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L’histoire de la bombe atomique

L’histoire de la bombe atomique ou de la course à la bombe commence au tournant du XXème siècle lorsqu’un petit nombre de physiciens réfléchissent, discutent et publient des articles sur le phénomène de la radioactivité, le comportement des particules alpha et les propriétés de divers matériaux lorsqu’ils sont irradiés. Au départ, ces personnes comprennent des scientifiques de renom tels qu’Ernest Rutherford de Nouvelle-Zélande et de Grande-Bretagne, Neils Bohr du Danemark, Pierre et Marie Curie de France et Albert Einstein d’Allemagne. Plus tard, le “groupe nucléaire” a été rejoint par Leo Szilard de Hongrie, Otto Hahn d’Allemagne, Michael Polenyi de Hongrie, Walter Bothe d’Allemagne, Lise Meitner d’Autriche, ou encore Hantaro Nagaoka du Japon.

Congrès Solvay
5ème Congrès Solvay tenu en octobre 1927 sur le thème « Électrons et photons » à Bruxelles, sur les 29 présents, 17 sont lauréats d’un prix Nobel. On peut distinguer, Marie Curie (troisième assise en partant de la gauche), Niels Bohr (rangée du milieu, tout à droite), ou encore Max Planck (à gauche de curie), ou Albert Einstein (assis au centre).

Une découverte plurielle de l’atome et l’émigration massive des scientifiques face à l’antisémitisme et au fascisme

Au début des années 1900, ces scientifiques étudient la structure de l’atome ainsi que la déflexion et la diffusion des particules alpha. En 1908, Rutherford montre que la particule alpha est en fait un atome d’hélium ; en 1911, il annonce qu’il a découvert que le noyau d’un atome est une masse minuscule mais concentrée, entourée d’électrons en orbite. Dans les années 1930, les scientifiques nucléaires explorent le concept révolutionnaire de la division d’un atome d’uranium par un neutron.

Le début des années 1930 voit la montée de l’antisémitisme en Allemagne et en Russie. Hitler est devenu chancelier d’Allemagne en 1933, et les nazis ont commencé à abolir les droits civils des Juifs allemands et à lancer leur campagne de persécution. Les scientifiques allemands juifs commencent à émigrer, principalement vers les États-Unis. Parmi les émigrés des années 1930, on compte Einstein, Theodore von Karman, John von Neumann, Eugene Wigner, Leo Szilard, Hans Bethe, Edward Teller, Lise Meitner, Enrico Fermi et bien d’autres. Bien que non juif, Enrico Fermi a épousé une femme juive, et il craignait et méprisait l’antisémitisme de Mussolini. Ces émigrés poursuivirent leurs recherches et leurs discussions aux États-Unis et en Grande-Bretagne.

En 1939, la réflexion des scientifiques nucléaires progresse sur des sujets tels que la fission des atomes d’uranium et la réaction en chaîne, en particulier dans l’isotope U235, lorsque la matière est bombardée par des neutrons ; l’efficacité comparative des neutrons lents par rapport aux neutrons rapides pour obtenir une réaction en chaîne ; et les méthodes possibles de séparation de l’U235 de l’U238 dans l’uranium naturel. La possibilité de produire une explosion atomique massive est généralement connue et discutée, et les calculs d’une masse critique sont en cours.

Les services secrets allemands, l’Abwehr, ont découvert l’orientation de la recherche nucléaire aux États-Unis et en Grande-Bretagne. Le ministère de la Guerre allemand regroupe en réaction les recherches sous la direction de ses principaux physiciens, Erich Bagge, Werner Heisenberg et Paul Harteck. L’une des questions à l’étude est l’utilisation de l’eau lourde comme modérateur, utilisé pour ralentir le déplacement des neutrons secondaires.

