1-Le contexte scientifique et géopolitique

Les prémices

.            La physique nucléaire a été portée sur les fonts baptismaux par le chimiste et physicien Ernest Rutherford, né en 1871 en Nouvelle-Zélande. En 1898, l’année même où Marie Curie nomme la radioactivité, il a découvert les rayonnements alpha et bêta. Cela lui vaudra le prix Nobel de chimie en 1908.

.            Marie et Pierre Curie découvrent, en 1898, dans les locaux de l'Ecole municipale de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris (EPCI), le polonium et le radium. Dans le but de déterminer la masse atomique du radium, le couple entreprend le traitement de plusieurs tonnes d'un minerai naturel d'uranium, la pechblende, « fausse poix » en allemand, un produit du gisement de Jachymov en République tchèque (avec 1 tonne de pechblende on obtenait 1 à 2 mg de chlorure de radium). Marie Curie introduit le terme « radioactivité » pour décrire les rayons émis par l'uranium, le thorium, le polonium, le radium, ...

.            Le 12 septembre 1933, alors qu’il enseigne au laboratoire Cavendish, à Cambridge (Angleterre), Ernest Rutherford écrit dans le Times : « L'énergie produite par l'atome est plutôt quelconque. Quiconque parle de l'utiliser comme source d'énergie est à côté de ses pompes. »

.            Le lendemain, se promenant dans les rues de Londres, le jeune physicien Leó Szilard, sursaute en lisant ces lignes. Né en 1898 à Budapest, juif, il a fui l’antisémitisme de la Hongrie en 1919 pour s’établir à … Berlin. Là, il suit les cours d’Albert Einstein, Max Planck et Max von Laue. Il devient l’assistant de ce dernier et collabore aussi avec Einstein sur l’invention et le brevet d’un réfrigérateur à absorption qui sera vendu … à Electrolux ! Là-dessus, fuyant le nazisme, il s’installe en 1933 à Vienne, puis à Londres, sans le sou, et c’est alors qu’il découvre l’article de Rutherford …

Avec ses maigres moyens, il découvre le principe atomique de réaction en chaîne et se met en tête d’étudier la possibilité d’émettre de l’énergie par la fission de l’atome. Bien que convaincu de la faisabilité de l’opération, il échoue toutefois dans ses tentatives de provoquer une réaction en chaîne avec l’indium et le béryllium. Dès le 12 mars 1934, il dépose discrètement une première demande de brevet et, deux ans plus tard, soucieux de protéger les intérêts des démocraties face à la montée du nazisme, il confie son brevet à l’Amirauté britannique.

.            Leó Szilárd est persuadé que les avancées scientifiques conduiront à une bombe nucléaire d’une puissance colossale et surtout que la première puissance a en faire l’usage pourrait bien être l’Allemagne nazie. Anticipant la guerre à venir, il émigre à nouveau, en janvier 1938, cette fois vers les États-Unis, avec deux physiciens hongrois réfugiés Edward Teller (le futur « père » de la bombe H) et Eugene Wigner (qui concevra les plans du premier réacteur industriel destiné à l’affinage du plutonium) ; les « Martiens » comme les appelleront ceux de Los Alamos.

La fission, le coup de semonce

.            À l’université Columbia, à New York, Leó Szilárd poursuit ses travaux. C’est alors qu’il apprend par le journal que deux chimistes allemands auraient réussi à diviser le noyau d’uranium en plusieurs parties en le bombardant avec des neutrons …

Luis W. Alvarez est un jeune physicien de l’équipe du professeur Ernest Lawrence, au Berkeley Radiation Laboratory, près de San Francisco. Ce dimanche 29 janvier 1939, il lit lui aussi ladite information dans le San Francisco Chronicle. S’il est possible de fissurer un noyau d’uranium en le bombardant avec un neutron et de produire ainsi une réaction en chaîne, on peut aboutir à des bombes d’une puissance incomparablement supérieure à toutes celles qui existent déjà. Très sceptique, J. Robert Oppenheimer, professeur de physique théorique depuis 1936 à l'université de Berkeley et au California Institute of Technology, se contente toutefois d’un lapidaire : « C’est impossible ! » et tente de le démontrer mathématiquement au tableau noir. Mais de son côté, Alvarez se rend au laboratoire, et … reproduit l’expérimentation des Allemands !

