Le projet Manhattan

21 février 2017 par Hammer et Matt | Le projet Manhattan | Dossier de l'Histoire | Deuxième guerre mondiale

Le projet Manhattan est un nom de code qui désignait les recherches menées pour produire les premières bombes atomiques durant la Seconde Guerre mondiale. Ce projet fut initié par les États-Unis d'Amérique à la suite de la lettre Einstein-Szilard qui avertissait le président Roosevelt du danger que représentait une Allemagne nazie en possession d'une bombe atomique. Très vite, nombreux furent les scientifiques qui travaillèrent à l'élaboration de ces armes de la mort en coopération avec les Britanniques et les Canadiens.

Par delà ce dossier, nous vous proposons une partie scientifique et une autre plus générale et historique afin de comprendre le fonctionnement des bombes atomiques mais aussi tout ce que les recherches scientifiques liés au Projet Manhattan ont apportées à notre monde moderne (centrale nucléaire, découverte de la réaction en chaîne, traitement de l'uranium...). Enfin, nous tenterons rapidement de parler d'une éventuelle bombe en Allemagne nazie.

Les concepts scientifiques

En 1905, Albert Einstein formula une théorie : la relativité restreinte. Dans le cadre de cet article, détailler les principes du travail d'Einstein serait long. Mais, sachez tout d'abord qu'il mit en évidence une équation fondamentale sur laquelle nous allons nous intéresser : E=MC².

Bien que connue, que signifie l'équation E=MC² ?

E représente l'énergie en Joules, M la masse en kilogrammes et C la célérité (ici, la vitesse de la lumière dans le vide). Comme vous pouvez l'observer, de manière rapide nous pouvons comprendre que la Masse (de n'importe quel objet et particule) multipliée par la Célérité équivaut à une certaine Energie.

Pour l'époque cette équation est révolutionnaire car elle implique que nous pouvons passer d'une Masse x à une grande quantité d’Energie. Et cela grâce au facteur C². Comme dit précédemment, c'est la distance que parcours la lumière dans le vide en une seconde c'est-à-dire environ 3,108 m/s, soit près de 300km/s. Ainsi, même avec une petite masse, une quantité d'énergie importante peut être insufflée. Néanmoins, il ne faut pas croire que cela se fait de manière simpliste, c'est bien plus compliqué qu'il n'y paraît.

Réaction en chaîne
Schéma d'une réaction en chaîne :
Suite de fissions nucléaires au cours desquelles les neutrons libérés provoquent de nouvelles fissions, à leur tour génératrices de neutrons expulsés vers des noyaux cibles, etc.

De manière concrète, Einstein met en évidence que les noyaux d'éléments chimiques comportent bien plus d'énergie que l'on pourrait le croire. Briser ce noyau permet le dégagement de cette grande quantité. C'est le principe de la fission nucléaire que toutes les centrales nucléaires au monde utilisent avec l'uranium.

Leó Szilárd vers 1960.Leó Szilárd vers 1960.

Lorsque nous faisons brûler du bois ou du charbon, ces éléments possèdent des électrons sur leurs couches les plus externes (appelées couches électroniques ou de valence). En y mettant le feu, nous arrivons à arracher ces électrons sur ces orbitales, cela créer de l'énergie que nous arrivons à convertir. Einstein, montre que les noyaux regorgent de bien plus d'énergie que les électrons.

En 1934, Léo Szilàrd va déposer un brevet sur la réaction en chaîne. Il décrit que si des neutrons sont envoyés sur un noyau fissible d'un certain élément chimique, alors de nouveaux neutrons vont apparaître et continuer de fissionner. Si une réaction de ce genre est non contrôlée, cela abouti à une explosion d'énergie, et donc d'une manière globale à une bombe atomique.

Les premières expériences de réaction en chaîne ont été effectuées avec les particules Béryllium et Indium mais elles furent un échec. Cela ne sera qu'en 1942, avec Fernando Fermi, que la première réaction en chaîne fut réalisée.