Les États-Unis font la course à la bombe

Aux États-Unis, au cours de l’été 1939, un petit nombre de physiciens, alarmés par la possibilité que l’Allemagne réussisse à mettre au point une bombe atomique, décident de mettre en garde le président Roosevelt. Une lettre écrite par Einstein et Szilard, est fut remise à l’assistant du président, le général Edwin Watson, par Alexander Sachs, un économiste qui entretient une relation amicale avec Roosevelt. Sachs lit la lettre d’Einstein au président. Cette lettre décrit les nouvelles bombes puissantes qui pourraient être produites et recommande au gouvernement américain d’accélérer les travaux expérimentaux en cours. Einstein conclut sa lettre en déclarant qu’il comprend que l’Allemagne a arrêté la vente d’uranium provenant des mines tchécoslovaques et que Carl von Weizacker, un scientifique allemand respecté, estattaché à l’Institut Kaiser Wilhelm de Berlin où les travaux américains sur l’uranium sont répétés. Ces dernières remarques reflètent l’inquiétude des scientifiques nucléaires américains à l’égard des capacités allemandes.

La rencontre avec Roosevelt a lieu le 11 octobre 1939. Les mois qui suivent voient la création de comités sur le nucléaire dans les différents départements du gouvernement américain et la poursuite des recherches et de la coordination des résultats entre les agences. En 1941, James Bryant Conant ouvre un bureau de liaison entre le gouvernement britannique et le National Defense Research Council des États-Unis. Le bombardement japonais de Pearl Harbor le 7 décembre 1941 a accéléré le développement d’une bombe atomique aux États-Unis.

Au printemps 1942, la décision est prise de consolider les activités de développement à Chicago. L’objectif est de produire une réaction nucléaire en chaîne avant la fin de l’année. Fermi et ses collègues quittent New York, où ils ont utilisé les ressources de l’Université de Columbia, et commencent à travailler dans les locaux de l’Université de Chicago. Afin de construire une pile expérimentale pour démontrer la faisabilité d’une réaction en chaîne contrôlable, Fermi a assemblé les composants (6 tonnes d’uranium et 250 tonnes de graphite pour utilisation comme modérateur) dans un court de squash du stade abandonné de l’Université de Chicago. Des tiges de cadmium actionnées manuellement sont utilisées comme méthode de contrôle. Dans l’après-midi du 2 décembre 1942, avec 42 observateurs qui scrutent les instruments et écoutent le cliquetis des compteurs de neutrons, la pile atteint la criticité, c’est-à-dire une réaction nucléaire auto-entretenue, fonctionnant pendant 4 minutes et demie jusqu’à ce que les tiges soient réinsérées.

La première pile atomique de Fermi
L’une des 29 piles expérimentales au moins qui ont été construites en 1942 sous les tribunes ouest du Stagg Field à Chicago.

Plus tôt, au printemps et à l’été 1942, les scientifiques nucléaires et leurs dirigeants aux États-Unis ont pris connaissance d’un nouveau matériau créé par le bombardement de l’U238 par des neutrons. Ce matériau est nommé plutonium par son découvreur, Glenn Seaborg. L’utilisation du plutonium pour les bombes aurait plusieurs avantages par rapport à l’U235 : une plus grande puissance explosive, une taille et un poids plus petits, et une fabrication plus facile. Sa désignation atomique est Pu239.

La bataille de l’eau lourde : les alliés contre les allemands

En Allemagne, les connaissances théoriques de la physique atomique et l’application potentielle de cette science aux armes sont équivalentes à celles de la Grande-Bretagne et des États-Unis. Cependant, les scientifiques allemands étaient handicapés par le manque de matériel et de fonds. Les développements ayant une application à long terme étaient inévitablement non-prioritaires par rapport à ceux qui présentaient un avantage immédiat pour l’effort de guerre. En juin 1942, Albert Speer, l’architecte du IIIème Reich, discute avec Hitler de la possibilité de développer une bombe atomique, mais sans parvenir à des conclusions claires. La recherche allemande se poursuivrait, mais sans se concentrer sur l’armement. Les services de renseignement des Alliés ne sont pas au courant de cette situation.