On apprendra plus tard, qu’effectivement, en décembre 1938, le physico-chimiste Otto Hahn avec son collaborateur Fritz Strassmann, avaient bien réussi, à l'institut Kaiser Wilhelm de Berlin, à obtenir la fragmentation de l'uranium en deux noyaux plus légers constituant la première fission nucléaire. Et … ils ont écrit un article sur leur découverte, source des deux journaux américains ! Les autorités nazies lanceront alors en avril 1939 un programme de recherches sur les potentialités de l'atome.

.            Un télégramme du savant danois Niels Bohr confirme la découverte de la fission. Il faut se rendre à l’évidence : des savants du IIIe Reich nazi ont ouvert la possibilité de produire une bombe surpuissante par fission de l’atome !

Enrico Fermi, un scientifique italien prix Nobel de physique en 1938, dont la femme Laura est juive, émigre aux États-Unis le 02 janvier 1939 avec toute sa famille. Il enseigne à l'université Columbia de New York auprès d’un collègue … Leó Szilárd. Très vite, ils vont confirmer le phénomène de la réaction en chaîne. Le niveau de connaissance scientifique, dans ce contexte de menace, permettait désormais le lancement des études de ce qui va être l’arme atomique.

La réaction en chaîne.

.          Toute matière est un empilement d’atomes composés d’un noyau, fait de protons chargés positivement et de neutrons (neutres comme leur nom l’indique), autour duquel tournent des électrons chargés négativement. L’idée est de fissurer un noyau en le bombardant avec un neutron. Il en résulte deux effets : un dégagement important d’énergie, et l’émission de neutrons secondaires qui eux-mêmes vont aller scinder d’autres noyaux et provoquer la répétition du phénomène, la réaction en chaîne. Cette « réaction en chaîne » serait en théorie susceptible de dégager en un temps record une énergie proprement phénoménale. Evidemment, si on ne contrôle pas la réaction, il se crée instantanément un énorme déploiement d’énergie ; c’est l’explosion atomique.

Pour obtenir la réaction en chaîne, ainsi qu’on le découvrira plus tard, il faut purifier au préalable l’uranium pour ne retenir que de l’uranium 235 (U-235, avec un noyau de 92 protons et 143 neutrons), lequel n’est présent qu’à hauteur de 0,7% dans l’uranium naturel, le reste étant constitué d’uranium 238 (92 protons et 146 neutrons). Or, la purification est une opération industrielle coûteuse, longue et difficile (c’est ce qui retient encore aujourd’hui beaucoup de pays de pouvoir accéder à l’énergie atomique).

La décision américaine.

.            Leó Szilárd, pressent de plus en plus le potentiel de destruction de l'arme atomique. Il est tourmenté par la possibilité que le IIIe Reich puisse mettre au point une bombe si puissante que les Alliés seraient vaincus en Europe, puis ailleurs sur la planète. Pacifiste dans l’âme, il convainc son collègue Enrico Fermi du péril qu’il adviendrait si les nazis venaient à développer une bombe atomique avant les démocraties.

En juillet 1939, à l'aube de la Seconde Guerre mondiale (01 sep 1939-1945), il se rend à Long Island où le fameux Albert Einstein, qu’il avait connu à Berlin, passe ses vacances. Il lui explique le principe de la réaction en chaîne, et le persuade d’engager son prestige auprès du président américain Franklin Delano Roosevelt (FDR) pour le mettre en garde contre la possibilité que l’Allemagne puisse mettre au point une bombe d’une puissance jamais égalée et le convaincre de lancer un programme de recherche pour réaliser avant les nazis ce qui sera une bombe atomique.

