Slide 1

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 2

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 3

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 4

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 5

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 6

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 7

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 8

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 9

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 10

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 11

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 12

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 13

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 14

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 15

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 16

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 17

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 18

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 19

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 20

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 21

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 22

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 23

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 24

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 25

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 26

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 27

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 28

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 29

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 30

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 31

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 32

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 33

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 34

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 35

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 36

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 37

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 38

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 39

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 40

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 41

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 42

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 43

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 44

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 45

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 46

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 47

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 48

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 49

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 50

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 51

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 52

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 53

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 54

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 55

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 56

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 57

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 58

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 59

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 60

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 61

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 62

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 63

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 64

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 65

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 66

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 67

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »


Slide 68

PROJET C.S.T. I. 2011/12
ROUSSILLON 23/03/2012

Alain LECUYER

LE MUSEE du CAR VANOSC

1927

ECOLE FRANCAISE :
Henri BECQUEREL : découverte de la radioactivité avec des sels d’Uranium.

Marie CURIE : découvre de nouveaux corps radioactifs (Radium, Polonium)
(2 Nobels)

Louis de BROGLIE : Théoricien de la mécanique ondulatoire

Louis LANGEVIN, Henri POINCARE, Irène-Frederic JOLIOT-CURIE, Jean et Francis
PERRIN

ECOLE ALLEMANDE :
Albert EINSTEIN : Théoricien de la relativité et découvreur de la formule
E = m c2
Werner HEISENBERG : Théoricien du principe d’incertitude

Max PLANCK : théoricien de la mécanique quantique
Arnold SOMMERFELD : Théoricien de l’atome

Hans BETHE, Max BORN,

Otto HAHN, David HILBERT, James FRANCK

ECOLE ANGLAISE :
Ernest RUTHERFORD : Première description de l’atome

Paul DIRAC : Créateur de la mécanique quantique et prévisionniste
de l’anti-matière

James CHADWICK : découvreur du neutron

ECOLE AMERICAINE :
Robert OPPENHEIMER : Le père de la bombe A

Linus PAULING : Le Pionnier de la chimie quantique ( 2 Nobels)

ECOLE DANOISE :
Niels BOHR : Le Pape de cette nouvelle physique

ECOLE ITALIENNE :
Enrico FERMI :sera un des constructeur
de la première pile atomique

ECOLE HONGROISE :
Edward TELLER : Le père de bombe H
Leo SZISLARD : Un des premiers scientifiques
à prédire la possibilité de l’arme atomique

Pal WIGNER : un des 3 scientifiques qui informèrent Roosevelt

ECOLE RUSSE :
Pjotr KAPITZA : spécialiste des hautes énergies

Lev LANDAU : Le pape de la physique théorique

Georgi GAMOW : le touche à tout de génie

STRUCTURE de la MATIERE :

Corps Simple

Assemblage d’atomes

Atome

PROTON : charge électrique positive

NEUTRON : pas de charge électrique

ELECTRON : Charge électrique négative
Un corps simple est caractérisé par le nombre de protons (donc d’électrons car la
matière est neutre électriquement). Le nombre de neutrons peut être fluctuant.

Atome d’hydrogène : 1 proton et 1 électron

Atome d’hélium : 2 protons, 2 électrons et

Atome de lithium : 3 protons, 3 électrons et

Atome d’oxygène : 8 protons, 8 électrons et

2 neutrons

4 neutrons

8 neutrons

NOTIONS d’ ISOTOPES
1 proton , 1 électron : hydrogène - stable 1H1+0 1H1

1 proton , 1 électron , 1 neutron : deutérium (hydrogène) - stable 1H1+1 1H2

1 proton, 1 électron, 2 neutrons :tritium (hydrogène) –instable(radioactif) 1H1+2
3
1H

1 proton , 1 électron , 4 neutrons : n’existe pas 1H5

Nickel : 5 isotopes stables et 6 instables :
28 e- 28 Protons et soit 28 ou 29 ou 30 ou 31ou 32ou 33ou 34 ou 35 ou 36 Neutrons
28Ni

56

28Ni

57

28Ni

58

59
Ni
28
60
Ni
28
61
28Ni
62
28Ni
63
28Ni
64
Ni
28
65
Ni
28
65
28Ni

6 jours
quelques ms
4. 109 années (stable ?)
76 000 années
stable
stable
stable
100 ans
stable
quelques ms
quelques ms

La DEMIE-VIE ou PERIODE
est le laps de temps au
bout duquel la moitié des
atomes présents est
désintégrée

On considère qu’au bout de 10 périodes, le nombre d’atomes restants est
négligeable : il ne reste que 1/1000 des atomes initiaux (exactement 1024).

