxicologie est l'étude des poisons ou, plus largement, l'identification et la quantification des effets néfastes associés à l'exposition à des agents physiques, des substances chimiques et d'autres conditions. En tant que telle, la toxicologie s'appuie sur la plupart des sciences biologiques fondamentales, les disciplines médicales, l'épidémiologie et certains domaines de la chimie et de la physique pour l'information, les conceptions et les méthodes de recherche. La toxicologie va de la recherche fondamentale sur le mécanisme d'action des agents toxiques à l'élaboration et à l'interprétation de tests standards caractérisant les propriétés toxiques des agents. La toxicologie fournit des informations importantes à la fois pour la médecine et l'épidémiologie pour comprendre l'étiologie et fournir des informations sur la plausibilité des associations observées entre les expositions, y compris les professions, et la maladie. La toxicologie peut être divisée en disciplines standard, telles que la toxicologie clinique, médico-légale, d'investigation et réglementaire; la toxicologie peut être considérée par système ou processus d'organe cible, comme l'immunotoxicologie ou la toxicologie génétique; la toxicologie peut être présentée en termes fonctionnels, comme la recherche, les essais et l'évaluation des risques.

C'est un défi de proposer une présentation complète de la toxicologie dans ce Encyclopédie. Ce chapitre ne présente pas un recueil d'informations sur la toxicologie ou les effets indésirables d'agents spécifiques. Ces dernières informations sont mieux obtenues à partir de bases de données continuellement mises à jour, comme décrit dans la dernière section de ce chapitre. De plus, le chapitre ne tente pas de placer la toxicologie dans des sous-disciplines spécifiques, telles que la toxicologie médico-légale. C'est la prémisse du chapitre que les informations fournies sont pertinentes pour tous les types d'efforts toxicologiques et pour l'utilisation de la toxicologie dans diverses spécialités et domaines médicaux. Dans ce chapitre, les sujets sont basés principalement sur une orientation pratique et une intégration avec l'intention et le but de la Encyclopédie dans son ensemble. Les sujets sont également sélectionnés pour faciliter les références croisées dans le Encyclopédie.

Dans la société moderne, la toxicologie est devenue un élément important de la santé environnementale et professionnelle. En effet, de nombreuses organisations, gouvernementales et non gouvernementales, utilisent des informations issues de la toxicologie pour évaluer et réglementer les risques sur le lieu de travail et dans l'environnement non professionnel. Dans le cadre des stratégies de prévention, la toxicologie est inestimable, car elle est la source d'informations sur les dangers potentiels en l'absence d'expositions humaines généralisées. Les méthodes toxicologiques sont également largement utilisées par l'industrie dans le développement de produits, pour fournir des informations utiles à la conception de molécules spécifiques ou de formulations de produits.

Le chapitre commence par cinq articles sur les principes généraux de la toxicologie, qui sont importants pour l'examen de la plupart des sujets dans le domaine. Les premiers principes généraux portent sur la compréhension des relations entre exposition externe et dose interne. Dans la terminologie moderne, «l'exposition» fait référence aux concentrations ou à la quantité d'une substance présentée à des individus ou à des populations - des quantités trouvées dans des volumes spécifiques d'air ou d'eau, ou dans des masses de sol. La « dose » fait référence à la concentration ou à la quantité d'une substance à l'intérieur d'une personne ou d'un organisme exposé. En santé au travail, les normes et les lignes directrices sont souvent établies en termes d'exposition ou de limites admissibles sur les concentrations dans des situations spécifiques, comme dans l'air sur le lieu de travail. Ces limites d'exposition sont fondées sur des hypothèses ou des informations sur les relations entre l'exposition et la dose ; cependant, les informations sur la dose interne ne sont souvent pas disponibles. Ainsi, dans de nombreuses études sur la santé au travail, des associations ne peuvent être établies qu'entre l'exposition et la réponse ou l'effet. Dans quelques cas, des normes ont été fixées en fonction de la dose (par exemple, les niveaux admissibles de plomb dans le sang ou de mercure dans l'urine). Bien que ces mesures soient plus directement corrélées à la toxicité, il est toujours nécessaire de rétrocalculer les niveaux d'exposition associés à ces niveaux à des fins de contrôle des risques.

Le prochain article concerne les facteurs et événements qui déterminent les relations entre exposition, dose et réponse. Les premiers facteurs concernent l'absorption, l'absorption et la distribution - les processus qui déterminent le transport réel des substances dans le corps depuis l'environnement externe à travers les portes d'entrée telles que la peau, les poumons et les intestins. Ces processus sont à l'interface entre l'homme et son environnement. Les seconds facteurs, du métabolisme, concernent la compréhension de la façon dont le corps gère les substances absorbées. Certaines substances sont transformées par des processus cellulaires du métabolisme, qui peuvent soit augmenter soit diminuer leur activité biologique.