Convaincu que la seule façon de contrer les nazis est que les Etats-Unis développent eux-mêmes leur propre bombe, il rédige lui-même une lettre, laquelle sera signée par Einstein.

Albert Einstein et Leo Szilárd écrivant leur lettre au président Roosevelt.

Répondant à la lettre, pas moins de deux mois et demi plus tard alors que la guerre avait été déclarée entre-temps le 01 septembre 1939 avec l’envahissement de la Pologne par la Wehrmacht, le président Roosevelt met sur pied un Comité consultatif pour l’uranium confié au physicien Lyman C. Briggs. Le Comité, à sa création, ne reçoit qu'un financement de 6.000 $. Einstein et Szilárd continuent de demander des fonds supplémentaires au Président américain. Dans une de ses lettres, Szilárd menace même de publier des découvertes fondamentales dans une revue scientifique si le comité ne reçoit pas de plus importantes subventions. Et pourtant, pendant près de deux ans, le Comité va rester pratiquement au point mort. Les États-Unis sortaient à peine de la Grande Dépression et aucun effort de grande ampleur ne fut lancé dans l’immédiat.

.            Einstein est-il le père de la bombe atomique ?

.            Albert Einstein (1879-1955) est essentiellement connu par le grand public pour l'équation E=mc², qui théorise l'interchangeabilité de l'énergie et de la masse, ouvrant la voie aux travaux sur l'énergie nucléaire et par conséquent aux armes nucléaires.

Renonçant à sa nationalité allemande à l'âge de 17 ans, Einstein intègre l'Institut Polytechnique de Zurich en Suisse, devient citoyen suisse, et après avoir obtenu son diplôme, travaille à l'Institut Fédéral de la Propriété Intellectuelle à Berne, où il entreprend en1905 tous ses travaux révolutionnaires sur la relativité et la physique quantique.

Einstein n'est retourné vivre en Allemagne qu'en 1914, lorsque ses accomplissements lui ont valu un poste prestigieux à l'Université de Berlin. Là-bas, il a continué à développer ses idées sur la relativité qui ont reçu une consécration spectaculaire en 1919 après les observations d'une éclipse solaire.

Le parti nazi montant, a très vite dénoncé la relativité comme « une perversion juive » –une technique des années 1920 visant à colporter de fausses informations– et Einstein recevait tellement de menaces de mort anonymes qu'il évitait de marcher seul lorsqu'il sortait. En 1932, avec sa femme Elsa, ils quittent leur Allemagne natale pour s'installer aux Etats-Unis.  Avec la montée au pouvoir d'Hitler en 1933, Einstein doit se résoudre à admettre que le pacifisme n'était désormais plus réaliste.

Avec sa signature au bas de la lettre du 02 août 1939 à Roosevelt, d’aucuns considéreront que Einstein a participé à la création du Projet Manhattan, mais « sa participation effective au projet fut marginale. » Si jamais une telle lettre n’a eu autant de poids sur l’histoire de l’humanité, en réalité Einstein ne s’est jamais intéressé à la bombe.

.            Il était déjà un physicien de renommée mondiale lorsque le FBI a commencé à s’intéresser à lui, en décembre 1932, dès son installation aux Etats-Unis. Car Einstein, qui s'était beaucoup exprimé sur les questions sociales de son époque, dénonçait le nationalisme militant, contestait le capitalisme et protestait contre le racisme.

Une note du FBI : « Au vu de son passé radical, le Bureau d'Investigation ne recommande pas le recrutement du Dr. Einstein sur des projets classés Secret Défense. » Einstein n'a de fait jamais reçu l'autorisation des services secrets pour participer au Projet Manhattan. Son nom reste pourtant à jamais associé à la création de la bombe atomique, rendue possible par sa plus grande découverte. Cette idée reçue, fausse, date du 1er juillet 1946, quand le magazine Time a fait sa Une pour commémorer l'anniversaire de la première explosion, avec en couverture, un champignon atomique avec la formule E=mc2, à coté d’un Einstein au regard triste.

