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UNIVERSITÉ DESHERBROOKE

De la guerre chaude à la guerre froide: la course à l'arme nucléaire

David Sénéchal Département de physique

Faculté des sciences Université de Sherbrooke

1


Un roman prophé@que

2

H.G. Wells (1866/1946)

Certainly it seems now that nothing could have been more obvious to the people of the earlier twentieth century than the rapidity with which war was becoming impossible. And as certainly they did not see it. They did not see it until the atomic bombs burst in their fumbling hands [...] All through the nineteenth and twentieth centuries the amount of energy that men were able to command was continually increasing. Applied to warfare that meant that the power to inflict a blow, the power to destroy, was continually increasing [...]Destruction was becoming so facile that any little body of malcontents could use it [...]Before the last war began it was a matter of common knowledge that a man could carry about in a handbag an amount of latent energy sufficient to wreck half a city.


Il faut se tourner la langue 7 fois…

3

The energy produced by the atom is a very poor kind of thing. Anyone who expects a source of power from the transformation of these atoms is talking moonshine… – E. Rutherford, 1933


Nota@on

4

SyAZ

nombre de masse(A=N+Z)

numéro atomiquenombre de protons

symbole chimique

nombre de neutrons

23892U

23592U

23994Pu

42He


Parenthèse: les unités de base

5

Longueur: 1 fermi = 1 femtomètre = 10-‐15 m Énergie: 1 MeV = 106 eV = 1.6 × 10-‐13 Joule

1 kWh = 2.246 × 1025 eV combus@on: 1 molécule de méthane = 8.4 eV

Masse: énergie/c2 car E = mc2

électron = 0,511 MeV = 511 keV proton: 938 MeV = 1 840 électrons


Carte des nucléides

6


Puiser l’énergie du noyau

7

Leo Szilard (1898/1964)

� =Zmp + (A� Z)mn �M

A

Masse du noyau

Masse du proton Masse du neutron

défaut de masse

E = mc2

0123456789

0 50 100 150 200

56Fe206Pb

16O12C4He

�(M

eV)

A


La fission nucléaire

Certains nucléides peuvent fissionner après avoir absorbé un neutron

Ils sont qualifiés de fissiles: 235U, 239Pu, 233U

Découvert par Hahn & Strassmann à Berlin (1938)

Expliqué par Lise Meitner et Ogo Frisch (1939)

8

Otto Hahn Fritz Strassmann

Lise Meitner Otto Frisch


La fission vue par le modèle de la gouge liquide

9


La réac@on en chaîne

Émission de neutrons secondaires (Joliot, Halban et Kowarski, 1939)

Possibilité donc de réac*on en chaîne

10

von Halban

Kowarski

Frédéric Joliot


Les produits de la fission

11

U-235

U-233 Pu-239

65%U35%Pu

80 90

90 100

110120

130140

150160

6%

4%

2%

7%

5%

3%

1%

SrZr Tc

Pd

Sn

129I

CsCs

Sm

nombre de masse A

abon

danc

e en

tant

que

pro

duit


Équipe allemande: Das Uranprojekt

12

Walther Gerlach

Kurt Diebner Werner Heisenberg Otto Hahn

Walther Bothe Carl Friedrich von Weizsäcker


une legre célèbre...

13


Le premier réacteur nucléaire

14

Enrico Fermi (1901/1954)


Le projet Manhagan

1943-‐1945

130,000 personnes

coût : 2 G$ (= 26 G$ de 2013)15


Sépara@on isotopique

16

Usine d’Oak Ridge TN diffusion gazeuse centrifugeuses

généra@on 1 : spectromètre de masse (calutron) généra@on 2 : diffusion gazeuse généra@on 3 : centrifugeuses généra@on 4 : par laser infrarouge

Comment extraire le 235U (fissile, 0,7% de l’U naturel) ?

taux d’e↵usion / 1pm


La filière au plutonium

17

23892U+ n �! 239

92U+ �

23992U

34m�! 23993Np + e� + ⌫̄e

23993Np

81j�! 23994Pu + e� + ⌫̄e

Le plutonium 239 est un nucléide fissile, couramment u@lisé dans l’armement nucléaire