Type :

JPG

Le 5 avril 1933, l’Etat Allemand publia un décret interdisant aux juifs un poste
dans la Fonction Publique.
Ce fut le signal de départ pour un bon nombre de physiciens allemands, bulgares,
hongrois, autrichiens, . . . . :
EINSTEIN - FRANCK - BETHE - SZILARD - WIGNER - TELLER - MEITNER . . . .

Egalement, las de la tutelle de la Politique sur leurs travaux scientifiques, des
chercheurs russes, italiens . . . quittèrent également leur pays :
FERMI (1938) GAMOW (1933) LANDAU (prison) MAJORANA (suicide) . . .

Et même dans les pays occupés par l’armée allemande, certains scientifiques
quittèrent leurs patrie:
PERRIN (1940) HALBAN et KOWARSKI (1940) ROCARD(1942) BOHR (1943)

Restèrent en Allemagne des scientifiques de haut niveau comme :
HEISENBERG - WEÏSACKER - HOUTERMANS (émigré russe) - VON LAUE

Egalement dans les pays occupés des scientifiques locaux étaient restés:

JOLIOT-CURIE - LANGEVIN

D’où l’inquiétude grandissante des milieux austro-hungaroallemands émigrés aux U.S.A., coupés de l’occident, qui,
connaissant Hitler et ses méthodes, redoutaient la
construction d’une bombe atomique car. . . .

Revenons un peu en arrière, car pendant ce temps là, les découvertes jaillissaient
dans les laboratoires.

RADIOACTIVITE

a (alpha)

238
U
92

234
Th
90

90 + 144

92 + 146
2 protons et 2 neutrons = 2He4

Rayonnement alpha

Ce rayonnement alpha est arrêté par quelques cm d’air ou une feuille de papier.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : jusqu’à 600 à 800 watts / kg
Le rayonnement gamma est très pénétrant ; il faut du plomb ou du béton.

RADIOACTIVITE b : (bêta)

234
Th
90
90 + 144

234
Pa
91

1 électron -1e0

91 + 143

Rayonnement béta
Le rayonnement béta est plus pénétrant que l’alpha : il faut quelques mètres d’air
ou une mince plaque de métal.
Avec en plus production : D’un rayonnement g (gamma) identique aux rayons X
D’énergie (chaleur) : de 10 à 100 watts / kg

1932 PARIS
Irène et Frédéric JOLIOT- CURIE passent tout à coté de la clef de la
« fission » en ratant la découverte du neutron (et un prix Nobel) et
laissent le tout à l’anglais CHADWICK.
1935 STOCKHOLM
Dans son discours de réception de Prix Nobel pour la
radioactivité artificielle, F. JOLIOT-CURIE déclarait : « . . .en
brisant des éléments à volonté, des chercheurs trouverons le
moyen de réaliser des transmutations à caractère explosif . . . »
Ces propos ne soulevèrent qu’un intérêt poli sauf pour le
hongrois SZISLARD

1936 ROME
En bombardant une cible d’Uranium avec des neutrons, Enrico FERMI voit
apparaître des éléments nouveaux mais se méprend sur l’interprétation : sans
le savoir, il venait de réaliser la première « fission » provoquée par l’homme.

1936- 1938 PARIS et BERLIN
Les couples Irène-Frédéric JOLIOT-CURIE
et Otto HAHN - Lise MEITNER essayent
de comprendre l’expérience de FERMI.
Après un premier avantage à PARIS,
c’est BERLIN qui trouve la solution.
Mais un détail capital leur échappe . . .

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

D’où possibilité de récupérer de l’énergie grâce à la formule d’EINSTEIN

E =(

m) c2

1939 PARIS
L’équipe de JOLIOT-CURIE (avec HALBAN,
KOWARSKI et PERRIN) enlève le point en
montrant que cette réaction est auto entretenue
et même exponentielle. JOLIOT-CURIE déposera
trois brevets, 2 pour la fabrication d’énergie et 1
sur la réalisation d’un nouvel explosif (n° 971324).

Masse (de U235 + 1 neutron)

>

Masse de cet ensemble

ENERGIES LIBEREES :
RADIOACTIVITE a :

600 à 900 watts /kg (600 à 800 joules/s)

RADIOACTIVITE b :

10 à 100 watts /kg (10 à 100 joules/s)

FISSION U235

: 80 000 000 Mégajoules/kg ( Méga = 106 )

PETROLE ou CHARBON : 50 Mégajoules/kg

1938-1939 COMMUNAUTE DES CHERCHEURS ANGLO-SAXONS
Au même moment, sous l’impulsion de Léo SZISLARD, une petite majorité de
chercheurs travaillant sur la physique nucléaire demande une censure provisoire
sur leurs travaux afin que les chercheurs restés dans les pays totalitaires ne
bénéficient pas des nouvelles avancées dans la réalisation d’une bombe à fission.