Durant le reste de sa vie, il a milité pour un contrôle international des armes nucléaires. À l'ère atomique, il a soutenu que la guerre était devenue une forme de folie.

À la mort d'Einstein, le 18 avril 1955, le dossier FBI aurait comporté 1.427 pages. Le directeur de l'agence J. Edgar Hoover se méfiait profondément du militantisme d'Einstein car pour lui, il était très probablement communiste et certainement « extrémiste ».

A la lecture d’un rapport anglais bien argumenté, l’ingénieur américain Vannevar Bush, chargé de mettre la science au service de l’armée, prend la mesure du défi atomique et en fait part au président Roosevelt le 16 juillet 1941.

La situation se débloque aussitôt, d’autant que le président est convaincu que l’entrée en guerre de son pays devient inéluctable. Il remplace le Comité de l’uranium par un comité exécutif dit S-1, placé sous son égide.

La course à la bombe : le brevet français

.            En 1939-1940, il était de notoriété publique que la fission d’un kilo d’uranium (la taille d’une balle de golf) suffirait à raser une ville, mais personne n’avait de vue claire sur la façon de fissionner ce kilo. Pourtant, l’idée se fait chez les politiques et les militaires que la première nation qui disposera de l’arme gagnera probablement la guerre. Non seulement il faut faire vite, mais surtout avant les Allemands ! Pour cela, deux stratégies possibles : développer rapidement sa propre bombe ou bien mettre des bâtons dans les roues de l’adversaire !

Les Allemands ont été en réalité les premiers à se lancer dans la course. Les scientifiques allemands sont à la pointe de ces recherches en physique nucléaire (les scientifiques émigrés à l’Ouest le savent bien) et ont donc un avantage comparatif important dès le départ, même si beaucoup de leurs physiciens ont ou vont quitter le pays ; un premier club de l’uranium « uran verein » est même créé dès avril 1939 ; un second verra le jour en septembre 1939.

.            Très rapidement, dès que le principe de la réaction en chaîne a été expérimenté en mars 1939, non seulement aux États-Unis, mais aussi au Collège de France avec l'équipe de Frédéric Joliot qui avait vérifié auparavant la fission nucléaire, on va avoir le dépôt de brevets secrets qui tout en mettant en avant des applications civiles, n’excluent pas la construction de ce qui pourrait être une arme nucléaire.

Le physicien français Francis Perrin, qui le premier exposa le principe de la masse critique pour la réaction en chaîne (estimant dans une note du 01 mai 1939 à 40 tonnes d’oxyde d’uranium la quantité nécessaire pour maintenir une réaction en chaîne), se joint à l'équipe de Joliot.

La masse critique.

.            Bien que deux à trois neutrons soient produits par chaque fission, tous ces neutrons ne sont pas disponibles pour poursuivre la réaction de fission. Si les conditions sont telles que les neutrons sont perdus plus rapidement qu'ils ne sont formés par la fission, la réaction en chaîne ne sera pas auto-entretenue. Le point où la réaction en chaîne peut s'auto-entretenir est appelé masse critique.

Dans une bombe atomique, une masse de matière fissile supérieure à la masse critique doit être assemblée instantanément et maintenue pendant environ un millionième de seconde pour permettre à la réaction en chaîne de se propager avant que la bombe explose. La masse critique d'une matière fissile dépend de plusieurs facteurs : la forme de la matière, sa composition, sa densité et son degré de pureté. Une sphère présente la surface minimale possible pour une masse donnée et minimise donc la fuite de neutrons. En entourant la matière fissile d'un "réflecteur" de neutrons approprié, on peut réduire la perte de neutrons et la masse critique. Avec un réflecteur de neutrons, il suffit d'environ 5 kilogrammes de plutonium 239 presque pur ou de qualité militaire ou d'environ 15 kilogrammes d'uranium 235 pour atteindre la masse critique.

