Bombe A

vignette|Explosion de la bombe nucléaire Little Boy à Hiroshima au Japon le 6 août 1945.

Une bombe A, communément appelée bombe atomique, bombe à fission ou bombe nucléaire, est un engin explosif dans lequel la capacité offensive de la charge (composée d'une force de souffle, d'une hausse brutale et colossale de chaleur, ainsi que de radiations) est obtenue par la fission nucléaire d'un noyau suffisamment lourd pour atteindre une masse critique d'éléments fissiles comme l'uranium 235 ou le plutonium 239.

Les bombes à fission furent les premières armes nucléaires développées ; c'est également l'explosion d'une masse critique fissile qui permet l'allumage d'une bombe H dans les engins modernes.

Dans l'histoire de l'arme nucléaire, il s'agit, depuis 1945, du seul type de bombe ayant servi lors d'un conflit. Durant la Seconde Guerre mondiale, deux bombes A, baptisées respectivement Little Boy (à l'uranium) et Fat Man (au plutonium), furent utilisées par l'armée américaine pour bombarder les villes d'Hiroshima et Nagasaki en .

Histoire

Un procédé théorique imaginé en France En 1939, Otto Hahn et Fritz Strassmann apportèrent la preuve de la faisabilité de la fission de l'uranium par bombardement de neutrons, Frédéric Joliot-Curie, Hans von Halban, et Lew Kowarski démontrent expérimentalement que la réaction en chaîne peut se produire. Le procédé théorique et le principe de détonation améliorée par la force de séparation des atomes fut élaboré collectivement en France par Hans von Halban, Frédéric Joliot-Curie et Lew Kowarski, qui sont à l’origine du dépôt du brevet d'invention portant sur le Perfectionnement aux charges explosives sous le numéro 971-324 le par la Caisse nationale de la recherche scientifique. Les co-inventeurs cachèrent par la suite l'existence de leur brevet aux occupants allemands. Le brevet est dès son dépôt classé secret défense, grâce à l’action de Frédéric Joliot et de son équipe, qui fit de la France le premier pays à comprendre l’importance de l’énergie nucléaire militaire et civile.

En raison de la guerre, le brevet ne sera délivré que le , et tomba dans le domaine public en 1959. Ce brevet décrit, bien avant les travaux du projet Manhattan, le principe de fonctionnement d’une bombe A. Il établit notamment le mécanisme de détermination de la masse critique et de séparation en masses sous-critiques rapprochées lors de la mise à feu. Il était présenté en vue de servir « pour des travaux de mine et pour des travaux publics, mais encore pour la constitution d’engins de guerre ». S’y s'ajoutaient quatre autres brevets déposés de 1939 à 1940 et portant sur la production d'énergie. Ces brevets ont rapporté peu de redevances au regard de leur importance. Une part de l'argent obtenu est affectée à la recherche scientifique via l'attribution de bourses.

Projet Manhattan

Du fait de la défaite de la France en 1940, c'est aux États-Unis que la première bombe atomique fut mise au point et assemblée durant le projet Manhattan. Ce projet est mis sur pied à la suite d'une lettre signée par Albert Einstein (aux opinions pacifistes), adressée au président des États-Unis, Franklin Delano Roosevelt. Dans cette lettre (dite Lettre Einstein-Szilárd), datée du , Einstein ainsi que d'autres physiciens expliquent à Roosevelt que l'Allemagne nazie effectue des recherches sur la fission nucléaire et ses applications possibles dans le domaine militaire, comme la création d'une bombe atomique. Einstein explique que cette bombe est capable de libérer une énergie si colossale qu'elle pourrait détruire une ville entière.

Le , le Comité consultatif pour l'uranium, un organisme fédéral créé par Roosevelt, après avoir pris connaissance de la lettre, demande dans un mémorandum la création d'un projet de recherche sur le thème de la fission nucléaire et sur ses applications militaires. Une somme de est débloquée. La première étape consiste en l'enrichissement de l'uranium naturel en uranium 235 fissile, c'est-à-dire que son atome peut se « casser » et produire une réaction de fission nucléaire. Durant cette étape de recherche, un second élément fissile est découvert, le plutonium.