Cette idée fut mal appliquée, ne correspondant pas du tout à l’éthique de la
RECHERCHE FONDAMENTALE.

Les recherches continuant , les chercheurs anglo-saxons montrent que
seulement 3 atomes présentent ce phénomène de fission avec une grosse
production d’énergie et réaction en chaine :

Uranium 235
235
U
92

Plutonium 239
239
Pu
94

Uranium 233
233
U
92

L’uranium 235 est présent dans la nature comme isotope de
l’Uranium 238. Mélangés intimement, avec une proportion de
0.7 % contre 99.3 %, ces deux Uraniums sont séparables par
centrifugation ou diffusion gazeuse.
L’uranium est assez abondant dans la nature surtout comme
impureté dans les terrains granitiques. Environ 3 grammes
par tonne.

Le Plutonium 239 n’existe pas naturellement ; Il faut le
fabriquer par irradiation de l’Uranium
238
92

U

+ 1 neutron

239
92

U

239
93

Np

239
94

Pu

L’Uranium 233 n’existe pas naturellement ; il faut le fabriquer
par irradiation du Thorium
232
90

Th

+ 1 neutron

233
90

Th

233
91

Pa

233
92

U

Avril 1940 PRINCETON (U.S.A.)
Les émigrés allemands toujours effrayés par la mise sous tutelle de l’Europe par
HITLER et ignorant de ce qui se passe en Allemagne, décident de tout faire
pour secouer les U.S.A. de leur torpeur. Toujours sous l’impulsion de
SZISLARD, 2 physiciens (Edward TELLER et Pal WIGNER) rédigent une lettre
pour le Président ROOSWELT ( en fait pour son conseiller économique
Alexander SACHS) qu’ils feront signer par EINSTEIN :

« Monsieur,
Certains travaux récents d'E. Fermi et L. Szilárd, dont les
manuscrits m'ont été communiqués, me conduisent à prévoir
que l'élément uranium peut devenir une source nouvelle et
importante d'énergie dans un futur immédiat. . . . . Je pense
donc qu'il est de mon devoir d'attirer votre attention sur les
faits et recommandations suivantes :
. . . il est devenu possible grâce aux travaux de Joliot en France
ainsi que ceux de Fermi et Szilárd en Amérique, de déclencher
une réaction en chaîne nucléaire avec de grandes quantités
d'uranium. Grâce à elle, une grande quantité d'énergie et de
grandes quantités de nouveaux éléments similaires au radium
pourraient être produits.

Maintenant, il semble presque certain que ceci pourrait être atteint
dans un très proche avenir. Ce nouveau phénomène pourrait conduire à
la construction de bombes . . .
Une seule bombe de ce type, transportée par bateau et explosant
dans un port, pourrait très bien détruire l'ensemble du port ainsi
qu'une partie de la zone aux alentours. Toutefois, de telles bombes
pourraient très bien s'avérer trop lourdes pour un transport aérien.

Les États-Unis n'ont que du minerai pauvre en uranium et en
quantité modérée. Il y a de bons filons au Canada et dans l'ancienne
Tchécoslovaquie mais les sources les plus importantes se trouvent au
Congo belge.
. . . (il faudrait) donner (une) mission à une personne qui a votre
confiance, et qui pourrait peut-être jouer (un) rôle à titre officieux. Sa
tâche pourrait consister à :
a) . . . . . . . . . (s’intéresser) au problème de la préservation de
l'approvisionnement en minerai d'uranium pour les États-Unis ;
b)
. . . accélérer le travail expérimental, qui n'est à présent accompli
que dans les limites des budgets des laboratoires universitaires, en
(leurs) fournissant des fonds, . . .

Il paraît que l'Allemagne a actuellement mis fin à la vente
d'uranium des mines tchèques qu'elle a annexées. Une telle
action précoce de sa part peut sans doute être mieux comprise
quand on sait que le fils du sous-secrétaire d'État allemand, von
Weizsäcker, est attaché à l'Institut du Kaiser Wilhelm à Berlin
où une partie du travail américain sur l'uranium est en train
d'être reproduite.
Très sincèrement vôtre,
Signé : Albert Einstein. »

1942 LOS ALAMOS
L’administration américaine sera longue à s’ébranler. C’est seulement le 13 aout
1942 que le président ROOSWELT signa le décret créant le « Manhattan
Project » sous la direction du Général GROVES. Ce fut le déclic de la plus
vaste entreprise industrielle de tous les temps et réalisée dans un temps
record et dans un secret absolu. Même la vice présidence n’était pas au
courant de l’objectif final !

