🗓️ 24 juillet 1952

Ce jour-là, le président de la République Vincent Auriol promulgue la loi qui finance le premier plan de développement de l’énergie atomique. Dans une France sortie exsangue de la Seconde Guerre mondiale, la reconstruction du pays et la relance économique s’accompagnent de besoins énergétiques croissants que la production nationale de charbon ne suffit plus à satisfaire. L’énergie atomique, c’est ainsi qu’on la nommait à l’époque, apparaît alors comme une promesse : celle de l’indépendance énergétique et, en filigrane, celle d’une grandeur nationale à réinventer. Retour sur la naissance du programme nucléaire français (période 1945-1952).

🌱 La naissance d’une ambition

Les recherches pionnières sur la fission de l’uranium, engagées dès janvier 1939 par l’équipe de Frédéric Joliot au Collège de France à Paris (👉 Des brevets visionnaires), avaient été brutalement interrompues au début de la Seconde Guerre mondiale, lors de l’invasion allemande au printemps 1940. Les précieuses matières premières que s’était procurées Joliot pour ses expérimentations avaient été mises à l’abri hors de France : l’uranium avait été caché dans une galerie désaffectée d’une mine au Maroc (👉 Des bagages radioactifs), tandis que l’eau lourde avait été acheminée vers l’Angleterre (👉 L’odyssée du modérateur). Durant toute la guerre, une poignée de scientifiques français poursuivra néanmoins les recherches à l’étranger, d’abord au Royaume-Uni, puis en Amérique du Nord. Bien que modeste, le maintien d’une présence française dans ce domaine stratégique se révélera déterminant pour l’après-guerre.

En mai 1945, l’Allemagne capitule, mettant un terme à la guerre en Europe. Le conflit se poursuit cependant en Asie entre les Alliés et l’Empire du Japon. Plusieurs événements décisifs vont alors précipiter la fin des hostilités : le largage d’une bombe atomique sur Hiroshima le 6 août 1945, suivi d’une seconde sur Nagasaki le 9 août, ainsi que l’offensive soviétique en Mandchourie déclenchée dans la nuit du 8 au 9 août. Face à cette démonstration de force sans précédent, l’empereur Hirohito annonce la reddition du Japon le 15 août. L’acte de capitulation du Japon est officiellement signé le 2 septembre 1945, scellant la fin de la Seconde Guerre mondiale.

En France, après six années d’un conflit qui a profondément ébranlé le pays, de l’humiliante débâcle de 1940 à la douloureuse occupation qui s’ensuivit, le temps est désormais à la reconstruction et à la relance de l’économie. Conscient de l’urgence de relancer les recherches françaises relatives à l’énergie atomique, le général de Gaulle, alors président du Gouvernement provisoire de la République française (GPRF), crée, par l’ordonnance du 18 octobre 1945, le Commissariat à l’énergie atomique (CEA).

Cette décision est prise sous l’impulsion de Frédéric Joliot, qui avait alerté le général de Gaulle dès l’automne 1944 sur la nécessité de créer un organisme consacré à l’énergie atomique. Elle doit également beaucoup à Raoul Dautry, alors ministre de la Reconstruction et de l’Urbanisme au sein du GPRF, qui avait adressé à de Gaulle, en mars 1945, deux notes lui rappelant le rôle décisif que pourrait jouer l’énergie atomique dans la reconstruction de la France et son retour au rang des grandes puissances. Si la création du CEA intervient deux mois après les bombardements d’Hiroshima et de Nagasaki, la décision de doter la France d’un organisme dédié à l’énergie atomique était en réalité déjà mûrie depuis plusieurs mois.

L’ordonnance de création est l’œuvre du conseiller d’État Jean Toutée, qui rédige, entre le 3 et le 12 octobre 1945, cinq versions successives du texte et de son décret d’application, arbitrant entre les vues des savants et celles de l’administration. Le calendrier est contraint : le pouvoir de légiférer du président du Gouvernement provisoire expire le 21 octobre, avec l’élection de l’Assemblée constituante. De Gaulle signe l’ordonnance le 18 octobre, trois jours avant l’échéance. Publiée au Journal officiel le 31 octobre 1945, l’ordonnance n° 45-2563 énumère les missions du nouvel organisme sans les détailler davantage. La formulation du premier alinéa (en gras ci-dessous) laisse ainsi la possibilité d’explorer l’ensemble des applications offertes par l’énergie atomique, y compris dans le domaine militaire.