Les concepts d'organe cible et d'effet critique ont été développés pour faciliter l'interprétation des données toxicologiques. Selon la dose, la durée et la voie d'exposition, ainsi que des facteurs liés à l'hôte tels que l'âge, de nombreux agents toxiques peuvent induire un certain nombre d'effets dans les organes et les organismes. Un rôle important de la toxicologie est d'identifier l'effet ou les ensembles d'effets importants afin de prévenir une maladie irréversible ou débilitante. Une partie importante de cette tâche est l'identification de l'organe le premier ou le plus affecté par un agent toxique ; cet organe est défini comme « organe cible ». Au sein de l'organe cible, il est important d'identifier l'événement ou les événements importants qui signalent une intoxication ou un dommage, afin de s'assurer que l'organe a été affecté au-delà de la plage de variation normale. C'est ce qu'on appelle « l'effet critique » ; il peut représenter le premier événement d'une progression d'étapes physiopathologiques (comme l'excrétion de protéines de petit poids moléculaire comme effet critique de la néphrotoxicité), ou il peut représenter le premier effet potentiellement irréversible d'un processus pathologique (comme la formation d'un adduit à l'ADN dans la carcinogenèse). Ces concepts sont importants en santé au travail parce qu'ils définissent les types de toxicité et de maladie clinique associés à des expositions spécifiques et, dans la plupart des cas, la réduction de l'exposition a pour objectif la prévention des effets critiques sur les organes cibles, plutôt que tous les effets dans tous les organes. organe.

Les deux articles suivants concernent des facteurs importants de l'hôte qui affectent de nombreux types de réponses à de nombreux types d'agents toxiques. Ce sont : les déterminants génétiques ou les facteurs de susceptibilité/résistance héréditaires ; et l'âge, le sexe et d'autres facteurs tels que le régime alimentaire ou la coexistence de maladies infectieuses. Ces facteurs peuvent également affecter l'exposition et la dose, en modifiant l'absorption, l'absorption, la distribution et le métabolisme. Étant donné que les populations actives dans le monde varient en fonction de bon nombre de ces facteurs, il est essentiel que les spécialistes de la santé au travail et les décideurs politiques comprennent la manière dont ces facteurs peuvent contribuer aux variabilités de réponse entre les populations et les individus au sein des populations. Dans les sociétés aux populations hétérogènes, ces considérations sont particulièrement importantes. La variabilité des populations humaines doit être prise en compte lors de l'évaluation des risques d'exposition professionnelle et pour tirer des conclusions rationnelles de l'étude d'organismes non humains dans le cadre de recherches ou d'essais toxicologiques.

La section fournit ensuite deux aperçus généraux sur la toxicologie au niveau mécaniste. Mécaniquement, les toxicologues modernes considèrent que tous les effets toxiques manifestent leurs premières actions au niveau cellulaire ; ainsi, les réponses cellulaires représentent les premières indications des rencontres du corps avec un agent toxique. On suppose en outre que ces réponses représentent un éventail d'événements, allant de la blessure au décès. Les lésions cellulaires font référence à des processus spécifiques utilisés par les cellules, la plus petite unité d'organisation biologique au sein des organes, pour répondre au défi. Ces réponses impliquent des changements dans la fonction des processus au sein de la cellule, y compris la membrane et sa capacité à absorber, libérer ou exclure des substances ; la synthèse dirigée de protéines à partir d'acides aminés ; et le renouvellement des composants cellulaires. Ces réponses peuvent être communes à toutes les cellules lésées, ou elles peuvent être spécifiques à certains types de cellules au sein de certains systèmes d'organes. La mort cellulaire est la destruction de cellules au sein d'un système organique, à la suite d'une lésion cellulaire irréversible ou non compensée. Les agents toxiques peuvent provoquer la mort cellulaire aiguë en raison de certaines actions telles que l'empoisonnement du transfert d'oxygène, ou la mort cellulaire peut être la conséquence d'une intoxication chronique. La mort cellulaire peut être suivie d'un remplacement dans certains systèmes d'organes, mais pas dans tous, mais dans certaines conditions, la prolifération cellulaire induite par la mort cellulaire peut être considérée comme une réponse toxique. Même en l'absence de mort cellulaire, des lésions cellulaires répétées peuvent induire un stress dans les organes qui compromet leur fonction et affecte leur progéniture.

Le chapitre est ensuite divisé en sujets plus spécifiques, qui sont regroupés dans les catégories suivantes : mécanisme, méthodes d'essai, réglementation et évaluation des risques. Les articles sur les mécanismes se concentrent principalement sur les systèmes cibles plutôt que sur les organes. Cela reflète la pratique de la toxicologie et de la médecine modernes, qui étudient les systèmes d'organes plutôt que les organes isolés. Ainsi, par exemple, la discussion sur la toxicologie génétique n'est pas centrée sur les effets toxiques d'agents dans un organe spécifique, mais plutôt sur le matériel génétique en tant que cible d'une action toxique. De même, l'article sur l'immunotoxicologie aborde les différents organes et cellules du système immunitaire comme cibles d'agents toxiques. Les articles sur les méthodes sont conçus pour être hautement opérationnels ; ils décrivent les méthodes actuellement utilisées dans de nombreux pays pour l'identification des dangers, c'est-à-dire l'élaboration d'informations relatives aux propriétés biologiques des agents.

Le chapitre se poursuit avec cinq articles sur l'application de la toxicologie dans la réglementation et l'élaboration des politiques, de l'identification des dangers à l'évaluation des risques. La pratique actuelle dans plusieurs pays, ainsi qu'au CIRC, est présentée. Ces articles doivent permettre au lecteur de comprendre comment les informations dérivées des tests de toxicologie sont intégrées aux inférences de base et mécanistes pour dériver des informations quantitatives utilisées dans l'établissement des niveaux d'exposition et d'autres approches de contrôle des risques sur le lieu de travail et dans l'environnement général.