1942 – 1945 LOS ALAMOS
En 3 ans une ville et un gigantesque complexe de laboratoires furent
construits dans le désert du Nouveau Mexique ; il fallait aussi construire
sur l’ensemble du territoire tout un réseau d’usines pour purifier le
minerai d’uranium, l’enrichir ou le transmuer, . . .et aussi faire des
machines qui feront d’autres machines.
Pour limiter les déconvenues, il fut décidé de négliger aucune possibilité.
C’est pourquoi on fit l’étude, la construction et la mise en production des
3 filières.
Les usines de production de l’U 233 furent rapidement abandonnées et
transformées pour faire du Pu 239.

FIN 1942
Après un an et demi d’expérimentations et quelques tentatives infructueuses, le
physicien Enrico FERMI et son équipe réussissent fin 1942 à faire fonctionner la
première pile atomique. C’est la première fois que l’on parvient à créer et
entretenir une réaction nucléaire en chaîne dans un matériau fissile.
On ne tente pas de récupérer l’énergie.
Face à la peur de voir l’Allemagne nazie parvenir à réaliser une arme atomique,
cette expérience doit permettre de mettre en œuvre la production de plutonium.
Les neutrons produits par la fission de U235, ralentis dans le graphite, peuvent
ou être absorbés par un atome d’U238 qui se transmute en Pu239 ou absorbés par
un atome de U235 pour continuer la réaction.
Il faut gérer un subtil équilibre dans la population des neutrons. Ceux-ci sont
produits par fission de U 235. Si une partie d’entre eux sortent du bloc d’Uranium,
ils sont perdus. S’il en reste:
Moins d’1 : la réaction peut s’arrêter.
1 : alors la réaction est entretenue mais ne s’emballe pas.
Un peu plus d’1 : la réaction a tendance à s’emballer.
On en perd aucun : la réaction peut être explosive.

Ce dernier point introduit le concept de MASSE

CRITIQUE

Il faut donc faire «avaler» 1 neutron à l’Uranium 235.
Pour cela, il faut :

Beaucoup d’atomes 92U235 ; donc, à partir du minerai qui contient 99 % d’U238 et
0.7 % d’U235, il faut l’enrichir de ce dernier jusqu’ à quelques 3 à 5 % pour une
centrale et au moins 90% pour une bombe.
Pour faire du Plutonium, (ou de l’énergie) il faut des neutrons plutôt « lents »
(on dit thermiques) . Or les neutrons émis sont rapides; il faut donc les ralentir.
On les ralentit par chocs sur des produits légers bien choisis car il faut éviter la
capture de ces neutrons (radioactivité artificielle) par tous les produits présents
ce qui péjorerait la réaction. On utilise surtout :
L’eau lourde froide ou naturelle chaude
Le carbone sous forme de graphite

N.B. Certains atomes sont « avides » de neutrons. Ils servent surtout pour arrêter
la réaction. Le bore et le cadmium sont de ceux là. Ces matériaux serviront de
barres de contrôle et/ou d’arrêt.

En moins de 3 ans (aout 1942 – juin 1945), après un travail acharné et
gigantesque des chercheurs qui avaient une montagne de problèmes à
résoudre (Masse critique, initiateur de neutrons, fabrication et transport
des composants, . . . )« 3 bombes atomiques » étaient fonctionnelles. Et
tout cela dans le plus grand des secrets. Personne, sauf Rooswelt,
Grooves, Oppenheimer et quelques chercheurs étaient au courant de
l’ensemble de projet.
C’est alors que deux derniers problèmes surgirent :

La mort de ROOSWELT et la guerre avec
l’Allemagne était terminée et celle-ci n’avait
JAMAIS travaillé sur l’énergie nucléaire d’une
façon convaincante . . . .
Toutefois, tous les scientifiques voulaient savoir si ce pour quoi ils
avaient si durement travaillé fonctionnaient. Ils réclamaient « un essai »

Little boy avec du U 235

Fat Man avec du Pu 239

Trinity (gadget) avec du Pu 239

SCHEMA DE « LITTLE BOY »

(U235)