De pressantes nécessités d’ordre national et international obligent à prendre les mesures nécessaires pour que la France puisse tenir sa place dans le domaine des recherches concernant l’énergie atomique. La création d’un organisme susceptible d’assurer au pays le bénéfice de telles recherches a été mise à l’étude […].
Art. 1ᵉʳ. — Il est institué, sous le nom de commissariat à l’énergie atomique, un établissement de caractère scientifique, technique et industriel, doté de la personnalité civile ainsi que de l’autonomie administrative et financière et placé sous l’autorité et le contrôle du président du Gouvernement provisoire.
Le commissariat à l’énergie atomique :
Poursuit les recherches scientifiques et techniques en vue de l’utilisation de l’énergie atomique dans les divers domaines de la science, de l’industrie et de la défense nationale ;
Étudie les mesures propres à assurer la protection des personnes et des biens contre les effets destructifs de l’énergie atomique ;
Organise et contrôle […] la prospection et l’exploitation des gisements de matières premières nécessaires ;
Réalise à l’échelle industrielle les dispositifs générateurs d’énergie d’origine atomique […].

Dès sa création, le CEA est placé sous une double autorité : une direction scientifique, incarnée par un haut-commissaire à l’énergie atomique, et une direction administrative et financière, confiée à un administrateur général délégué du gouvernement. Cette organisation bicéphale répond, selon l’exposé des motifs de l’ordonnance, à un partage assumé : décharger les savants des contraintes administratives, tout en réservant à l’État, qui fournit les fonds, le contrôle de leur emploi. La gouvernance est assurée par le Comité de l’énergie atomique, composé de l’administrateur général, du haut-commissaire, de trois personnalités qualifiées par leurs travaux relatifs à l’énergie atomique ainsi que du président du Comité de coordination des recherches concernant la défense nationale. Le Comité est présidé directement par le président du Gouvernement provisoire, contrepartie d’une liberté de gestion sans équivalent.

Par le décret du 3 janvier 1946, Raoul Dautry est nommé administrateur général et Frédéric Joliot haut-commissaire. Les trois personnalités qualifiées appelées à siéger au Comité de l’énergie atomique sont Irène Curie, fille de Pierre et Marie Curie et lauréate du prix Nobel de chimie 1935 avec son époux Frédéric Joliot ; Francis Perrin, physicien ayant travaillé sur la fission nucléaire aux côtés de Joliot au Collège de France ; et Pierre Auger, physicien spécialiste de la physique atomique et des rayons cosmiques, qui contribua notamment au programme nucléaire anglo-canadien durant la Seconde Guerre mondiale. Enfin, le général Darius Paul Dassault, frère aîné de l’industriel Marcel Dassault, complète le Comité en qualité de président du Comité de coordination des recherches concernant la défense nationale. Peu après la mise en place de cette organisation, le général de Gaulle démissionne de la présidence du Gouvernement provisoire le 20 janvier 1946 (pour des raisons qui ne seront pas développées ici). Bien que de Gaulle quitte le pouvoir quelques mois seulement après la création du CEA, l’organisme dispose déjà d’assises suffisamment solides pour poursuivre son développement.

Pour préparer les décisions scientifiques, Frédéric Joliot crée en février 1946 un Comité scientifique, instance interne qui se réunira jusqu’à trois fois par semaine, là où le Comité de l’énergie atomique ne siège que tous les deux ou trois mois. Il réunit les quatre commissaires scientifiques (Joliot, qui le préside, Irène Curie, Francis Perrin et Pierre Auger), auxquels s’ajoutent trois experts : Lew Kowarski, Jules Guéron et Bertrand Goldschmidt.

Ancien collaborateur de Joliot au Collège de France, Kowarski poursuivit durant la guerre ses travaux au Royaume-Uni puis au Canada, où il fut notamment chargé de la construction de la pile atomique ZEEP (Zero Energy Experimental Pile) sur le site de Chalk River, première à « diverger » hors des États-Unis. Guéron suivit un itinéraire comparable, en rejoignant le Royaume-Uni puis le Canada, où il réalisa des travaux de chimie nucléaire au Laboratoire de Montréal puis à Chalk River. Goldschmidt partit quant à lui aux États-Unis, où il eut, dès 1942, l’opportunité exceptionnelle de travailler sur la chimie du plutonium au Metallurgical Laboratory (Met Lab) de Chicago, aux côtés de Glenn Seaborg, dans le cadre du projet Manhattan. Il sera d’ailleurs le seul Français à avoir participé à la composante américaine de ce projet, avant de rejoindre les équipes installées au Canada.

Le Comité scientifique réunit ainsi des figures majeures de la science française d’alors, mais également des spécialistes qui ont contribué, au sein des programmes alliés, aux avancées les plus importantes dans le domaine de l’énergie nucléaire pendant la guerre.