Lise Meitner et Otto Hahn, dans leur laboratoire de l’Institut de chimie Kaiser–Wilhelm, à Berlin, en 1913 (photo: Archives sur l’histoire de la société Max–Planck).Lise Meitner et Otto Hahn, dans leur laboratoire de l’Institut de chimie Kaiser–Wilhelm, à Berlin, en 1913 (photo: Archives sur l’histoire de la société Max–Planck).

Les bases de la fission nucléaires sont jetées. Toutefois dans le cadre de la bombe atomique, le principe de fission est identique à la réaction en chaîne, mais diffère de par les particules.

La fission nucléaire est caractérisée de la sorte : un noyau d'un atome lourd (uranium, plutonium) contient des nucléons, si ce dernier se retrouve divisé, cela va former des nucléides. Cette division va être marquée par l'apparition d'un neutron et d'énergie conséquente. Cette expérience fut découverte en 1938 par les scientifiques Lise Meitner, Otto Hahn et Fritz Strassman. Cette expérimentation découle tout simplement de la découverte de la réaction en chaîne par Szilàrd, 4 ans plus tôt.

L'absorption d'un neutron par de l'uranium, qui provoque la division de son noyaux en deux parties égales et une libération d'énergie conséquente, va très vite intriguer la communauté scientifique.

Petit à petit, toutes ces découvertes capitales ouvrent de nouvelles perspectives notamment dans le domaine militaire où l'usage de certains matériaux pourraient donner lieu à des armes destructrices.

Léo Szilàrd, Edward Teller et Eugene Wigner pensaient que ces travaux sur les réactions en chaîne sur des éléments lourds, comme l'uranium ou le plutonium, pouvaient être utilisés par l'Allemagne pour en faire des bombes.

Ces scientifiques rédigèrent une lettre, datée du 2 août 1939, qu'ils adressèrent au président Roosevelt afin de le prévenir du danger d'un tel pouvoir s'il se trouvait aux mains de l'ennemi. Ils réussirent à convaincre Albert Einstein de signer la lettre afin de lui donner plus d'importance. Toutefois, dans le contenu de la lettre, Szilàrd et les autres scientifiques suggéraient au président de procéder à l'achat de nouveaux stocks d'uranium qui se trouvaient en bonne quantité au Canada pour permettre de poursuivre les recherches avec plus de moyens.

Facsimile de la lettre Einstein-Szilárd au président des États-Unis F. D. Roosevelt
Facsimile de la lettre Einstein-Szilárd au président des États-Unis F. D. Roosevelt

Facsimilé de la réponse de Franklin D. Roosevelt.Facsimilé de la réponse de Franklin D. Roosevelt.

Une fois que Roosevelt prit en compte l'information et l'analysa, il créa l'Office Of Scientific Research and Development (OSRD) afin de pouvoir réaliser des expériences plus importantes avec un budget conséquent et de continuer les recherches dans le domaine atomique.

Bien que le Projet Manhattan ne soit pas encore créé, les Britanniques travaillaient sur l'uranium 235 et sa masse critique afin d'en faire une bombe qui puisse être transportée par avion. Avec le Mémorandum de Frisch et Peierls de 1940, qui a démontré qu'il était possible de transporter une bombe A dans un avion, les dirigeants britanniques acceptèrent et autorisèrent les travaux sur la création d'une bombe atomique (indépendamment des américains à ce moment de la guerre).

La masse critique, qu'est-ce que c'est ?

Tout d'abord, elle dépend des élément chimiques sélectionnés. Le principe est de lui faire admettre une certaine quantité de masse de matières fissibles pour que l'élément devienne instable (début de la réaction en chaîne).