Les Britanniques s’inquiètent de l’acquisition par les Allemands de l’eau lourde produite à Vemork, dans le sud de la Norvège. L’eau lourde est appelée comme ça parce qu’elle pèse 10% de plus que de l’eau de composition H2O. Dans de l’oxyde de deutérium est formé, c’est-à-dire une molécule d’eau avec deux atomes de deutérium (le deutérium étant l’isotope de l’hydrogène). L’eau lourde a pour formule D2O. L’intérêt de l’eau lourde est sa capacité à ralentir les neutrons lors de la fission nucléaire (plus le neutron est lent, plus probable est la réaction de fission).

La bataille de l'eau lourde de la deuxième guerre mondiale
Photographie de la centrale hydroélectrique de Vemork en Norvège, prise en 1935, dans laquelle était produite l’eau lourde pour le compte des allemands.

Une série de cinq batailles/escarmouches pour détruire la centrale allemande qui produit l’eau lourde s’en suit et est connue sous le nom de la bataille de l’eau lourde. Une tentative britannique de sabotage de l’installation par planeur en novembre 1942 est un échec, en raison d’une combinaison de mauvaise planification et de mauvais temps. En février 1943, un commando norvégien fait une autre tentative et réussit à démolir la plus grande partie de l’installation, interrompant la production pendant de nombreux mois. À l’automne 1943, les Britanniques apprennent que l’usine a repris la production d’eau lourde. Le renforcement de la sécurité par les nazis a exclu un nouvel effort de sabotage, et un bombardement de précision est approuvé par les représentants anglo-américains à Washington. Le 16 novembre 1943, l’attaque est menée par 140 B-17 de la Huitième armée de l’air. La centrale électrique est détruite et l’unité d’électrolyse endommagée, ce qui entraîne la fermeture de la centrale. Les nazis choisissent de reconstruire la centrale en Allemagne et prévoient de transporter par rail et par ferry le matériel et l’eau lourde qui avait survécu au bombardement. Les Britanniques décident donc de saboter le ferry choisi pour transporter le matériel. La tentative de sabotage est menée à bien par une équipe norvégienne de trois hommes le 20 février 1944, qui envoient le ferry et sa cargaison au fond d’un lac norvégien. Après la guerre, un membre de l’ordonnance de l’armée allemande a affirmé que la perte de la production d’eau lourde en Norvège était le principal facteur de l’échec allemand dans la réalisation d’un réacteur atomique autonome.

La course à la bombe au Japon et en U.R.S.S.

Au Japon, les études en vue d’une bombe atomique ont commencé au sein de l’armée. Le général Takeo Yasuda, directeur de l’Institut de recherche sur la technologie de l’aviation de l’armée impériale japonaise, suit la littérature scientifique internationale et remarque en 1938 et 1939 la découverte de la fission nucléaire. Il charge son assistant, le lieutenant-colonel Tatsusaburo Suzuki, de préparer un rapport. Suzuki fait son rapport en octobre 1940 et conclut que le Japon a accès à suffisamment d’uranium en Corée et en Birmanie pour fabriquer une bombe atomique.

Yasuda se tourne vers les physiciens japonais, qui avaient travaillé avec Neils Bohr et Ernest Lawrence, et qui avaient construit un cyclotron dans un laboratoire à Tokyo. En avril 1941, l’armée de l’air impériale autorise les recherches en vue de la mise au point d’une bombe atomique.

Pendant la guerre, les efforts nucléaires japonais sont sévèrement handicapés par les effets de la guerre sur leur économie industrielle. À la fin de 1944, de nombreux scientifiques japonais, dont probablement leur physicien principal, Yoshio Nishina, réalisent qu’ils ne sont pas en mesure de construire une bombe à temps pour influencer l’issue de la guerre.

En Union soviétique, les travaux en vue d’une bombe atomique commencent en 1939. Un physicien soviétique, Igor Kurchatov, alerte son gouvernement sur l’importance militaire de la fission nucléaire. L’invasion allemande de juin 1941 a temporairement interrompu le programme nucléaire et a provoqué un réaménagement des priorités de recherche au détriment des bombes atomiques, du moins pour le moment. Après une réévaluation par la communauté atomique soviétique, les travaux sur un programme d’armement reprennent au début de 1943.