Les travaux de F.Perrin amènent à la conclusion qu'une réaction en chaîne à partir de l'uranium naturel nécessite de mélanger celui-ci avec une substance modératrice composée d'éléments légers pour ralentir les neutrons … sans trop les absorber. Le meilleur modérateur s’avère être I'oxyde de deuterium, D2O, l'eau lourde découverte en 1932 par le physicien américain Harold Urey. Isolé chimiquement, c’est un sous-produit obtenu lors de l'électrolyse de l'eau, qui possède les mêmes propriétés chimiques que l’eau ordinaire mais qui est plus dense (+11%). A la veille de la guerre, elle valait un demi-dollar le gramme et n'était utilisée que pour des recherches scientifiques.

Ce principe a constitué la base des premières demandes de brevets déposées en France. Les 01, 02 et 04 mai 1939, Joliot, et ses collègues Halban et Kowarski auxquels s’était joint Perrin, avec une longueur d'avance sur tous les autres pays, y compris l’Allemagne, ont déposé trois brevets, théorisant la réaction en chaîne. Les deux premiers, relatifs aux machines génératrices d'énergie à base d'uranium, qu'on nommera plus tard piles ou réacteurs atomiques, sont dits « cas n° 1 » et « cas n° 2 ». Le troisième brevet, et le plus important en l’occurrence, « cas n° 3 », a pour titre Perfectionnement aux charges explosives. Ce brevet est le dépôt intellectuel de la bombe atomique A, sous le numéro provisoire no 445686, officiel sous le numéro 971.324 le 04 mai 1939, et bien évidemment classé « Secret Défense ». Lors de la débâcle de mai 1940, Joliot donnera aux Anglais le projet de brevet bloqué par Daladier président du Conseil des ministres, pillé ensuite par les anglo-américains qui ne s'en sont pas vantés. (Le brevet qui ne sera délivré que le 12 juillet 1950, est tombé dans le domaine public en 1959).

L’équipe du Collège de France se tournant vers la réalisation d’un prototype de réacteur nucléaire avait besoin de plusieurs dizaines de tonnes d’uranium. Une série de discussions s’engagea alors du 08 au 13 mai 1939 entre la CNRS et l’Union Minière du Haut Katanga (UMHK), conclue le 13 par la signature d’un partenariat pour l’exploitation mondiale des brevets français.

.            Automne 1939, la guerre est déclarée. La poursuite des travaux en est d’autant plus motivée. Mais il n'est pas question en France, à cette époque, d'envisager la réalisation d'une bombe, considérée comme trop difficile à réaliser, mais plutôt la construction de générateurs d’énergie : les techniciens ne réalisent pas vraiment la difficulté des problèmes, et ils considèrent même qu'un moteur de sous-marin serait peut-être réalisable.

On voit dès lors se mettre en place toute une émulation scientifique aux Etats-Unis, en France et en Grande-Bretagne et aussi très certainement en Allemagne. Ce qui était une affaire de physiciens va trouver rapidement un écho auprès des politiques et des militaires, et bientôt va s’affirmer l’idée d’une arme nucléaire.

Depuis mars 1939, on est certain que techniquement la bombe est possible. Les Etats-Unis ont leur Comité consultatif pour l’uranium. Et bien qu’ils se considèrent alors comme les leaders, les Américains tarderont à donner le rythme, ne décidant que le 09 octobre 1941 le lancement effectif du projet Manhattan. Les Britanniques se lancent dans la course tardivement : un comité ultra-secret, MAUD (dont le nom vient d'un malentendu à la lecture d'un télégramme du physicien danois Niels Bohr), n’est mis en place que le 09 avril 1940 sur l’insistance des physiciens Otto Frisch et Rudolf Peierls qui ont fui l’Allemagne, avec l’objectif affirmé de réaliser la bombe. Cependant, c’est un rapport du comité MAUD du printemps 1941 qui contribuera à la prise de décision américaine.