1 Ailerons stabilisateurs
2 Cône de queue
3 Entrée d'air
4 Détonateur par pression
5 Conteneur en plomb (protection)
6 Bras du détonateur
7 Tête du détonateur
8 Charge explosive (cordite)
9 Projectile en uranium 235
10 Cylindre du canon
11 Cible en uranium 235 avec réceptacle,
le réflecteur de neutrons se trouve à son
sommet
12 Sondes pour la télémétrie (altimètre)
13 Fusibles d'armement de la bombe
(insérés peu avant le largage)

SCHEMA DE « TRINITY » et « FAT MAN »

(Pu 239)

À 5h29 du matin le 16 juillet 1945, la bombe explose et dégage une
énergie de 19 kilotonnes de TNT (87,5 térajoules). Un cratère de 3
mètres de profondeur et de 330 mètres de diamètre se forme sur le lieu
de la détonation.
L'onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon
atomique grimpa jusqu'à une altitude de 12 kilomètres.
Le directeur de Los Alamos, Robert OPPENHEIMER, était l'un des
spectateurs. Il dira plus tard qu'une citation d'un texte sacré hindou, la
Bhagavad-Gîtât, lui vint à l'esprit : « Now, I am become Death, the
destroyer of worlds » (qui se traduit par « Maintenant, je suis devenu la
mort, le destructeur des mondes ») : en référence à Shiva, dieu qui détruit
pour mieux faire renaître.
Le directeur du test, Kennet BAINBRIDGE, est moins poétique en
déclarant que « à partir de maintenant, nous sommes tous des fils de
putes ».

Tout fut entreprit pour garder un secret absolu sur la réussite de
l’explosion qui dépassa toutes les espérances même les plus folles.
Le président TRUMAN fut mit au courant à la conférence de POSTDAM
par un message codé.

La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président
américain TRUMAN pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés
d'analyser, de pondérer ou d’écarter :
-Satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du
Pacifique.
-Réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel.
-Mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique .
-Montrer au monde entier une force de frappe dissuasive.
-Justifier un programme dont le coût avait été exorbitant.

Les physiciens, effrayés par le pouvoir destructeur de leur invention,
préconisaient plusieurs possibilités dans une lettre adressée à TRUMAN, signée
en autres par FERMI, OPPENHEIMER, SZILARD et une soixantaine de physiciens.
- Faire une démonstration aux U.S.A. devant des japonais.
- Prévenir les japonais avant de lancer une bombe sur leur pays
- Lancer une bombe de nuit dans la baie de Tokyo

La décision fut prise par TRUMAN dans la solitude du pouvoir et le 6 aout 1945 à 8
heures 45 , « LITTLE BOY » fut largué sur HIROSHIMA et le 9 aout à 10 heures 02
ce fut le tour de « FAT MAN » sur NAGASAKI.

sur les 64 kilogrammes
d’Uranium de LITTLE BOY
(enrichi en U235 à 80%)
seuls 730 grammes ont
fissionnés . . . .

LES JARDINS du POINT ZERO

LA METAMORPHOSE DES HOMMES
Le projet MANHATTAN était à l'origine destiné à contrecarrer le programme
nucléaire de l'Allemagne nazie. Suite à la défaite du troisième Reich plusieurs
scientifiques qui travaillaient sur le projet eurent le sentiment que les États-Unis
n’auraient pas du être les premiers à utiliser de telles armes.
EINSTEIN sera réticent face à la bombe
Léo SZILARD, qui était impliqué largement dans le développement de la bombe :
« Si les Allemands avaient largué des bombes atomiques à notre place, nous
aurions qualifié de crimes de guerre les bombardements atomiques sur des villes,
nous aurions condamné à mort les coupables allemands lors du procès de
Nuremberg et les aurions pendus. »

OPPENHEIMER considère « que ces armes doivent être contrôlées
internationalement » et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
Mis en cause par J. Mc CARTHY pour ses penchants gauchistes, il est suspendu
par le président EISENHOWER en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues,
sa certification lui est retirée.
Il donne alors des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et
sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président L.
JOHNSON le réhabilite et lui remet la médaille Enrico Fermi.