Un résumé des bases de données toxicologiques disponibles, auxquelles les lecteurs de cette encyclopédie peuvent se référer pour des informations détaillées sur des agents toxiques spécifiques et des expositions, se trouve dans le Volume III (voir « Bases de données toxicologiques » dans le chapitre Manipulation sûre des produits chimiques, qui fournit des informations sur nombre de ces bases de données, leurs sources d'information, leurs méthodes d'évaluation et d'interprétation, et leurs moyens d'accès). Ces bases de données, ainsi que les Encyclopédie, donner au spécialiste de la santé au travail, au travailleur et à l'employeur la possibilité d'obtenir et d'utiliser des informations à jour sur la toxicologie et l'évaluation des agents toxiques par les organismes nationaux et internationaux.

Ce chapitre se concentre sur les aspects de la toxicologie pertinents pour la sécurité et la santé au travail. Pour cette raison, la toxicologie clinique et la toxicologie médico-légale ne sont pas spécifiquement abordées en tant que sous-disciplines du domaine. Bon nombre des mêmes principes et approches décrits ici sont utilisés dans ces sous-disciplines ainsi qu'en santé environnementale. Elles s'appliquent également à l'évaluation des impacts des agents toxiques sur les populations non humaines, préoccupation majeure des politiques environnementales de nombreux pays. Une tentative résolue a été faite pour recueillir les points de vue et les expériences d'experts et de praticiens de tous les secteurs et de nombreux pays ; cependant, le lecteur peut noter un certain parti pris envers les scientifiques universitaires du monde développé. Bien que l'éditeur et les contributeurs pensent que les principes et la pratique de la toxicologie sont internationaux, les problèmes de préjugés culturels et d'étroitesse de l'expérience peuvent bien être évidents dans ce chapitre. L'éditeur du chapitre espère que les lecteurs de ce Encyclopédie aidera à assurer la perspective la plus large possible alors que cette référence importante continue d'être mise à jour et élargie.

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Les causes de la catastrophe de Tchernobyl de 1986 ont été diversement attribuées au personnel d'exploitation, à la direction de la centrale, à la conception du réacteur et au manque d'informations de sécurité adéquates dans l'industrie nucléaire soviétique. Cet article examine un certain nombre de défauts de conception, de lacunes opérationnelles et d'erreurs humaines qui se sont combinés dans l'accident. Il examine la séquence des événements qui ont conduit à l'accident, les problèmes de conception du réacteur et des barres de refroidissement, et le déroulement de l'accident lui-même. Il considère les aspects ergonomiques et exprime l'opinion que la cause principale de l'accident était une interaction utilisateur-machine inadéquate. Enfin, il souligne les insuffisances persistantes et souligne qu'à moins que les leçons d'ergonomie ne soient pleinement apprises, une catastrophe similaire pourrait encore se produire.

L'histoire complète de la catastrophe de Tchernobyl n'a pas encore été révélée. Pour parler franchement, la vérité est encore voilée par des réticences intéressées, des demi-vérités, des secrets et même des mensonges. Une étude approfondie des causes de l'accident semble être une tâche très difficile. Le principal problème auquel est confronté l'enquêteur est la nécessité de reconstituer l'accident et le rôle des facteurs humains dans celui-ci sur la base des infimes informations mises à disposition pour l'étude. La catastrophe de Tchernobyl est plus qu'un accident technologique grave, une partie des raisons de la catastrophe incombent également à l'administration et à la bureaucratie. Cependant, l'objectif principal de cet article est d'examiner les défauts de conception, les lacunes opérationnelles et les erreurs humaines qui se sont combinées dans l'accident de Tchernobyl.

Qui est à blâmer?

Le concepteur en chef des réacteurs à eau bouillante de grande puissance à tube de force (RBMK) utilisés à la centrale nucléaire de Tchernobyl, en 1989, a présenté son point de vue sur les causes de l'accident de Tchernobyl. Il a attribué la catastrophe au fait que le personnel n'avait pas observé les bonnes procédures, ou «discipline de production». Il a souligné que les avocats enquêtant sur l'accident étaient arrivés à la même conclusion. Selon lui, "la faute incombe au personnel plutôt qu'à des défauts de conception ou de fabrication". Le directeur de recherche pour le développement du RBMK a soutenu ce point de vue. La possibilité d'une insuffisance ergonomique en tant que facteur causal n'a pas été prise en compte.

Les opérateurs eux-mêmes ont exprimé une opinion différente. Le chef de quart de la quatrième unité, AF Akimov, lorsqu'il est décédé dans un hôpital après avoir reçu une dose de rayonnement de plus de 1,500 XNUMX rads (R) en peu de temps pendant l'accident, n'a cessé de dire à ses parents que ses actions avait été correct et il ne pouvait pas comprendre ce qui n'allait pas. Sa persévérance reflétait une confiance absolue dans un réacteur censé être totalement sûr. Akimov a également déclaré qu'il n'avait rien à reprocher à son équipage. Les opérateurs étaient sûrs que leurs actions étaient conformes à la réglementation, et celle-ci n'évoqua aucunement l'éventualité d'une explosion. (Remarquablement, la possibilité que le réacteur devienne dangereux dans certaines conditions n'a été introduite dans les règles de sécurité qu'après l'accident de Tchernobyl.) Cependant, à la lumière des problèmes de conception révélés par la suite, il est significatif que les opérateurs n'aient pas pu comprendre pourquoi l'insertion de barres dans le noyau a provoqué une explosion aussi terrible au lieu d'arrêter instantanément la réaction nucléaire comme prévu. En d'autres termes, dans ce cas, ils ont agi correctement conformément aux instructions de maintenance et à leur modèle mental du système du réacteur, mais la conception du système ne correspondait pas à ce modèle.