En juin 1940, les Soviétiques aussi mettent en place une commission, mais sortant tout juste de la Grande Terreur, ils n’étaient guère en état de se lancer dans un tel effort. Les Japonais en avril 1941 s’y mettent également. Ajoutons le Danemark, et plusieurs autres pays qui entreront dans la compétition avec une chronologie et des moyens différents.

Les Français sont déjà dans la course. Frédéric Joliot obtient des facilités exceptionnelles : crédits illimités et possibilité de rappeler des armées tout collaborateur qui lui serait nécessaire. II amorce, en même temps, une collaboration avec la recherche britannique en missionnant à Londres, dès la création du comité MAUD, un représentant pour y communiquer les premiers résultats français. Parallèlement, des contrats sont passés avec la firme norvégienne productrice pour assurer à la France la totalité de l'eau lourde des années à venir ; un autre contrat en négociation avec l'industrie belge nous réservait la production d'uranium du Congo belge, la plus riche source d'uranium du monde à cette date. De plus, Joliot reçoit des belges leur stock de 6 tonnes d'oxyde d'uranium. (Le stock français d’uranium sera expédié au Maroc et caché dans une galerie de mine de phosphate jusqu’en 1946).

.            L’invasion de la France le 10 mai 1940 arrêtera l’essor de l’effort français. Halban et Kowarski, les collaborateurs de Joliot (lequel préféra suivre son laboratoire transféré à Clermont Ferrand) furent accueillis avec un vif intérêt le 16 juin en Angleterre avec leurs projets et … l’eau lourde, dont les bidons avaient été sécurisés d'abord à la Banque de France de Clermont-Ferrand, puis dans un cachot de la prison de Riom. Un laboratoire fut mis à leur disposition à Cambridge. Ils y réalisèrent l'expérience qui avait été entreprise avec Joliot : l’étude neutronique d'une suspension d'oxyde d'uranium dans une sphère d'aluminium remplie d'eau lourde leur permit d’être les premiers, sinon à réaliser expérimentalement un réacteur en chaîne divergente, du moins à montrer avec une quasi-certitude que celle-ci était possible dans un système d'uranium naturel et d'eau lourde, mais que la masse critique d'un pareil système exigerait des tonnes de chaque composant. On en était loin avec les 165 litres d’eau lourde disponible.

.            Des faits incroyables vont dès lors se succéder, des mines d’uranium du Katanga, jusqu’au Japon, en passant par l’Allemagne, la Norvège, l’URSS et le Nouveau-Mexique. Une folle aventure  qui est le fait d’hommes, qu’ils soient acteurs majeurs, tels des scientifiques passés à la postérité (Einstein, Oppenheimer, Fermi...), des décideurs politiques (Roosevelt, Truman), le général Leslie Groves qui dirigea d’une main de fer le Projet Manhattan, ou encore des personnages demeurés méconnus tels Ebb Cade (un ouvrier afro-américain auquel on injecta à son insu du plutonium pour en étudier l’effet sur la santé) … sans oublier les habitants et les villes d’Hiroshima et de Nagasaki.

.            En 1939, le meilleur uranium du monde se trouve à Shinkolobwe, au Katanga, une province du Congo belge (devenu la République démocratique du Congo). Londres puis Paris enverront des émissaires négocier l’exclusivité du stock auprès du directeur belge de la mine. La transaction tournera court avec l’entrée en guerre du Royaume-Uni et l’invasion de la France. Mais le directeur a compris qu’il était assis sur un trésor. Il convoie ses 1.200 tonnes d’uranium jusqu’à New York et attend une offre d’achat des États-Unis, qui surviendra en 1942. Les Américains partent exploiter la mine, et Shinkolobwe disparaît des cartes ; son accès devient interdit. Le projet Manhattan traitera également de l’uranium naturel, en provenance du Colorado et du Canada.