Globalement, quand un neutron est projeté contre le noyau qui va se diviser en deux, de nouveaux neutrons vont apparaître et recommencer cette réaction sur les nouveaux noyaux fissibles. Néanmoins tous (les neutrons) ne vont pas forcément diviser les noyaux, d'autres vont « partir », être absorbés par les impuretés.

Dans notre cas, les scientifiques ont du travailler sur la densité, la pureté (le traitement) et la taille afin que les neutrons soient efficace et puissent lancer la réaction en chaîne.

Tableau périodique des éléments

Très vite, à la fin de l'année 1940, les différents comités scientifiques américains et britanniques mirent en commun leurs découvertes et leurs avancées pour permettre une accentuation de leur expérimentation à grande échelle.

Général George Marshall, en 1946.Général George Marshall, en 1946.

En octobre 1941, Roosevelt approuva le projet d'une bombe atomique placée sous le contrôle de l'armée de Terre commandée par le général Marshall. Il en informa Churchill afin que Britanniques et Américains coopèrent sur ce projet.

Le 7 décembre 1941, les Japonais attaquèrent Pearl Harbor et les États-Unis d'Amérique entrèrent aussitôt en guerre. À peine deux mois plus tôt, Roosevelt venait d'accepter la création de la bombe atomique. Avec la déclaration de guerre aux Japonais, de nouvelles commissions allaient se former pour lancer le projet Manhattan et permettre une nouvelle fois, l'accélération des projets en cours.

Par exemple, de nombreux groupes de scientifiques furent crées pour travailler sur la séparation isotopique. C'est-à-dire donner à un élément chimique une concentration en isotopes bien plus importante, pour donner lieu à une réaction en chaîne fournissant une plus grande quantité d'énergie.

Deux voies de développement furent retenues. Une bombe à insertion avec de l'uranium enrichi, et une autre bombe par implosion avec du plutonium. La seconde méthode se révéla bien plus complexe et demanda un essai (Trinity) contrairement au principe d'insertion.

Mais le projet Manhattan n'allait pas ouvrir la voie qu'aux bombes atomiques mais aussi à la création de plusieurs réacteurs nucléaires. De 1941 à 1945, nombreux furent les usines et les réacteurs créés pour produire du plutonium en bombardant de l'uranium 235 avec des neutrons.

La centrale thermique d'Oak Ridge, en 1945.La centrale thermique d'Oak Ridge, en 1945.

Toutes les questions qui furent posées quant à l'élaboration de ces grands complexes scientifiques allaient poser les bases des centrales que nous connaissons aujourd'hui. Comme le travail sur le refroidissement des réacteurs, les types de matériaux etc.

En plus de la production de plutonium, ces bâtiments et le personnel allaient travailler à l'enrichissement de l'uranium pour la fabrication de bombes à insertion. Plusieurs méthodes pour ce phénomène furent retenues : la diffusion thermique, la diffusion gazeuse ou la séparation électromagnétique. Grâce à différentes sociétés, plusieurs réacteurs furent construits selon ces méthodes pour tester et mesurer le rendement.

Ainsi, vous l'aurez deviné, à chaque principe correspond un type de bombe. Toutefois, pour les élaborer, les matériaux primaires qu'ils soient uranium ou plutonium doivent être soit enrichis ou purs. Ce point demande de grandes phases de traitement et c'est surtout cela qui constitue le projet Manhattan.

Cette photographie de Jack Aeby est la seule prise de vue bien exposée connue de l'explosion de la bombe Gadget.Cette photographie de Jack Aeby est la seule prise de vue bien exposée connue de l'explosion de la bombe Gadget.
  • La première,  « Little Boy », est une bombe à insertion avec de l'uranium. Le principe est assez simple. Il y a deux blocs d'uranium à l’extrémité d'un sillon. Une charge d'explosif va venir en projeter un sur l'autre pour atteindre la masse critique et démarrer la fission.
  • La seconde bombe, « Fat Man », avec le principe d'implosion. Celle-ci est beaucoup plus complexe et certains documents sur son fonctionnement sont encore tenus secrets. Grossièrement, le cœur du plutonium est recouvert de plusieurs couches explosives. Le but est de faire exploser ces parties et de rediriger les ondes de chocs vers leur cœur pour le compresser et lui faire atteindre la masse critique et exploser.