Six personnes, représentant uniquement la direction de l'usine, ont été condamnées, au vu des pertes humaines, pour avoir enfreint les règles de sécurité des installations potentiellement explosives. Le président présidant le tribunal a prononcé quelques mots à l'effet de poursuivre les enquêtes à l'égard de « ceux qui n'ont pas pris de mesures pour améliorer la conception de l'usine ». Il a également évoqué la responsabilité des responsables départementaux, des collectivités territoriales et des services médicaux. Mais, en fait, il était clair que l'affaire était close. Personne d'autre n'a été tenu pour responsable de la plus grande catastrophe de l'histoire de la technologie nucléaire.

Cependant, il est nécessaire d'enquêter sur tous les facteurs de causalité qui se sont combinés dans la catastrophe pour tirer des leçons importantes pour une exploitation future sûre des centrales nucléaires.

Secret : le monopole de l'information dans la recherche et l'industrie

L'échec de la relation utilisateur-machine qui a abouti à "Tchernobyl-86" peut être attribué dans une certaine mesure à la politique du secret - l'application d'un monopole de l'information - qui régissait la communication technologique dans l'establishment soviétique de l'énergie nucléaire. Un petit groupe de scientifiques et de chercheurs a reçu un droit exhaustif de définir les principes et procédures de base de l'énergie nucléaire, un monopole protégé de manière fiable par la politique du secret. En conséquence, les assurances des scientifiques soviétiques quant à la sûreté absolue des centrales nucléaires sont restées incontestées pendant 35 ans, et le secret a voilé l'incompétence des dirigeants du nucléaire civil. Incidemment, on a appris récemment que ce secret s'étendait également aux informations relatives à l'accident de Three Mile Island ; le personnel d'exploitation des centrales nucléaires soviétiques n'a pas été pleinement informé de cet accident - seuls des éléments d'information sélectionnés, qui ne contredisent pas l'opinion officielle sur la sécurité des centrales nucléaires, ont été communiqués. Un rapport sur les aspects d'ingénierie humaine de l'accident de Three Mile Island, présenté par l'auteur de cet article en 1985, n'a pas été distribué aux personnes impliquées dans la sûreté et la fiabilité des centrales nucléaires.

Aucun accident nucléaire soviétique n'a jamais été rendu public, à l'exception des accidents survenus aux centrales nucléaires d'Arménie et de Tchernobyl (1982), qui ont été mentionnés avec désinvolture dans le journal. Pravda. En masquant le véritable état des choses (et donc en omettant d'exploiter les leçons tirées des analyses d'accidents), les dirigeants de l'industrie nucléaire la remettaient sur la voie de Tchernobyl-86, voie encore facilitée par le fait que une idée simplifiée des activités de l'exploitant avait été implantée et le risque d'exploitation des centrales nucléaires était sous-estimé.

Comme l'a déclaré un membre du Comité d'experts d'État sur les conséquences de l'accident de Tchernobyl en 1990 : « Pour ne plus nous tromper, nous devons admettre toutes nos erreurs et les analyser. Il est essentiel de déterminer quelles erreurs étaient dues à notre inexpérience et lesquelles étaient en fait une tentative délibérée de cacher la vérité.

L'accident de Tchernobyl de 1986

Mauvaise planification du test

Le 25 avril 1986, la quatrième tranche de la centrale nucléaire de Tchernobyl (Tchernobyl 4) était en cours de préparation pour un entretien de routine. Le plan était d'arrêter l'unité et de réaliser une expérience impliquant des systèmes de sécurité inopérants totalement privés d'alimentation des sources normales. Ce test aurait dû être réalisé before le démarrage initial de Tchernobyl 4. Cependant, le Comité d'État était tellement pressé de démarrer l'unité qu'il a décidé de reporter sine die certains tests « insignifiants ». Le certificat d'acceptation a été signé à la fin de 1982. Ainsi, le chef mécanicien adjoint agissait selon le plan antérieur, qui supposait une unité totalement inactive ; sa planification et le calendrier du test se sont déroulés selon cette hypothèse implicite. Ce test n'a en aucun cas été réalisé de sa propre initiative.

Le programme de l'essai a été approuvé par le chef mécanicien. La puissance pendant l'essai était censée être générée à partir de l'énergie de ralentissement du rotor de la turbine (lors de sa rotation induite par l'inertie). Lorsqu'il est encore en rotation, le rotor fournit une production d'énergie électrique qui pourrait être utilisée en cas d'urgence. La perte totale de puissance d'une centrale nucléaire provoque l'arrêt de tous les mécanismes, y compris les pompes qui assurent la circulation du liquide de refroidissement dans le cœur, ce qui entraîne à son tour la fusion du cœur, un accident grave. L'expérience ci-dessus visait à tester la possibilité d'utiliser d'autres moyens disponibles - la rotation inertielle de la turbine - pour produire de l'énergie. Il n'est pas interdit d'effectuer de tels tests dans les installations en exploitation à condition qu'une procédure adéquate ait été élaborée et que des précautions de sécurité supplémentaires aient été élaborées. Le programme doit s'assurer qu'une alimentation électrique de secours est fournie pour toute la période d'essai. En d'autres termes, la perte de pouvoir n'est qu'implicite mais jamais actualisée. L'essai ne peut être effectué qu'après l'arrêt du réacteur, c'est-à-dire lorsque le bouton "scram" est enfoncé et que les barres absorbantes sont insérées dans le cœur. Au préalable, le réacteur doit être dans un état stable contrôlé avec la marge de réactivité précisée dans le mode opératoire, avec au moins 28 à 30 crayons absorbants insérés dans le cœur.