MEME EN France . . . :
Le début de l’histoire du nucléaire en France est indissociable de JOLIOT-CURIE.
Après sa découverte, JOLIOT-CURIE eut juste le temps d’envoyer HALBAN et
KOWARSKI en ANGLETERRE avant l’arrivée des Allemands. Lui-même resta à
PARIS assumant toutes les conséquences de son acte :
- Cesser toute activité concernant le nucléaire
- Admettre un scientifique allemand ( GENTNER) qui supervisera ses recherches.
Il s'engagera dans la Résistance en 1941 et prend la tête de l'organisation locale
de la résistance « Front national » dont les militants se rencontrent
clandestinement dans son laboratoire. En 1942, il devient membre du P.C.F. (et
entre au comité central en 1956). Il prend part en août 1944 à l'insurrection de
Paris contre l'occupation nazie.
Il est directeur du C.N.R.S. de1944 à1946. En 1945, il participe à la fondation du
C.E.A. dont il est nommé haut-commissaire par le général de GAULLE. En 1948, il
supervise la construction du premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
Mais en 1950 il milite pour « l'Appel de Stockholm » visant à l'interdiction de la
bombe atomique. À ce titre, il reçoit le prix Staline international pour la paix et il
est relevé de ses fonctions de haut-commissaire du CEA la même année a cause
de sa mollesse dans la réalisation de centrales nucléaires.

Un REACTEUR à EAU PRESSURISEE
(REP en français, PWR en anglais ) utilise de l’oxyde
d’Uranium enrichi (de l’ordre de 3% à 5%) . Les neutrons
nécessaires à la fission sont ralentis par de l’eau
ordinaire sous pression (de l’ordre de 155 bars et 300°c ).
Les REP sont majoritaires dans le monde (60%) et en
Europe (80%).

Cuve du réacteur:
H 15m D 5 m
E 20 cm

Taille :
Type :

H 60m
D 40m

650 × 370
34KB JPG

1 Pastille : environ 1 cm
1 Crayon : environ 270 pastilles
1 Assemblage : environ 270
crayons
1 Pile : environ 160 assemblages

Environ 300 tonnes de UOx

REACTEURS à EAU BOUILLANTE
Réacteur eau bouillante
1) Confinement
2) Uranium
3) Barres d’arrêt
4) Barres de contrôles
5)
6) Sortie vapeur
7) Entrée eau froide
8) Turbines

Les réacteurs à eau bouillante (REB ou BWR)
ne sont pas fondamentalement différents des
REP. La réalisation est plus simple car l’eau de
refroidissement n’est plus sous pression, la
vapeur est moins chaude donc le rendement
de la machine thermique est moins bon.

REACTEUR à FILIERE GRAPHITE : Le Graphite est employé pour ralentir
les neutrons et l’eau classique pour refroidir le cœur et produire de la
vapeur. On peut alors utiliser de l’uranium légèrement enrichi (1.8% en
U235). Un des avantages est alors la production de plutonium par
bombardement neutronique de U238

SUPERPHENIX : L’U235 se fisse sous l’action des neutrons lents. L’U238
toujours présent dans le combustible nucléaire peut se transformer en Pu239
(atome fissible ( on dit aussi fertile)) avec des neutrons plus rapides. Avec des
neutrons dont le spectre de vitesse est très large, il y aura compétition entre la
production d’énergie par fission (U235 et Pu239) et fabrication de Pu239. En
d’autres termes on peut avoir un rapport entre atomes de Pu239 et U235 fissés et
fabrication de Pu239 >1 . Pour cela il faut un réacteur à neutrons plutôt rapide à
caloporteur en sodium fondu . (plus de modérateur)

REACTEUR à SELS FONDUS :
C’est la filière de l’U233. L’U233, fissile, est obtenu à partir du Thorium 232 par
absorption d’un neutron. Ce thorium est dissous dans des fluorures à la
température de 650 degré et circule dans des canalisations noyées dans du
graphite. Au bout d’un certain temps, il y a assez de U233 pour démarrer une
réaction en chaîne. C’est alors une centrale de la IV génération.

AVANTAGES :
-Rendement car la vapeur d’eau est plus
chaude
-Pas de pression
-Nettement moins de déchets à longue
vie radioactive
-Possibilité d’épurer les sels dissous
pendant le fonctionnement de la centrale
-Possibilité de vidanger le liquide
radioactif en cas de panne du
refroidissement.

Les inconvénients de la fission : LES DECHETS
Tous les transuraniens obtenus par bombardement neutronique de l’ U238, pour
la plupart à très longue période (Neptunium, Plutonium, Américum, . . .) et tous les
produits de la chaine radioactive de l’uranium (Thorium, Radon. . . . )

Tous les atomes légers qui, absorbant un neutron, deviennent des isotopes
radioactifs en général de courte période (Radioactivité artificielle) (Tritium (H3),
Carbone 14, . . .