Alors que jusque-là, le projet avait uniquement un but expérimental, avec pour objectif de valider la réalisation d'une bombe atomique, il est décidé en , au vu des résultats, de passer au stade du développement. Le projet Manhattan vient de voir le jour. Des milliers de chercheurs, mis au secret, vont développer cette arme. Plusieurs laboratoires sont construits un peu partout aux États-Unis, comme dans le Tennessee, à Washington et enfin le plus célèbre, le LANL de Los Alamos au Nouveau-Mexique en mars 1943.

Le laboratoire national de Los Alamos (LANL) est dirigé par le physicien Robert Oppenheimer. Il est entouré par une brillante équipe de physiciens, parmi lesquels quatre prix Nobel de physique (Niels Bohr, James Chadwick, Enrico Fermi et Isidor Isaac Rabi). Durant deux ans, ils vont surmonter un grand nombre de problèmes techniques, aidés par un budget de deux milliards de dollars. Ils développent les deux filières, uranium et plutonium en parallèle. Au début de , s'ils disposent de bombes opérationnelles dans chacune des filières, ils ont encore un doute sur la bombe au plutonium. Ils décident donc que le premier test portera sur cette technologie.

Le , sur la base aérienne d'Alamogordo, la première bombe atomique, Gadget, explose lors d'un test baptisé Trinity. La petite histoire dit que Kenneth Bainbridge, le responsable des essais, glissa à l'oreille de Robert Oppenheimer, qui avait déclaré I am become Death, the Destroyer of Worlds () après l'explosion : Now we are all sons-of-bitches ().

Utilisation au Japon

Trois semaines après l'essai réussi Trinity, dans la matinée du , le président Harry Truman, qui a succédé à Franklin Roosevelt décédé le , donne l'ordre de larguer une bombe atomique sur un objectif civil, la ville d'Hiroshima, avec pour objectif de faire capituler le Japon.

Cette bombe fut surnommée par l'armée américaine Little Boy (« Petit garçon »), du fait de sa petite taille, et Pikadon (« Lumière et bruit ») par les japonais. La bombe A à l'uranium enrichi (de type revolver) détona en expulsant une énergie équivalente à environ de TNT. Il est difficile de connaître avec précision le nombre de personnes tuées par l'explosion. Le département de l'Énergie des États-Unis (DOE) estime quant à lui le nombre de personnes tuées instantanément à environ et environ supplémentaires dans les cinq années qui ont suivi The Atomic Bombing Of Hiroshima.

Le , trois jours plus tard, Truman donne l'ordre de larguer une seconde bombe, la ville de Kokura (actuellement Kitakyushu) étant la cible primaire. Mais celle-ci étant recouverte par des nuages, c'est Nagasaki, cible secondaire, qui est alors visée : lors d'une éclaircie, le bombardier confond les usines Mitsubishi sur les quais du port avec la cathédrale chrétienne. La bombe larguée, cette fois-ci, est au plutonium, a une puissance de et est surnommée Fat Man (« Gros Bonhomme »). Tout comme pour Hiroshima, le nombre de décès est difficile à définir, le DOE estime qu'il y a eu environ tuées instantanément et blessées. En janvier 1946, il était estimé qu'environ étaient décédées des conséquences de l'explosion et peut-être le double dans les cinq années suivantes The Atomic Bombing Of Nagasaki. Les deux bombes ont explosé à environ d'altitude afin de maximiser leurs effets.

L'âge de la prolifération

La fin de la Seconde Guerre mondiale et la connaissance de la puissance destructrice de la bombe atomique ont poussé plusieurs gouvernements à vouloir acquérir, comme les États-Unis, l'arme nucléaire.