Le programme approuvé par l'ingénieur en chef de la centrale de Tchernobyl ne satisfaisait à aucune des exigences ci-dessus. De plus, il a nécessité l'arrêt du système de refroidissement de secours du cœur (ECCS), compromettant ainsi la sûreté de la centrale pendant toute la période d'essai (environ quatre heures). Lors de l'élaboration du programme, les initiateurs ont pris en compte la possibilité de déclencher l'ECCS, une éventualité qui les aurait empêchés de mener à bien le test de délabrement. La méthode de purge n'était pas précisée dans le programme puisque la turbine n'avait plus besoin de vapeur. De toute évidence, les personnes impliquées ignoraient complètement la physique des réacteurs. Les dirigeants de l'énergie nucléaire comprenaient évidemment aussi des personnes également non qualifiées, ce qui expliquerait le fait que lorsque le programme ci-dessus a été soumis à l'approbation des autorités responsables en janvier 1986, il n'a jamais été commenté d'aucune façon par celles-ci. Le sentiment émoussé du danger a également apporté sa contribution. En raison de la politique de confidentialité qui entoure la technologie nucléaire, l'opinion s'est formée que les centrales nucléaires sont sûres et fiables et que leur exploitation est sans accident. L'absence de réponse officielle au programme n'a cependant pas alerté le directeur de la centrale de Tchernobyl sur la possibilité d'un danger. Il a décidé de procéder au test en utilisant le programme non certifié, même si cela n'était pas autorisé.

Modification du programme de test

Lors de l'exécution du test, le personnel a violé le programme lui-même, créant ainsi de nouvelles possibilités d'accident. Le personnel de Tchernobyl a commis six erreurs et violations grossières. Selon le programme, l'ECCS a été rendu inopérant, ce qui constitue l'une des erreurs les plus graves et les plus fatales. Les vannes de contrôle de l'eau d'alimentation avaient été coupées et verrouillées au préalable de sorte qu'il était impossible de les ouvrir même manuellement. Le refroidissement de secours a été délibérément mis hors service afin d'éviter un éventuel choc thermique résultant de l'entrée d'eau froide dans le cœur chaud. Cette décision reposait sur la ferme conviction que le réacteur tiendrait le coup. La « confiance » dans le réacteur a été renforcée par les dix années d'exploitation relativement sans problème de la centrale. Même un avertissement sérieux, la fusion partielle du cœur de la première unité de Tchernobyl en septembre 1982, a été ignoré.

Selon le programme d'essais, l'arrêt du rotor devait être effectué à un niveau de puissance de 700 à 1000 MW_th (mégawatts de puissance thermique). Un tel arrêt aurait dû être effectué alors que le réacteur était en cours d'arrêt, mais l'autre voie, désastreuse, a été choisie : procéder à l'essai avec le réacteur toujours en fonctionnement. Cela a été fait pour assurer la "pureté" de l'expérience.

Dans certaines conditions de fonctionnement, il devient nécessaire de changer ou d'éteindre une commande locale des grappes de crayons absorbants. Lors de l'arrêt de l'un de ces systèmes locaux (les moyens d'y parvenir sont précisés dans la procédure de fonctionnement à faible puissance), l'ingénieur principal en contrôle-commande du réacteur tarde à corriger le déséquilibre du système de contrôle-commande. En conséquence, la puissance est tombée en dessous de 30 MW_th ce qui a conduit à un empoisonnement du réacteur aux produits de fission (avec du xénon et de l'iode). Dans un tel cas, il est pratiquement impossible de rétablir des conditions normales sans interrompre le test et attendre un jour jusqu'à ce que l'empoisonnement soit surmonté. L'ingénieur en chef adjoint des opérations n'a pas voulu interrompre l'essai et, en leur criant dessus, a forcé les opérateurs de la salle de contrôle à commencer à augmenter le niveau de puissance (qui s'était stabilisé à 200 MW_th). L'empoisonnement du réacteur s'est poursuivi, mais une nouvelle augmentation de puissance était inadmissible en raison de la faible marge de réactivité de fonctionnement de seulement 30 barres pour un réacteur à tube de force de grande puissance (RBMK). Le réacteur est devenu pratiquement incontrôlable et potentiellement explosif car, en tentant de vaincre l'empoisonnement, les opérateurs ont retiré plusieurs crayons nécessaires au maintien de la marge de sécurité de réactivité, rendant ainsi le système de scram inefficace. Néanmoins, il a été décidé de procéder au test. Le comportement de l'opérateur était évidemment principalement motivé par le désir de terminer le test le plus tôt possible.

Problèmes dus à la conception inadéquate du réacteur et des crayons absorbants

Pour mieux comprendre les causes de l'accident, il est nécessaire de souligner les défauts majeurs de conception des barres absorbantes du système de contrôle et de scram. La hauteur du noyau est de 7 m, tandis que la longueur absorbante des tiges est de 5 m avec des parties creuses de 1 m au-dessus et en dessous. Les extrémités inférieures des tiges absorbantes, qui passent sous le noyau lorsqu'elles sont complètement insérées, sont remplies de graphite. Dans une telle conception, les barres de commande pénètrent dans le coeur suivies de parties creuses d'un mètre et enfin viennent les parties absorbantes.