Les produits de la Fission

parmi lesquels :

L'iode 131 (8 jours). C'est un émetteur de rayons γ et β . L'iode 131 s'accumule
dans la thyroïde comme les autres isotopes de l'iode (132 et 133), mais il est
cancérigène même en petite quantité en raison de sa radioactivité β, qui provoque
des mutations génétiques jusqu'à 0,6 à 2 mm du point d'émission .
Le Césium et le Strontium. Très facilement absorbés par les plantes à feuilles et
champignons, la contamination se fait ensuite par ingestion et absorption gastrointestinale. Ces 2 produits sont ensuite transportés par le sang et tendent à se
fixer à la place de leurs analogues chimiques : le potassium et le calcium. Les
principaux isotopes sont le Cs137 (30 ans) , le Cs134 (2 ans) et le Sr 90 (28 ans) ;
tous les 3 donnent un rayonnement b
Le Cobalt 60 –Krypton 85 – Xénon 133 – Baryum 140 – Technecium 99 – . . . .

L’U.R.S.S. :
L'Institut Kourtchatov est fondé en 1943, pendant la Seconde Guerre
mondiale, pour créer une bombe atomique. Le complexe nucléaire Maïak est créé
entre 1945 et 1948, puis l'Institut de recherche scientifique (VNIIEF) en 1946 .
L'U.R.S.S. fait exploser sa première bombe Atomique le 29 aout 1949 (RDS-1), un
clone de Fat Man. Les Soviétiques avaient infiltré le Projet Manhattan.

Emil Julius Klaus FUCHS (29/12/11 – 28/01/88) est un
physicien allemand communiste qui fuit les nazis en 1933,
passe par Paris puis s’établit aux U.S.A. Il participe au
Projet Manhattan. Dès 1941, il est approché par les
services secrets soviétiques et recruté par l'agent du
NKVD, Alexandre FEKLISOV

Il transmettra de nombreux documents à l’U.R.S.S. ce qui permit aux chercheurs
soviétiques de gagner du temps en évitant des essais stériles. Il fut découvert ,
avoua son espionnage au profit de l'Union soviétique et fut condamné, en 1950, à
14 ans de prison pour avoir divulgué des secrets. Libéré au bout de 9 ans de
prison, il retourne en Allemagne et meurt à Berlin-Est . Son arrestation et le
démantèlement de son réseau est une des cause de l’affaire Rosenberg

LE ROYAUME UNI :

Les Anglais et les Canadiens ont longtemps travaillé avec les Américains.
Ils fournissaient matériels et matière grise et les américains l’assemblage
et la construction; « Tube alloys » était le nom de code de cet accord.
L'administration TRUMAN fait voter la loi McMAHON en 1946 : la GrandeBretagne n'aura plus accès aux recherches nucléaires US.
Le gouvernement de Clément ATTLEE décide alors que la GrandeBretagne a besoin de la bombe atomique pour maintenir sa position dans
la politique mondiale. Selon le ministre des Affaires Etrangères Ernest
BEVIN : « Il faut que nous ayons ce machin ici, quel qu'en soit le coût,... et
marqué d'une sacrée Union Jack».
Le Dr. PENNEY rentre en Angleterre, où débute les plans pour une Section
des Armes Atomiques. Le projet reçoit le nom de code « High Explosive
Research »(HER). En avril 1950, un aérodrome abandonné de la RAF
(Aldermaston dans le sud ouest de Londres), est choisi comme site
permanent pour le programme d'armes nucléaires britanniques. Le 3
octobre 1952 la première explosion nucléaire britannique a lieu sous le
nom de code « Opération Ouragan », au large de la côte Ouest de
l'Australie sur les Îles Monte Bello.

ET EN FRANCE. . .
Grâce à JOLIOT-CURIE, la France restait après la guerre dans le peloton de tête
des nation travaillant sur le nucléaire. Des crédits faibles et un haut commissaire
du C.E.A. opposé à la prolifération nucléaire entravaient l’avancement des
recherches. Il fut licencié en 1950 et remplacé par Francis PERRIN.
Une « alliance » avec les militaires (Jean CREPIN), l’Ecole Normale (Yves
ROCCARD), le corps des Mines (Pierre GUILLAUMAT) et le C.E.A, va résoudre les
problèmes de personnes ; on décide de voir grand : Marcoule est mis en chantier
pour produire du plutonium pour une application future (bombe).
Après l'échec de la C.E.D., dont le traité impliquait que la France renonçât au
nucléaire , le président du Conseil Pierre MENDES-FRANCE (« Ah si j'avais eu
la bombe, je n'aurais pas eu toutes ces couleuvres à avaler... » )signe le
26 octobre 1954, le décret instituant une Commission supérieure des
applications militaires de l'énergie atomique et, le 4 novembre, un arrêté créant
au sein de celui-ci un Comité des explosifs nucléaires présidé par le général
Jean CREPIN avec comme secrétaire et rapporteur le professeur Yves ROCARD.
C’est le démarrage officiel du programme nucléaire militaire français .
La «Force de dissuasion nucléaire française », aussi nommée « Force de frappe »,
naît officiellement en 1958, lorsque Félix GAILLARD, (après l’affaire de Suez),
premier ministre sous la présidence de René COTY, décide de doter la France
d'une force de dissuasion nucléaire.