Il est naturellement produit par bombardement de l’uranium par des neutrons

Un réacteur à l’uranium naturel peut produire du plutonium en abondance

Plus facilement séparable (chimiquement)

réacteur de Hanford WA


Brochege de physiciens célèbres à Los Alamos

18

J.R.Oppenheimer H. Bethe E. Fermi R.P. Feynman R. Wilson

I. Rabi R. Peierls V. Weisskopf E. Teller E. Segrè


Ligle Boy

19

1. Aileron stabilisateur2. Fût en acier3. Détonateur4. Charge explosive (cordite)5. Projectile en uranium 235, six anneaux dans une

fine boîte en acier (poids total : 26 kg)6. Entrées pour les instruments de mesure et le

baromètre7. Enveloppe de la bombe8. Fusible et dispositif d'armement9. Canon en acier d'environ 10 cm de diamètre et 2 m

de long10.Câbles d'armement11.Fût de réception en acier12.Cible en uranium 235, deux anneaux d'un total de

38 kg13.Réflecteur en carbure de tungstène14.Initiateur de neutrons15.Antennes du radar Archie16.Cavité destinée à recevoir le cylindre de sécurité en

bore


Fat Man

20

lentilles explosivesunité demise à feu

plaque d’instrumentation

enveloppe sphérique

radar

fusibles d’autodestruction

matièrefissile


Trinity : 16 juillet 1945

21

Bombe à implosion21 kilotonnes


Hiroshima : 6 août 1945

22

15 kilotonnesnombre de morts : de 75 000 à 166 00069% de la ville détruiteThe atomic bomb was more than a weapon of terrible destruction; it was a psychological weapon.

— Henry L. Stimson, 1947


Nagasaki : 9 août 1945

23

21 kilotonnesde 39,000 à 80,000 mortsDestruction confinée par le relief au sol


Robert J. Oppenheimer

24

Professeur de physique théorique à Berkeley

Directeur scien@fique du projet Manhagan

Directeur de l’IAS (Princeton)

sympathies communistes (années 1930)

Audit de sécurité 1954 : RJO est déclaré risque pour la sécurité na8onale

(1904/1967)

documentaire The Day after Trinity : https://www.youtube.com/watch?v=P1DhWglFeLU

https://www.youtube.com/watch?v=P1DhWglFeLU


opera@on CrossRoads: atoll de Bikini

25


Le gâteau de la fête

26


Le rêve de l’ar@lleur fou...

27


...ou comment faire des ronds dans l’eau.

28


Le programme sovié@que

29

Démarre en 1943, avec des moyens réduits

Accélère à par@r de 1945

Deux voies: recherche originale + espionage

Première bombe A : 29 août 1949 22 kilotonnescopie de “Fat Man”


protagonistes

30Igor Kourtchatov

(1903/1960)Iouli Khariton(1904/1996)

Klaus Fuchs(1911/1988)

Lavrenti Beria(1899/1953)

Staline(1878/1953)

Le monastère de Sarov


L’énergie des étoiles

31

1939 : Hans Bethe propose le cycle de réac@ons nucléaires expliquant la produc@on d’énergie dans les étoiles lourdes (cycle du carbone) et les étoiles comme le soleil (proton-‐proton)

Hans Bethe (1906/2005)

p + p ! d + e+ + ⌫e + 0.42 MeV (a)p + d ! 3

2He + � + 5.49 MeV (b)32He + 3

2He ! p + p + ↵ + 12.86 MeV (c)e+ + e� ! 2� + 1.02 MeV (d)

4p + 2e� ! ↵ + 2⌫̄e + 26.7 MeV

interaction faible Nob

el 1

967

Ce processus est très lent en raison de lapremière réaction qui a une très faibleprobabilité. Ne peut être utilisé sur Terre


La fusion nuclaire sur Terre

32

d+ d ! 32He + n+ 3.27MeV

d+ d ! t+ p+ 4.03MeV

d+ t ! 42He + n+ 17.6MeV

t+ t ! 42He + n+ n+ 11.27MeV

63Li + n ! 4

2He + t+ 4.79MeV

d+ 32He !

42He + p+ 18.35MeV

deutéron

triton

2H


la superbombe (ou bombe H)

33

Edward Teller (1908/2003)

Stanislas Ulam(1909/1984)

Le test “Castle-Bravo”, 1er mars 195415 mégatonnes (1000 x Hiroshima)

Champignon de 30 km de hautRetombées nocives sur les îles Marshall


Bombe H : schéma Teller-‐Ulam

34


Edward Teller

Contribu@ons importantes à la science effet Jahn-‐Teller, désintégra@on bêta

Le père de la bombe H

Farouchement an@communiste

Pousse pour le développement de la bombe H

Témoigne contre Oppenheimer en 1954

Directeur du labo Lawrence Livermore

Par@san de l’ini@a@ve stratégique (star wars) de Reagan

35

(1908/2003)

It would have been a better world without Teller– I. Rabi ou H. Bethe ?