C'est ainsi que rapidement, l'Union soviétique a conçu une bombe A à l'institut panrusse de recherche scientifique en physique expérimentale, le RDS-1 (), et l'a testée le . Elle est suivie le par le Royaume-Uni testée sous le nom de code Opération Hurricane (). Suivront ensuite la première bombe A de la France testée sous le nom de code Gerboise bleue () le , la Chine le sous le nom de code 596 (), le l'indien «Bouddha souriant » (), le le pakistanais « Chagai-I » () ou le le nord-coréen « » ().

Formation de la masse critique

Masse critique et neutrons

Une masse de matériau fissile est qualifiée de critique quand elle devient capable d'entretenir une réaction en chaîne, compte tenu de sa taille, de sa forme, de la pureté et de la composition isotopique du matériau.

Une mesure numérique du caractère critique est le coefficient multiplicateur de neutron k = f - l, où f est le nombre de neutrons relâchés en moyenne par chaque fission d'atome et l est le nombre moyen de neutrons perdus, soit parce qu'ils s'échappent du système ou parce qu'ils sont capturés par d'autres atomes sans produire de fission. Quand k = 1, la masse est dite critique, quand k < 1 la masse est sous critique, et pour k > 1 la masse est dite super-critique.

La masse critique d'une boule de matériau pur (non modéré) en l'absence de réflecteur est d'environ cinquante kilogrammes pour l'uranium 235 et de dix kilogrammes pour le plutonium 239. Si l'on dispose autour de la matière fissile un revêtement renvoyant une partie des neutrons vers elle (réflecteur de neutrons), on peut réduire la masse critique. De même, si on comprime transitoirement cette matière fissile d'un facteur important (sous l'effet d'une onde de choc d'une explosion extérieure), on peut également réduire la masse critique.

Pour éviter que la réaction ne se déclenche n'importe quand, on donne à la matière fissile une forme facilitant l'évasion des neutrons : séparation en deux morceaux, ou boule creuse, donc de plus grande surface. De cette manière la masse critique n'est pas atteinte et il n'y a donc aucun risque qu'une réaction en chaîne s'amorce sans qu'on le désire. Le déclenchement de l'explosion a lieu lorsque toutes les parties de la matière fissile sont brusquement réunies, sous une forme convenable, et atteignent ainsi une masse super-critique.

Importance de la mise en configuration critique Pour des raisons évidentes de sécurité, les éléments fissiles d'une bombe atomique sont tenus en configuration sous-critique pour éviter toute explosion nucléaire accidentelle. C'est juste avant le déclenchement de la bombe qu'on lève les différentes sécurités mises pour éviter que la forme critique soit atteinte ; on dit alors que la bombe est armée.

Dans une bombe atomique, il est important que les éléments fissiles soient réunis le plus vite possible. En effet, les éléments fissiles utilisés sont par ailleurs radioactifs, et dégagent naturellement des neutrons. De ce fait, une réaction de fission nucléaire peut se déclencher avant que toute la matière fissile n'ait la meilleure configuration. La puissance de l'explosion se trouve alors amoindrie, parce que la petite explosion qui en résulterait dissiperait le reste de la matière fissible avant qu'elle ait pu prendre part à la réaction.

Il existe plusieurs techniques pour réunir la matière fissile et ainsi atteindre la configuration sur-critique, qui déclenche l'explosion nucléaire. On peut citer deux techniques : par insertion, et par implosion.

Assemblage par insertion thumb|upright|Schéma de la bombe Little Boy. La technique la plus simple pour déclencher une explosion est de projeter un bloc de matière fissile contre un autre bloc, constitué de la même matière, ou mieux, un bloc cylindrique à l'intérieur d'un bloc creux. C'est la technique de l'insertion, aussi appelée la technique du pistolet — ou du canon. Ainsi, les conditions critiques sont atteintes et la réaction en chaîne est amorcée.