Impulsion électromagnétique nucléaire

vignette|Un Boeing E-4 (une version du Boeing 747 transformé en poste de commandement pour le Strategic Air Command) subissant une simulation d'impulsion électromagnétique.

Une impulsion électromagnétique nucléaire (IEMN), également connue sous le nom NEMP (de l'anglais nuclear electromagnetic pulse) ou « effet Christofv »« L'effet Christofv » découvert par le physicien Christjo Christofv., est une émission d'ondes électromagnétiques brève et de très forte amplitude qui peut détruire de nombreux appareils électriques et électroniques (reliés au courant et non protégés) et brouiller les télécommunications. Les conséquences d'une telle impulsion sur une zone habitée pourraient être dévastatrices, surtout dans les pays développés.

Ce type d'impulsion a été découvert en 1945, lors d'essais nucléaires américains, en tant qu'effet secondaire d'une bombe atomique. Depuis, elle est devenue une arme à part entière.

Les effets d'une IEMN dépendent de nombreux facteurs notamment de l'altitude à laquelle la bombe va exploser et de sa puissance. Une bombe qui explose à haute altitude (IEM-HA ou HEMP en anglais) provoque une IEM bien plus étendue qu'une explosion près du sol.

Il existe aussi des impulsions électromagnétiques d'origine naturelle, provoquées par le Soleil ou par la foudre, qui sont assimilées aux IEM d'origine nucléaire, mais qui n'ont pas exactement les mêmes caractéristiques, ni exactement les mêmes effets.

Les applications des IEMN sont surtout militaires, mais plusieurs usages industriels ont aussi été découverts.

L'IEMN n'est pas une nouvelle sorte d'arme. Elle est connue depuis 1945. Les caractéristiques uniques des IEM nucléaires de haute altitude sont connues depuis 1962 mais la diffusion des données est restreinte. La France, à la suite d'une erreur d'appréciation scientifique du CEA dans les années 1960, ne le prit réellement en compte dans la protection de ses systèmes d'armes qu'à la fin des années 1970. Les scientifiques français, à la différence de leurs homologues russes et américains, avaient conclu que les rayonnements issus de l'IEMN s'annulaient au-delà de d'altitude. Le non recours au durcissement a aussi pu être politique un temps.

Histoire

Le fait qu'une explosion nucléaire produise une impulsion électromagnétique était connu dès les premiers essais d'armes nucléaires. L'ampleur de cette impulsion et l'importance de ses effets, en revanche, n'ont été compris que bien plus tard.

Lors du premier essai nucléaire des États-Unis le , l'équipement électronique a été protégé en raison de la prévision d'Enrico Fermi d'une impulsion électromagnétique due à la détonation. D'après l'histoire officielle, « toutes les lignes de signaux ont été complètement blindées, dans de nombreux cas doublement blindées. Malgré tout de nombreux enregistrements ont été perdus à cause du ramassage parasite au moment de l'explosion qui a paralysé l'équipement d'enregistrementBainbridge, K.T., Trinity (Report LA-6300-H), Los Alamos Scientific Laboratory, May 1976, Page 53 .» Pendant les essais nucléaires britanniques de 1952-1953, il y a eu des défaillances qui ont été attribuées à un "radioflash", qui était alors le terme britannique pour IEM Baum, Carl E., Reminiscences of High-Power Electromagnetics, IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. Vol. 49, May 2007. Baum, Carl E., From the Electromagnetic Pulse to High-Power Electromagnetics, Proceedings of the IEEE, Vol. 80, , , June 1992 .

Les tests nucléaires de haute altitude de 1962, tels que décrits ci-dessous, ont approfondi la compréhension des IEM et ont permis à la communauté scientifique de prendre conscience de l'importance du problème, notamment grâce à une série de trois articles publiés à propos des impulsions électromagnétiques nucléaires en 1981 par William J. Broad dans la revue hebdomadaire ScienceBroad, William J. "Nuclear Pulse (II): Ensuring Delivery of the Doomsday Signal", Science, 5 June 1981 212: 1116–1120Broad, William J. "Nuclear Pulse (III): Playing a Wild Card", Science. 12 June 1981 212: 1248–1251.