À Tchernobyl 4 , il y avait au total 211 barres absorbantes, dont 205 ont été entièrement retirées. La réinsertion simultanée d'autant de crayons entraîne initialement un dépassement de réactivité (un pic d'activité de fission), puisque dans un premier temps les extrémités et les parties creuses en graphite pénètrent dans le cœur. Dans un réacteur contrôlé stable, une telle explosion n'est pas inquiétante, mais en cas de combinaison de conditions défavorables, un tel ajout peut s'avérer fatal car il conduit à un emballement rapide du réacteur à neutrons. La cause immédiate de la croissance initiale de la réactivité était l'initiation de l'ébullition de l'eau dans le cœur. Cette croissance initiale de la réactivité reflétait un inconvénient particulier : un coefficient de vide de vapeur positif, qui résultait de la conception du cœur. Ce défaut de conception est l'un des défauts à l'origine des erreurs de l'opérateur.

De graves défauts de conception dans le réacteur et les barres absorbantes ont en fait prédéterminé l'accident de Tchernobyl. En 1975, après l'accident de l'usine de Leningrad, et plus tard, des spécialistes ont mis en garde contre la possibilité d'un autre accident en raison de lacunes dans la conception du cœur. Six mois avant la catastrophe de Tchernobyl, un inspecteur de la sécurité de la centrale de Koursk a envoyé une lettre à Moscou dans laquelle il signale au directeur de la recherche et au concepteur en chef certaines insuffisances de conception du réacteur et des barres du système de contrôle et de protection. Le Comité de surveillance de l'État pour l'énergie nucléaire, cependant, a qualifié son argument de non fondé.

Le déroulement de l'accident lui-même

Le cours des événements fut le suivant. Avec l'apparition de la cavitation de la pompe primaire, qui a entraîné une réduction du débit dans le cœur, le fluide de refroidissement a bouilli dans les tubes de force. Juste à ce moment, le chef de quart appuya sur le bouton du système scram. En réponse, toutes les barres de contrôle (qui avaient été retirées) et les barres de brouillage sont tombées dans le noyau. Cependant, les premiers à pénétrer dans le cœur ont été le graphite et les extrémités creuses des tiges, qui provoquent une croissance de la réactivité ; et ils sont entrés dans le cœur juste au début de la production intensive de vapeur. L'augmentation de la température à cœur produit également le même effet. Ainsi se sont conjuguées trois conditions défavorables pour le noyau. L'emballement immédiat du réacteur a commencé. Cela était principalement dû à des défauts de conception flagrants du RBMK. Il convient de rappeler ici que l'ECCS avait été rendu inopérant, verrouillé et scellé.

Les événements qui suivirent sont bien connus. Le réacteur a été endommagé. La majeure partie du combustible, du graphite et d'autres composants du cœur ont été soufflés. Les niveaux de rayonnement à proximité de l'unité endommagée s'élevaient à 1,000 15,000 à XNUMX XNUMX R/h, bien qu'il y ait des zones plus éloignées ou abritées où les niveaux de rayonnement étaient considérablement plus faibles.

Au début, le personnel n'a pas réalisé ce qui s'était passé et a continué à dire : « C'est impossible ! Tout a été fait correctement. »

Considérations ergonomiques en rapport avec le rapport soviétique sur l'accident

Le rapport présenté par la délégation soviétique à la réunion de l'Association internationale de l'énergie atomique (AIEA) à l'été 1986 donnait évidemment des informations véridiques sur l'explosion de Tchernobyl, mais un doute persiste quant à savoir si l'accent a été mis aux bons endroits et si la conception les insuffisances n'ont pas été traitées avec trop de douceur. Le rapport indiquait que le comportement du personnel était motivé par le désir de terminer le test le plus tôt possible. À en juger par les faits que le personnel a violé la procédure de préparation et d'exécution des essais, violé le programme d'essais lui-même et fait preuve de négligence lors de l'exécution du contrôle du réacteur, il semblerait que les opérateurs n'étaient pas pleinement conscients des processus se déroulant dans le réacteur et avait perdu tout sentiment de danger. Selon le rapport:

Les concepteurs du réacteur n'ont pas prévu de systèmes de sûreté destinés à prévenir un accident en cas d'arrêt volontaire des moyens de sûreté combinés à des violations des modes opératoires car ils considéraient une telle combinaison comme peu probable. Ainsi, la cause initiale de l'accident était une violation très improbable de la procédure et des conditions d'exploitation par le personnel de la centrale.

On sait que dans le texte initial du rapport les mots « personnel de la centrale » étaient suivis de la phrase « qui a révélé les défauts de conception du réacteur et des barres du système de commande et de protection ».

Les concepteurs considéraient comme peu probable l'ingérence de "fous intelligents" dans le contrôle de la centrale et n'ont donc pas réussi à développer les mécanismes de sécurité techniques correspondants. Compte tenu de la phrase du rapport indiquant que les concepteurs considéraient la combinaison réelle d'événements comme peu probable, certaines questions se posent : Les concepteurs avaient-ils envisagé toutes les situations possibles associées à l'activité humaine à l'usine ? Si la réponse est positive, comment ont-ils été pris en compte dans la conception de l'usine ? Malheureusement, la réponse à la première question est négative, laissant les zones d'interaction utilisateur-machine indéterminées. En conséquence, la formation d'urgence sur site et la formation théorique et pratique ont été réalisées principalement dans le cadre d'un algorithme de contrôle primitif.

L'ergonomie n'a pas été utilisée lors de la conception des systèmes de contrôle-commande assistés par ordinateur et des salles de contrôle des centrales nucléaires. Exemple particulièrement grave, un paramètre essentiel révélateur de l'état du cœur, à savoir le nombre de barres du système de contrôle et de protection dans le cœur, a été affiché sur le tableau de commande de Tchernobyl 4 d'une manière inappropriée pour la perception et la compréhension. Cette insuffisance n'a été surmontée que par l'expérience de l'opérateur dans l'interprétation des affichages.