Le projet Manhattan

Aux États-Unis, le projet Manhattan (un nom adopté pour des raisons de sécurité et dérivé de son lieu de création) est passé à la vitesse supérieure, avant même que Fermi n’ait terminé sa démonstration de la faisabilité d’une réaction en chaîne contrôlée. En septembre 1942, la responsabilité de la gestion du projet Manhattan est confiée à Leslie R. Groves, un colonel (bientôt promu) du Corps des ingénieurs. L’une des premières grandes décisions de Groves est de choisir Oak Ridge au Tennessee, comme site des usines de séparation des isotopes, pour produire de l’U235 à partir de l’U238 en quantités suffisantes pour les bombes atomiques.

Groves prévoit d’utiliser deux technologies concurrentes pour le processus de séparation : la diffusion électromagnétique et la diffusion gazeuse. Le processus électromagnétique nécessitait l’utilisation d’aimants massifs pour séparer l’U235, plus léger, de l’U238, plus lourd. Le procédé de diffusion gazeuse utilise une barrière poreuse à travers laquelle l’hexafluorure d’uranium gazeux est pompé ; les molécules plus légères de l’U235 passent plus facilement que les molécules plus lourdes de l’U238 et peuvent être collectées par un procédé chimique.

La construction du site de production n’a pas connu de difficultés spécifiques, mais une pénurie nationale de cuivre pour les aimants massifs du système électromagnétique a dû être résolue en utilisant de l’argent, qui provenait du dépôt du Trésor américain en énormes quantités. En octobre 1943, le système est prêt à être testé. Cependant, il est vite apparu que les aimants étaient victimes de nombreux courts-circuits électriques, causés par une conception et une fabrication défectueuses. Les 48 aimants ont dû être reconstruits. Finalement, le système est prêt à fonctionner en janvier 1944.

Des milliers de réservoirs de diffusion pour le processus de diffusion gazeuse sont nécessaires. Le choix d’un matériau de barrière approprié est un problème difficile, provoquant une dispute entre les adeptes d’approches concurrentes. Groves décide de soumettre la question à un comité américano-britannique, qui ratifie une décision qu’il avait déjà prise d’utiliser une conception nouvelle mais supérieure qui retarderait encore la production. La décision de Groves est prise au début du mois de janvier 1944. Au début de 1945, Oak Ridge commence à expédier de l’U235 de qualité militaire à Los Alamos, où l’on développe des armes.

Au début de 1943, Groves avait choisi Hanford, Washington, comme site de production de plutonium. Le choix de Hanford plutôt que Oak Ridge était basé sur l’éloignement du premier, ce qui militait contre des résultats désastreux en cas d’accident nucléaire. D’importants problèmes de conception, de recrutement et de construction existaient, mais les principaux bâtiments étaient prêts pour l’installation de la première pile nucléaire en février 1944. La production de plutonium en quantité a commencé en décembre 1944.

Le problème majeur suivant, qui est apparu à la fin de 1942, est la création d’un laboratoire pour travailler sur la conception des bombes. Le général Groves était favorable à Robert Oppenheimer comme directeur, bien que le contre-espionnage de l’armée s’y soit opposé en raison des anciens amis d’Oppenheimer qui avaient été membres du parti communiste. Groves a réussi à convaincre Vannevar Bush, le chef du Bureau de la recherche scientifique et du développement, que personne d’autre ne pouvait être un meilleur choix. Groves et Oppenheimer se sont mis d’accord sur le site de Los Alamos, au Nouveau-Mexique. Le site se trouvait sur le terrain d’une école de garçons située dans une mesa accidentée (un petit plateau à sommet plat et aux versants abrupts). Les effectifs et la construction ont commencé au début de 1943. L’éloignement du site rendait difficile le recrutement de personnel qualifié, mais Oppenheimer a su faire appel au patriotisme de la plupart des candidats.