On commence à exagérer...

36

Castle Bravo : 15 Mt = 1200 x Hiroshima


Andrei Sakharov

Se joint à l’effort de développement sovié@que de l’arme nucléaire en 1948

Auteur du premier modèle sovié@que d’une bombe H (layer cake, 1953)

Théorie sur le déséquilibre entre ma@ère et an@ma@ère (1967)

Auteur du pamphlet clandes@ng Réflexions sur le progrès, la coexistence et la liberté intellectuelle (1968)

Prix Nobel de la Paix (1975)

Assigné à résidence (1980-‐1986)

37

(1921/1989)


...et les Russes ne sont pas en reste.

38

Tsar Bomba: 50 Mt = 4000 x Hiroshima


Le programme français

39

Francis Perrin(1901/1992) Gerboise bleue (1960)

65 kt

Canopus (1968)2.6 Mt

Frédéric Joliot(1900/1958)

Saclay à la fin des années 1950


Le test Licorne

40

1970, atoll de Fangataufa. 914 kt


le manifeste Russell -‐ Einstein (1955)

41

I am bringing the warning pronounced by the signatories to the notice of all the powerful Governments of the world in the earnest hope that they may agree to allow their citizens to survive

Bertrand Russell Albert Einstein

Max BornPercy Williams Bridgman

Léopold InfeldFrédéric Joliot-Curie

Herman J. MullerLinus PaulingCecil F. PowellJoseph RotblatHideki YukawaBertrand Russell

(1921/1989)Joseph Rotblat(1908/2005)

Fonda@on du mouvement Pugwash

Conférences annuelles pour le désarmement

Prix Nobel de la Paix 1995


La course aux armements

42


Le coût des armes nucléaires

43

Estimated Minimum Incurred Costs of U.S. Nuclear Weapons Programs, 1940-1996*

36531

937

831

3,241

409

Building the Bomb (7%)Deploying the Bomb (55.7%)Targeting and Controlling the Bomb (14.3%)Defending Against the Bomb (16.1%)Dismantling the Bomb (0.5%)Nuclear Waste Management and Environmental Restoration (6.3%)Victims of Nuclear Weapons ($2.1 billion, 0.04%, not shown)Nuclear Secrecy $3.1 billion, (0.05%, not shown)Congressional Oversight of Nuclear Weapons ($0.9 billion, 0.02%, not shown)

in billions of constant 1996 dollars

Total - $5,821.0 billion

* Includes average projected future-year costs for nuclear weapons dismantlement and fissile materials disposition and environmental remediation and waste management. Total actual and estimated expenditures through 1996 were $5,481.1 billion.


Les stocks actuels

44


Laboratoires na@onaux américains

45

Albuquerque NM – Lockheed-Martindévelopper, réaliser et tester les composants non

nucléaires des armes nucléaires américainesbudget: 2.4 G$, ~ 8400 employés

Livermore CA – University of Californiadésign des armes nucléaires + énergétique,

biologie, environnementbudget: 1.5 G$, ~ 5800 employés

Los Alamos NM – University of California + Bechtelarmes nucléaires + plusieurs sujets scientifiques et

techniquesbudget: 2.2 G$, ~ 9000 employés

Oak Ridge TN– University of California + Bechtelmatériaux, neutronique, énergie, sécurité nationale,

etc.budget: 1.65 G$, ~ 4400 employés

Chicago Il– University of Chicago + Jacobs Eng. Inc.énergie, sécurité nationale, etc.

budget: 0.722 G$, ~ 3350 employés

http://fr.wikipedia.org/wiki/Arme_nucl%C3%A9aire


En guise de conclusion…

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Si nous gagnons une guerre en utilisant l’arme nucléaire, l’histoire ne se souviendra pas des idéaux que nous défendions, mais des moyens utilisés pour les imposer. Ces moyens seront comparés à ceux de Genghis Khan, qui a massacrés les habitants de la Perse jusqu’aux derniers…

Hans A. Bethe

Je ne sais quelles armes seront utilisées lors de la 3e guerre mondiale, mais la quatrième sera livrée avec des pierres et des bâtons.

Albert Einstein


Finis

47

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