Starfish Prime

En juillet 1962, les essais nucléaires des États-Unis dans l'espace ( ou ), à au-dessus du milieu de l'océan Pacifique, ont été appelés Starfish Prime. Ils ont démontré que l'ampleur et les effets d'une explosion nucléaire en haute altitude étaient beaucoup plus importants que ce qui avait été calculé précédemment. Les essais de Starfish Prime sont également connus du grand public pour avoir causé des dommages électriques à Hawaï, à du point de détonation, éteignant environ 300 lampadaires, déclenchant les alarmes antivol et endommageant les communications par micro-ondes d'une compagnie de téléphoneVittitoe, Charles N., Did High-Altitude EMP Cause the Hawaiian Streetlight Incident?, Sandia National Laboratories, June 1989. .

Starfish Prime était le premier essai réussi de la série d'essais nucléaires à haute altitude menés par les États-Unis au cours de l'année 1962 sous le nom d’opération Fishbowl. Les essais suivants, Bluegill Triple Prime et Kingfish, ont finalement fourni assez de données sur les IEM pour permettre aux physiciens d'identifier avec précision les mécanismes physiques à l'origine de ces impulsionsLongmire, Conrad L., "Fifty Odd Years of EMP", NBC Report, Fall/Winter, 2004. . U.S. Army Nuclear and Chemical Agency .

Les dégâts de l'IEM de Starfish Prime ont été rapidement réparés en raison de la robustesse (par rapport à aujourd'hui)Theoretical Notes - Note 353 - March 1985 - EMP on Honolulu from the Starfish Event* Conrad L. Longmire - Mission Research Corporation de l'infrastructure électrique et électronique d’Hawaï en 1962.

L'ampleur relativement faible de l'IEM de Starfish Prime à Hawaï (environ ) et le montant relativement faible des dommages causés (par exemple, seulement 1 à 3 % des lampadaires éteints)Rabinowitz, Mario (1987) a conduit certains scientifiques à sous-estimer l'ampleur du problème. De nouveaux calculs ont montré que si l'ogive de Starfish Prime avait explosé sur le nord des États-Unis, l'ampleur de l'IEM aurait été beaucoup plus importante (22 à ) en raison de la plus grande force du champ magnétique terrestre au-dessus des États-Unis, ainsi que de son orientation différente dans les hautes latitudes.

Essai soviétique 184

En 1962, l'Union soviétique a également effectué une série de 3 essais nucléaires dans l'espace au-dessus du Kazakhstan, qui étaient les derniers de la série intitulée Projet KZak, Anatoly "The K Project: Soviet Nuclear Tests in Space", The Nonproliferation Review, Volume 13, Issue 1 March 2006, . Bien que ces ogives aient été beaucoup plus petites (, soit ) que celles de Starfish Prime, étant donné que ces tests ont été effectués sur une grande masse de terre peuplée (et aussi à un endroit où le champ magnétique de la Terre était plus important), les dommages causés par l'IEM résultante ont dû être beaucoup plus importants. L'impulsion E3, qui agit comme un orage magnétique, a même induit une hausse du courant électrique dans une grande ligne électrique souterraine qui a causé un incendie dans la centrale électrique de la ville de Karaganda. Après l'effondrement de l'Union soviétique, le niveau de ces dommages a été communiqué de manière informelle à des scientifiques aux États-UnisGreetsai, Vasily N., et al. "Response of Long Lines to Nuclear High-Altitude Electromagnetic Pulse (HEMP)" IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, Vol. 40, No. 4, November 1998, .

Scénario d'une guerre Israël/Iran

Le , selon le Sunday Times repris par d'autres sources, Israël songerait à lancer une frappe IEM contre l'Iran afin de paralyser l'ensemble de ses réseaux de transports et de communication et ainsi mettre un terme à son programme nucléaire . Une telle frappe pourrait renvoyer l'Iran à l'« âge de pierre » selon les experts de défense américains .