Regardez le Journal des actualités françaises du 12 octobre 1945 (vidéo de 2 minutes)

Deux approches pour construire la bombe

Il y avait deux approches possibles pour la conception des bombes. La première consistait à atteindre une masse critique et l’explosion nucléaire qui en résultait en joignant très rapidement deux moitiés sous-critiques et en initiant une source de neutrons. Cette approche était appelée “type canon” car le système utilisait un tube dans lequel les deux moitiés étaient tirées l’une vers l’autre. L’autre approche, plus récente, utilisait une boule (appelée noyau) de matière fissile entourée d’un certain nombre de lentilles d’explosif qui, lorsqu’elles explosaient, écrasaient la boule en une masse critique. L’initiateur de neutrons était situé au centre du cœur. Cette approche était appelée la méthode d’implosion.

La première approche, le type de canon est considéré comme le plus fiable ; la méthode d’implosion nécessitait la détonation simultanée des lentilles et était relativement risquée.

Au début de 1944, les forces aériennes de l’armée de terre commencent leur programme de développement d’une capacité de livraison en utilisant l’avion B-29. Le B-29 est un choix logique et logistique compte tenu de son long rayon d’action, de ses performances supérieures en haute altitude et de sa capacité à transporter une bombe atomique qui doit peser entre 4000 et 4500 kilos. En mars et en juin, des bombes atomiques factices sont larguées par des B-29 sur la base aérienne de l’armée de terre de Muroc en Californie pour tester le mécanisme de largage. En août, dix-sept B-29 entrent dans un programme de modification à l’usine Glenn L. Martin à Omaha, Nebraska, pour appliquer les leçons apprises à Muroc. Ce mois-là, la décision est prise de former un groupe spécial pour la livraison des premières bombes atomiques ; et un escadron alors basé à Fairmont, Nebraska, en formation pour une affectation en Europe, est sélectionné pour former le noyau de la nouvelle organisation, qui est désignée comme le 509e Groupe composite. Fin août, le général Arnold, commandant des forces aériennes de l’armée de terre, approuve la nomination du lieutenant-colonel (plus tard colonel) Paul W. Tibbetts au commandement du 509e. Tibbetts était hautement qualifié pour ce poste. Il est vétéran des missions de B-17 en Europe et des essais de B-29 aux États-Unis. En septembre, le 509e s’installe à Wendover Field, dans l’Utah, et commence à recevoir ses nouveaux B-29 en octobre. Un programme d’entraînement intensif pour le 509e a eu lieu, conçu spécifiquement pour préparer les équipages à un largage de la bombe à haute altitude, y compris une manœuvre d’évasion qui permettrait d’éviter l’onde de choc qui pourrait endommager ou détruire l’avion. En mai 1945, le 509e se déploye sur sa base opérationnelle prévue, Tinian.

Le président Roosevelt est mort le 12 avril 1945 et Harry Truman a assumé la présidence et hérite de la responsabilité des décisions finales en matière d’armes nucléaires. La première concernait les plans de largage d’une bombe atomique sur le Japon. Le comité de ciblage, composé de l’adjoint de Groves, de deux officiers de l’armée de l’air et de cinq scientifiques, dont un de Grande-Bretagne, se réunit à Washington à la mi-avril 1945. Leur intention initiale est de sélectionner des villes qui n’avaient pas été lourdement endommagées par la campagne de bombardement de la vingtième armée de l’air, mais ces cibles étaient devenues rares. Finalement, ils ont provisoirement choisi 17 villes, dans une liste qui comprenait Hiroshima et Nagasaki.

Pendant plusieurs années, les scientifiques et les dirigeants politiques ont été en désaccord sur la moralité et la nécessité d’utiliser des bombes atomiques contre le Japon. Les américains rencontrent beaucoup de difficultés en combattant dans le Pacifique, à Tinian, Iwo Jima, Okinawa et dans d’autres îles du Pacifique. Une invasion du Japon serait extrêmement difficile.

L’étape suivante dans le développement d’une arme consiste à effectuer un essai de détonation nucléaire en conditions réelles. Le site doit se trouver dans une zone de broussailles sur le polygone de bombardement d’Alamogordo, à 320 kilomètres au sud de Los Alamos. Le test a été baptisé “Trinity”. Après de longues heures de transport, d’installation et d’assemblage, y compris de nombreux soucis d’anticipation, une bombe à implosion utilisant du plutonium fut installée dans une tour et explose le 16 juillet 1945. OLe rendement était de 18,6 KT.