En juin 1958, en arrivant au pouvoir, Charles DE GAULLE accélérera les choses et
Le 13 février 1960 dans le désert saharien, à REGGAN, explosera la première
bombe française . Elle porte le nom de « GERBOISE BLEUE » et a une puissance
de 70 kT.

Au 15 août 2004, l'Observatoire des armes nucléaires françaises estime (car il
n'existe aucune donnée rendue publique) l'état des forces nucléaires françaises à
348 têtes nucléaires.

Le 29 août 1949, les Soviétiques font exploser leur propre bombe à
fission, les services de renseignements américains démontrent que c'est
une bombe utilisant le plutonium donc de technologie avancée.
Le monopole des États-Unis n'existe plus et la nouvelle cause un choc
psychologique dans la société américaine.
Le président des États-Unis, Harry TRUMAN demande alors
officiellement au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe
fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. OPPENHEIMER est contre
cette décision ; TELLER devient alors le responsable du programme.
Cependant, son modèle, bien que raisonnable, ne permet pas d'atteindre
le but visé.
C’est alors que le mathématicien polono-américain Stanislaw MARCINULAM suggère une autre méthode. En plaçant une bombe A à une
extrémité de l’enceinte et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité, il
serait possible d’allumer la réaction nucléaire. TELLER se jette sur l’idée,
la modifie pour utiliser les radiations électro-magnétiques X et g plutôt
que des ondes de choc pour comprimer le matériel thermonucléaire.

4
2He

Très comprimé
2 fois 1D2
De l’énergie
La première bombe H, « Ivy Mike », explose sur l'atoll de Eniwetok (près de Bikini,
Océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de TELLER, malgré
le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique; certains même
exprimaient des doutes sur la possibilité que la réaction nucléaire de fusion
continue avec l’hydrogène de l’eau de mer.
La bombe pesait plus de 60 tonnes et contenait du deutérium liquide à -250 degré.
L’explosion mesurée à 10MT (1 000 fois Hiroshima) fut un succès.

En mars 1954, une modification importante intervient :
1
0N
1
1H
4
2He
1T

DEUTERURE DE LITHIUM
DLi

Très comprimé

3

N’importe quoi . . .
De l’énergie

En 1955, SAKHAROV fera exploser la même
bombe. . .

Et les anglais, les français , les chinois . . .
redécouvriront
aussi, mais plus tard, le procédé
TELLER-ULAM

Déroulement de l'explosion d'une bombe H : 0.6 micro secondes (0.000 000 6 s)
(0.550 ms pour la fission et 50 ms pour la fusion)

A : Bombe avant explosion ; étage de la fission en haut (primaire), étage de la
fusion en bas (secondaire), toutes suspendues dans une mousse de polystyrène.

B : L'explosif haute puissance détone dans le primaire, comprimant le plutonium
en mode supercritique et démarrant une réaction de fission.
C : Le primaire émet des rayons X et g qui sont réfléchis à l'intérieur de
l'enveloppe et irradient la surface du tampon ( la mousse de polystyrène est
transparente aux rayons X et g et ne sert que de support ).
D : Les rayons X et g vaporisent la surface du tampon, comprimant le secondaire,
et l’uranium commence une deuxième réaction de fission.
E : Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium entame une réaction de fusion et
un flux de neutrons démarre une troisième réaction de fission pour l’uranium du
centre. Une boule de feu commence à se former…

mars 2006
U.S.A.
U.R.S.S.
France
G.B.
Chine

5 113 têtes nucléaires
5 830
348
225
145

Et les autres ? Inde, Pakistan, Isräel, Corée du Nord, . . .

CENTRALES FONCTIONNANT
SUR LE PRINCIPE DE FUSION
« ITER »

PRINCIPE DE LA FUSION :

2
1D

4
2He

1
0N
3
T
1

3
1T

1
0N

3Li

6

4
He
2

TOKAMAK

BIBLIOGRAPHIE :
- PLUS CLAIR QUE MILLE SOLEILS
(Le Destin des Atomistes)

Par Robert JUNGK (Nobel alternatif 1986)
Arthaud 1958

- Site Internet « WIKIPEDIA »