Les erreurs de calcul du projet et l'ignorance des facteurs humains avaient créé une bombe à retardement. Il convient de souligner que le défaut de conception du cœur et du système de contrôle a servi de base fatale à d'autres actions erronées des opérateurs, et que la principale cause de l'accident était donc la conception inadéquate de l'interaction utilisateur-machine. Les enquêteurs de la catastrophe ont appelé au "respect de l'ingénierie humaine et de l'interaction homme-machine, c'est la leçon que Tchernobyl nous a apprise". Malheureusement, il est difficile d'abandonner les anciennes approches et la pensée stéréotypée.

Dès 1976, l'académicien PL Kapitza semblait prévoir une catastrophe pour des raisons qui auraient pu être pertinentes pour empêcher un Tchernobyl, mais ses inquiétudes ne se sont manifestées qu'en 1989. En février 1976, US Nouvelles et World Report, un magazine d'information hebdomadaire, a publié un reportage sur l'incendie de la centrale nucléaire de Browns Ferry en Californie. Kapitza était tellement préoccupé par cet accident qu'il en parlait dans son propre rapport, « Problèmes mondiaux et énergie », remis à Stockholm en mai 1976. Kapitza disait notamment :

L'accident a mis en évidence l'insuffisance des méthodes mathématiques utilisées pour calculer la probabilité de tels événements, ces méthodes ne tenant pas compte de la probabilité due aux erreurs humaines. Pour résoudre ce problème, il est nécessaire de prendre des mesures pour éviter que tout accident nucléaire ne prenne une tournure désastreuse.

Kapitza a tenté de publier son article dans le magazine Nauka et Zhizn (Science et Vie), mais l'article est rejeté au motif qu'il ne convient pas « d'effrayer le public ». Le magazine suédois Ambio avait demandé à Kapitza son article mais, à la longue, ne l'a pas publié non plus.

L'Académie des sciences a assuré à Kapitza qu'il ne pouvait y avoir de tels accidents en URSS et, en tant que "preuve" ultime, lui a donné les règles de sécurité pour les centrales nucléaires qui viennent d'être publiées. Ces règles contenaient, par exemple, des éléments tels que « 8.1. Les actions du personnel en cas d'accident nucléaire sont déterminées par la procédure de prise en charge des conséquences de l'accident » !

Après Tchernobyl

Conséquence directe ou indirecte de l'accident de Tchernobyl, des mesures sont élaborées et mises en œuvre pour garantir l'exploitation sûre des centrales nucléaires actuelles et pour améliorer la conception et la construction des futures. En particulier, des mesures ont été prises pour rendre le système de brouillage plus rapide et exclure toute possibilité qu'il soit délibérément éteint par le personnel. La conception des tiges absorbantes a été modifiée et elles ont été rendues plus nombreuses.

De plus, la procédure pré-Tchernobyl pour conditions anormales ordonnait aux opérateurs de maintenir le réacteur en fonctionnement, alors que selon la procédure actuelle, le réacteur doit être arrêté. De nouveaux réacteurs qui, fondamentalement, sont en fait intrinsèquement sûrs sont en cours de développement. De nouveaux domaines de recherche sont apparus, ignorés ou inexistants avant Tchernobyl, notamment l'analyse probabiliste de sûreté et les bancs d'essais expérimentaux de sûreté.

Cependant, selon l'ancien ministre soviétique de l'énergie nucléaire et de l'industrie, V. Konovalov, le nombre de pannes, d'arrêts et d'incidents dans les centrales nucléaires est toujours élevé. Des études montrent que cela est principalement dû à la mauvaise qualité des composants livrés, à des erreurs humaines et à des solutions inadéquates des organismes de conception et d'ingénierie. La qualité des travaux de construction et d'installation laisse également à désirer.

Diverses modifications et changements de conception sont devenus une pratique courante. En conséquence, et en combinaison avec une formation inadéquate, les qualifications du personnel d'exploitation sont faibles. Le personnel doit améliorer ses connaissances et ses compétences dans le cadre de son travail, en fonction de son expérience dans l'exploitation de l'usine.

Les leçons d'ergonomie restent à tirer

Même le système de contrôle de sécurité le plus efficace et le plus sophistiqué ne parviendra pas à assurer la fiabilité de la centrale si les facteurs humains ne sont pas pris en compte. Des travaux sont en cours de préparation pour la formation professionnelle du personnel de l'Institut scientifique et de recherche de toute l'Union sur les centrales nucléaires, et il est prévu d'intensifier considérablement cet effort. Il faut cependant admettre que l'ingénierie humaine ne fait toujours pas partie intégrante de la conception, de la construction, des essais et de l'exploitation des centrales.

L'ancien ministère de l'énergie nucléaire de l'URSS a répondu en 1988 à une enquête officielle selon laquelle, dans la période 1990-2000, il n'y avait pas besoin de spécialistes en génie humain ayant fait des études secondaires et supérieures car il n'y avait pas de demandes correspondantes pour ce personnel des centrales et entreprises nucléaires.