Bien que cela puisse paraître simple, la réalité est tout autre. Le cœur est divisée en certaines parties qui ont des formes géométriques spécifiques pour bien définir la trajectoire des ondes, permettre une compression optimale et bien d'autres choses du genre.

Le premier essai de ce genre eut lieu à Trinity avec la bombe Gadget, le 16 juillet 1945.

Schéma de la bombe à insertion. 1. Explosion produite par de la cordite pour lancer la balle en uranium - 2. Canon - 3. Balle creuse en uranium - 4. Cible en uraniumSchéma de la bombe à insertion. 1. Explosion produite par de la cordite pour lancer la balle en uranium - 2. Canon - 3. Balle creuse en uranium - 4. Cible en uranium

La guerre ne change jamais, ou presque...

Little Boy, juste avant son embarquement dans l'Enola Gay.Little Boy, juste avant son embarquement dans l'Enola Gay.

Le 6 août 1945, l’Humanité découvre pour la première fois de son histoire l’arme la plus destructrice conçue depuis la nuit des temps. Dans l’optique de précipiter la fin de la guerre, et pour prouver aux Russes que l’Amérique est LA puissance mondiale, les Etats-Unis décident de larguer leur bombe atomique sur un Japon exténué par la guerre.

La première ville à connaître l’horreur atomique est Hiroshima, suivie le 9 août par Nagasaki. La première bombe atomique, baptisée « Little Boy », fait sur le coup entre 90 000 et 140 000 victimes. La seconde, « Fat Man », provoque le décès de 60 à 80 000 personnes. Ce total des pertes n’est pas précis du tout. En effet, les radiations dues aux bombes ont contaminé le terrain. De ce fait, les civils ont continué à mourir après l’explosion. Et nombreux sont ceux ayant eu de graves problèmes de santé par la suite, comme le cancer.

Fat Man, juste avant le lancement.Fat Man, juste avant le lancement.

Pour comparaison, du 13 au 15 février 1945, le bombardement allié sur Dresde, regroupant 1 300 bombardiers lourds, n’aura fait « que » 25 000 morts, au maximum.

Néanmoins, cette arme terrible aura des conséquences sur la géopolitique, mais expliquer tous ces changements serait beaucoup trop long.

Ce qu’il faut retenir, c’est que dorénavant, les « grands » de ce monde doivent traiter entre eux en sachant que chacun peut anéantir l’autre et l’Humanité avec eux. C’est ce qu’on appelle la « destruction mutuelle assurée », abrégé en « DMA ». On peut aussi parler « d’équilibre de la terreur ». C’est un peu comme une démonstration de force constante, mais avec le sort de millions, voire de milliards de gens, en jeu.

La puissance de l’atome a aussi révolutionné la conduite d’une guerre. Les grandes armées à grosses formations ont maintenant disparu aux profits de petites unités ultra entrainées et, avant toute chose, plus mobiles que jamais.

Les pensées militaires ont été littéralement ébranlées par cette invention. L’art de la guerre a été radicalement changé, et rares sont les traités stratégiques n’ayant pas été remis en cause.

Ironiquement, la bombe atomique, bien que destructrice, a permis de maintenir une certaine paix dans le monde. Car bien que le nombre de conflits n’ait pas diminué depuis 1945, la guerre entre superpuissances a disparu, le spectre de la destruction totale étant constamment présent.

Les pensées de Clausewitz seront particulierement remis en cause après l'application de la Bombe atomique.
Les pensées de Clausewitz furent particulièrement remises en cause après l'application de la Bombe A.

Une bombe atomique nazie ?