Fonctionnement Particularité des IEM nucléaires

Une IEM d'origine nucléaire, contrairement aux autres impulsions électromagnétiques, est composée de trois impulsions différentes définies par la Commission électrotechnique internationaleElectromagnetic compatibility (EMC) - Part 2 : Environment - Section 9 : Description of HEMP environment - Radiated disturbance, Basic EMC publication, IEC 61000-2-9.

Les trois composantes d'une IEM nucléaire sont appelées E1, E2 et E3.

E1

thumb|Mécanisme d'une IEM à d'altitude sur les États-Unis : les rayons gamma frappent l'atmosphère entre les altitudes de 20 et , et éjectent des électrons qui sont ensuite déviés sur le côté par le champ magnétique terrestre. Cela permet le rayonnement des électrons de l'IEM sur une surface massive. En raison de la courbure et de l'inclinaison vers le bas du champ magnétique terrestre au-dessus des États-Unis, l'IEM maximale se produit au sud de la détonation et la minimale au nordU.S. Army White Sands Missile Range, Nuclear Environment Survivability, Report ADA278230, Page D-7, 15 April 1994. .

L'impulsion E1 est la plus rapide de l'IEM nucléaire. C'est un champ électromagnétique très bref mais très intense qui peut provoquer des tensions très élevées dans les composants électriques qui dépassent alors leur tension de claquage et grillent. Elle peut détruire les ordinateurs et les équipements de communication et elle change trop vite pour que les parafoudres ordinaires puissent fournir une protection efficace contre elle.

E1 est produite lorsque les rayons gamma de l'explosion nucléaire éjectent les électrons hors des atomes dans l'atmosphère supérieure. Les électrons commencent à voyager généralement vers le bas à une vitesse relativiste (plus de 90 % de la vitesse de la lumière). En l'absence de champ magnétique, il se produirait une large impulsion verticale sur toute la surface touchée. Mais le champ magnétique terrestre agit sur le flux d'électrons pour changer sa direction perpendiculairement, ce qui provoque une très grande, mais très brève, impulsion électromagnétique sur la zone touchéeStatement, Peter Vincent Pry, EMP Commission Staff, before the United States Senate Subcommittee on Terrorism, Technology and Homeland Security. March 8, 2005 .

E2

E2 est produite par des rayons gamma dispersés et des rayons gamma inélastiques produits par les neutrons des armes. E2 est un "temps intermédiaire" de l'impulsion qui dure de à . Elle a de nombreuses similitudes avec la foudre, bien que l'impulsion électromagnétique induite par un éclair soit considérablement plus puissante que l'impulsion E2 d'une IEM nucléaire. En raison de l'utilisation répandue de technologies de protection contre la foudre, E2 est généralement considérée comme celle dont il est le plus facile de se protéger.

Selon la Commission des États-Unis sur les IEM, le principal problème potentiel avec E2 est le fait qu'il suit immédiatement E1, qui peut avoir endommagé les dispositifs qui protègent normalement contre E2.

E3

E3 est très différente des deux autres impulsions majeures d'une IEM nucléaire. C'est une impulsion très lente, qui peut durer des dizaines ou même des centaines de secondes. Elle est provoquée par le déplacement du champ magnétique terrestre de son emplacement habituel, causé par l'explosion nucléaire, puis par son retour à la normale. E3 a des similitudes avec une tempête géomagnétique provoquée par une sévère poussée solaire. Comme une tempête géomagnétique, E3 peut produire des courants géomagnétiques induits dans les grands conducteurs électriques, qui peuvent ensuite endommager les composants tels que des transformateurs de puissance en ligneReport Meta-R-321 : The Late-Time (E3) High-Altitude Electromagnetic Pulse (HEMP) and Its Impact on the U.S. Power Grid, January 2010, Written by Metatech Corporation for Oak Ridge National Laboratory. .

Facteurs d'efficacité

Plusieurs facteurs importants influencent l'efficacité d'une arme à IEM : L'altitude de l'arme ; Le rendement de l'arme ; La distance entre l'arme et la cible ; Les caractéristiques géographiques ;