Quel est le nom de la première bombe atomique ?
Little Boy, la première bombe atomique de l’Histoire.

Peu avant le test Trinity, le croiseur U.S.S. Indianapolis quitte San Francisco en transportant la plupart des composants de ce qui devait être la première bombe atomique larguée sur le Japon. La bombe était une arme de type canon appelée Little Boy. Sa destination est Tinian, où était basé le 509e Groupe Composite. D’autres composants de Little Boy sont transportés d’une base de l’armée de l’air à Albuquerque à Tinian par des avions C-54. Des composants d’une autre bombe, une arme à implosion appelée Fat Man, destinée à être larguée sur une deuxième ville japonaise, sont également été transportés à Tinian par des avions C-54 et B-29.

Hiroshima et Nagasaki

La directive de mise en service de la bombe atomique est envoyée au général Carl Spaatz, commandant de la Strategic Air Force dans le Pacifique. La directive est approuvée par le secrétaire à la guerre Henry Stimson et le chef d’état-major de l’armée George Marshall, et probablement par le président Truman. Elle énumère les cibles à attaquer et inclut Hiroshima et Nagasaki, entre autres ; et elle fait référence à l’utilisation possible de plus d’une bombe. Hiroshima était une zone industrielle avec un certain nombre d’installations militaires. Nagasaki était un port important avec des installations de construction et de réparation navales. L’objectif américain d’utiliser plusieurs bombes est de marquer un effet psychologique sur le gouvernement japonais et de faire capituler l’empereur pour mettre fin à la guerre sans qu’une invasion soit nécessaire, ce qui est un objectif primordial compte tenu de la crainte américaine d’un combat sur le sol japonais.

 

Le 6 août 1945, le B-29 Enola Gay transportant Little Boy et piloté par le commandant du 509e groupe composite, le colonel Paul Tibbets, lâche sa bombe sur Hiroshima, détruisant la plus grande partie de la ville et causant 140 000 morts. La météo au-dessus de la cible était satisfaisante et le bombardier, le major Thomas Ferrebee, a pu utiliser une approche visuelle. Le point de détonation de la bombe n’était qu’à environ 170 mètres du point de visée, le pont d’Aioi, un endroit facilement identifiable près du centre de la ville. Le rendement de la bombe était de 12,5 KT.

Hiroshima après la bombe atomique
Cliché pris le 6 août 1945 peu après le largage de la bombe et annoté par Paul Tibbets, le pilote de l’Enola Gay.

Le 9 août, un autre B-29, le Bock’s Car, piloté par le Major Charles Sweeney, lâche Fat Man sur Nagasaki. La cible principale de Bock’s Car est la ville de l’arsenal de Kokura, mais les conditions météorologiques, de forts nuages, ont nécessité la sélection de la cible secondaire, Nagasaki. La livraison de la bombe est un succès bien que la couverture nuageuse ait nécessité une approche radar et visuelle partielle. Le nombre de morts à Nagasaki a été d’environ 70 000. Le rendement a été de 22 KT.

Le champignon atomique de Nagasaki
Le champignon atomique causé par l’explosion de la bombe atomique de Nagasaki. Le champignon atomique a atteint une altitude de 18 kilomètres.

Le 15 août, l’Empereur du Japon, Hirohito annonce à sa population qu’il accepte les accords de Potsdam qui, le 26 juillet 1945, avait fixé les conditions de fin de guerre des Alliés dans le Pacifique, donc la fin de la Seconde Guerre mondiale. Dans son discours à la nation, l’Empereur a cité que les Américains avaient “commencé à utiliser une nouvelle et très cruelle bombe, dont la puissance de destruction est en effet incalculable” et que c’était pour cette raison, ainsi que pour la “situation de guerre”, qu’il avait accepté les conditions de reddition.

Le 2 septembre 1945, le Japon signe sa capitulation.

Sam Zylberberg
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