Pour résoudre bon nombre des problèmes mentionnés dans cet article, il est nécessaire de mener une recherche et un développement combinés impliquant des physiciens, des concepteurs, des ingénieurs industriels, du personnel d'exploitation, des spécialistes de l'ingénierie humaine, de la psychologie et d'autres domaines. L'organisation d'un tel travail commun comporte de grandes difficultés, notamment la persistance du monopole de certains scientifiques et groupes de scientifiques sur la « vérité » dans le domaine de l'énergie nucléaire et le monopole du personnel d'exploitation sur les informations concernant le fonctionnement des centrales nucléaires. Sans informations complètes disponibles, il est impossible de poser un diagnostic d'ingénierie humaine d'une centrale nucléaire et, si nécessaire, de proposer des moyens d'éliminer ses lacunes ainsi que de développer un système de mesures pour prévenir les accidents.

Dans les centrales nucléaires de l'ex-Union soviétique, les moyens actuels de diagnostic, de contrôle et d'informatisation sont loin des standards internationaux reconnus ; les méthodes de contrôle des plantes sont inutilement compliquées et déroutantes ; il n'y a pas de programmes avancés de formation du personnel ; il y a une mauvaise prise en charge du fonctionnement de l'usine par les concepteurs et des formats très obsolètes pour les manuels d'exploitation.

Conclusions

En septembre 1990, après de nouvelles enquêtes, deux anciens employés de Tchernobyl ont été libérés de prison avant la fin de leur mandat. Quelque temps plus tard, tout le personnel d'exploitation emprisonné a été libéré avant l'heure fixée. De nombreuses personnes impliquées dans la fiabilité et la sûreté des centrales nucléaires pensent maintenant que le personnel avait agi correctement, même si ces actions correctes ont entraîné l'explosion. Le personnel de Tchernobyl ne peut être tenu responsable de l'ampleur inattendue de l'accident.

Pour tenter d'identifier les responsables de la catastrophe, le tribunal s'est principalement appuyé sur l'avis de spécialistes techniques qui, en l'occurrence, étaient les concepteurs de la centrale nucléaire de Tchernobyl. À la suite de cette une autre leçon importante de Tchernobyl est apprise : tant que le principal document juridique utilisé pour identifier la responsabilité des catastrophes dans des établissements aussi complexes que les centrales nucléaires est quelque chose comme des instructions de maintenance produites et modifiées exclusivement par les concepteurs de ces établissements, il est trop difficile techniquement de trouver les véritables raisons des catastrophes, ainsi que de prendre toutes les précautions nécessaires pour les éviter.

De plus, la question demeure de savoir si le personnel d'exploitation doit suivre strictement les instructions de maintenance en cas de sinistre ou s'il doit agir selon ses connaissances, son expérience ou son intuition, qui peut même contredire les instructions ou être inconsciemment associée à la menace de punition sévère.

Force est de constater, à regret, que la question « Qui est coupable de l'accident de Tchernobyl ? n'a pas été éclairci. Les responsables doivent être recherchés parmi les politiciens, les physiciens, les administrateurs et les opérateurs, ainsi que parmi les ingénieurs de développement. Condamner de simples « aiguilleurs » comme dans l'affaire de Tchernobyl, ou demander à des membres du clergé de sanctifier les centrales nucléaires avec de l'eau bénite, comme cela a été fait avec l'unité en proie à l'incident à Smolensk en 1991, ne peut pas être la bonne mesure pour assurer un fonctionnement sûr et fiable des centrales nucléaires.

Ceux qui considèrent que la catastrophe de Tchernobyl n'est qu'une nuisance malheureuse d'un genre qui ne se reproduira plus jamais, doivent se rendre compte qu'une caractéristique humaine fondamentale est que les gens font des erreurs - non seulement le personnel d'exploitation mais aussi les scientifiques et les ingénieurs. Ignorer les principes ergonomiques des interactions utilisateur-machine dans n'importe quel domaine technique ou industriel entraînera des erreurs plus fréquentes et plus graves.

Il est donc nécessaire de concevoir des installations techniques telles que les centrales nucléaires de manière à ce que d'éventuelles erreurs soient découvertes avant qu'un accident grave ne se produise. De nombreux principes ergonomiques ont été dérivés en essayant d'éviter les erreurs en premier lieu, par exemple dans la conception des indicateurs et des commandes. Cependant, encore aujourd'hui, ces principes sont violés dans de nombreuses installations techniques du monde entier.

Le personnel d'exploitation des installations complexes doit être hautement qualifié, non seulement pour les opérations de routine, mais aussi pour les procédures nécessaires en cas d'écart par rapport à l'état normal. Une bonne compréhension de la physique et des technologies impliquées aidera le personnel à mieux réagir dans des conditions critiques. De telles qualifications ne peuvent être obtenues que par une formation intensive.

Les améliorations constantes des interfaces utilisateur-machine dans toutes sortes d'applications techniques, souvent à la suite d'accidents mineurs ou majeurs, montrent que le problème des erreurs humaines et donc de l'interaction utilisateur-machine est loin d'être résolu. Une recherche ergonomique continue et l'application conséquente des résultats obtenus visant à fiabiliser l'interaction utilisateur-machine sont nécessaires, en particulier avec des technologies à fort pouvoir destructeur, comme le nucléaire. Tchernobyl est un avertissement sévère de ce qui peut arriver si les gens – scientifiques et ingénieurs, mais aussi administrateurs et politiques – négligent la nécessité d'inclure l'ergonomie dans le processus de conception et d'exploitation d'installations techniques complexes.

Hans Blix, directeur général de l'AIEA, a souligné ce problème avec une comparaison importante. On a dit que le problème de la guerre était beaucoup trop grave pour être laissé aux seuls généraux. Blix a ajouté « que les problèmes de l'énergie nucléaire sont beaucoup trop graves pour les laisser aux seuls experts nucléaires ».

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