Durant la Seconde Guerre mondiale, certaines nations, notamment les USA ainsi que l’Allemagne, se sont lancées dans la « course à la Bombe », dans le but d’acquérir en premier cette technologie. Comme on le sait, les USA ont gagné cette course, mais où en était le concurrent allemand ?

Dans le domaine atomique, les Allemands ont eu pendant longtemps une avance technologique, avant d’être dépassés vers la fin 1943. Pour exemple, les nazis avaient déjà trois réacteurs atomiques en 1941, mais c’étaient des réacteurs de recherche non fonctionnels, de toute façon impropres à la fabrication d’armements.

Cependant, cela ne veut aucunement dire qu’ils auraient pu l’avoir et ce, pour plusieurs raisons.

En avril 1945, les américains découvre et détruise la Pile atomique (expérimentale) de Haigerloch.En avril 1945, les américains découvre et détruise la Pile atomique (expérimentale) de Haigerloch.

Tout d’abord, les scientifiques n’ont jamais eu de véritable collaboration entre eux et les différentes recherches n’ont jamais été mises en commun. Ce manque de collaboration était déjà un handicap énorme.

Seconde raison, et non des moindres, est celles de ressources. L’Allemagne ne disposait pas d’une quantité d’uranium suffisante pour construire une bombe, de plus, elle en manquait même pour les recherches !

De plus, les chercheurs allemands se sont dirigés vers des recherches plus lentes, mais plus sûres, ce qui leur coûta un temps précieux. Ensuite, les bombardements alliés n’ont pas aidé les recherches en détruisant des infrastructures précieuses pour la recherche. Et au final, Hitler, doutant du projet, y mis régulièrement un frein. D’une part pour rediriger le budget vers d’autres programmes plus importants, et d’autre part, parce qu’il avait peur de faire sauter la planète.

Ces différentes raisons expliquent la défaite allemande dans la course à la bombe. Néanmoins, imaginons que les nazis arrivent tout de même à construire une bombe atomique. Eh bien la guerre est de toute manière perdue ! Pourquoi ? Avoir la bombe est une chose, l’envoyer en est une autre.

Du coup, au vu de l’état de la Luftwaffe en 1945, sans oublier la suprématie aérienne alliée, il est quasi impossible pour les Allemands de bombarder Londres où même Paris. Et ce n’est pas les V2 qui auraient résolu le problème, ces dernières ne pouvant emporter qu’une charge limitée.

Au final, la bombe atomique aura révolutionné la politique et l’art de la guerre. Et pour la première fois, l’Humanité a la capacité de s’autodétruire en seulement quelques heures.

En tout cas, c’est un drôle de jeu. Pour gagner, il ne faut pas jouer.

Sources :

  • François Besse, Hiroshima : Le début de l'ère atomique, Altipresse, 2005, 317 pages.
  • Gérard Chaliand, « Le Nucléaire », Anthologie Mondiale de la stratégie, Bouquins, 2009, Pages 1277 à 1479.
  • Laurent Tirone, Les armes secrètes du IIIe Reich : Hitler aurait-il pu gagner la guerre ?, Ixelles Editions, 2014, 352 pages.
  • Robert Serber, Los Alamos Primer, 1973.
  • Cours de physique d'Hammer (relativité restreinte, principe de réaction en chaîne)
  • Le site atomicarchive.com
  • Le Documentaire "Points de repères - Einstein et le projet Manhattan" - ARTE
  • HammerHammer Le petit Napoléon, Chroniqueur, Historien, Youtubeur
  • "Ce qui ne me tue pas me rend plus fort." Alexandre III le Grand
  • "Du sublime au ridicule, il n'y a qu'un pas." Napoléon Bonaparte
  • Matthieu Mancuso Chroniqueur, Historien
  • "Si vous traversez l’enfer, continuez d’avancer." Winston Churchill
  • "Résiste et mords !", devise des Chasseurs ardennais de l'armée belge