Les nominations au Comité de l’énergie atomique et au Comité scientifique s’inscrivent dans la continuité des grandes figures scientifiques d’avant-guerre et consacrent Frédéric Joliot comme l’homme fort de ce nouvel organisme, en raison des liens étroits qu’il entretient avec nombre d’entre elles. Les premiers pas du CEA sont également marqués par la présence de plusieurs scientifiques proches du Parti communiste français (PCF). Frédéric Joliot et le physicien Jean Langevin en sont membres, alors qu’Irène Curie en partage largement les idées. Cet ancrage politique à gauche, très répandu dans les milieux intellectuels français à la Libération, suscite assez peu de réserves dans un contexte où l’Union soviétique est encore notre alliée. Mais cela ne va pas durer…

🛠️ De l’ambition aux premières réalisations

Début 1946, l’organisation du CEA est désormais actée. L’heure est venue d’engager les premiers grands chantiers. Il s’agit à la fois de doter l’organisme des infrastructures indispensables à l’accomplissement de ses missions, de sécuriser l’approvisionnement en matières premières, de construire la première pile atomique française et, plus largement, de poser les fondations permettant la réalisation des ambitions nucléaires tricolores.

Les infrastructures clés

Le général Dassault entreprend des démarches auprès des Armées pour obtenir un fort militaire. La mise à disposition du fort de Montrouge n’ayant pu aboutir, c’est celle du fort de Châtillon que le CEA obtient en février 1946. Situé en banlieue parisienne à cheval sur les communes de Fontenay-aux-Roses et de Châtillon, ce fort a notamment été le théâtre, au lendemain de la Libération, de plusieurs exécutions de responsables du régime de Vichy. Plusieurs laboratoires de chimie et de physique nucléaires y sont installés. Le fort de Châtillon devient ainsi le premier centre de recherche du CEA.

Parallèlement, une partie de la poudrerie du Bouchet, située à Vert-le-Petit et historiquement dédiée à la fabrication de poudre noire et à la recherche sur les armements, est mise à disposition du CEA. Cette enclave devient l’usine du Bouchet, où sont réalisées les premières opérations françaises de traitement de l’uranium (raffinage de l’oxyde d’uranium, production d’uranium métal…) et la fabrication des combustibles des futures piles atomiques françaises. Les premiers kilogrammes d’oxyde d’uranium purifié, obtenus à partir de l’uranium rapatrié du Maroc, sortent de l’usine du Bouchet dès octobre 1947.

En 1946, il est également décidé de créer un grand Centre d’études nucléaires (CEN) sur le plateau de Saclay, choisi notamment pour ses importantes surfaces disponibles, sa faible densité de population et sa bonne accessibilité depuis Paris. La construction du CEN de Saclay débute en 1947 et ses installations entrent progressivement en service à partir de 1952. Parmi elles figure le réacteur expérimental EL2 (eau lourde n° 2), mis en service le 27 octobre 1952 et conçu pour mener des expériences d’irradiation de matériaux et de physique des neutrons, essentielles au développement du programme nucléaire français. Jules Guéron deviendra le premier directeur du centre de Saclay en 1951.

La prospection minière

Dès 1946, le CEA engage une vaste campagne de prospection minière afin de bâtir une filière nationale d’approvisionnement en uranium. L’enjeu est fondamental : il s’agit d’assurer un accès pérenne à cette ressource nécessaire à l’obtention de matière fissile, condition essentielle à l’essor et à l’indépendance de la filière nucléaire française.

🤯 [Pour les Curie-eux] Vous avez dit matière fissile ?
On appelle matière fissile une matière dont les noyaux sont capables de subir une fission quelle que soit l’énergie des neutrons incidents, y compris les neutrons lents, également appelés neutrons thermiques (environ 0,025 électronvolt d’énergie cinétique). Elle constitue l’ingrédient essentiel du fonctionnement des réacteurs nucléaires et de la fabrication des armes atomiques. Au début des années 1950, les isotopes fissiles connus sont : l’uranium 235 (caractère fissile démontré en 1940), le plutonium 239 (en 1941), l’uranium 233 (en 1942) et le plutonium 241 (vers 1944-1945). Parmi eux, l’uranium 235 et le plutonium 239 sont apparus comme les plus adaptés aux usages civils (production d’énergie dans les réacteurs nucléaires) et militaires (bombes).

L’uranium 235 est le seul isotope fissile présent dans la nature en quantité significative. Sa concentration dans l’uranium naturel (tel qu’on le trouve dans la pechblende par exemple) est toutefois très faible : seulement 0,72 %. Pour de nombreuses applications, il est nécessaire d’enrichir l’uranium, c’est-à-dire d’augmenter artificiellement sa teneur en uranium 235, typiquement à 3-6 % pour les réacteurs nucléaires à eau légère et à plus de 90 % pour les bombes. Le plutonium 239 n’existe dans la nature qu’à l’état de traces infimes. Il peut être produit artificiellement dans un réacteur nucléaire par capture neutronique de l’uranium 238 (²³⁸U + n → ²³⁹U → ²³⁹Np → ²³⁹Pu). L’uranium 238, qui constitue environ 99,28 % de l’uranium naturel, est un isotope dit « fertile » car, après capture neutronique et désintégrations successives, il se transforme en un isotope fissile, le plutonium 239. En résumé, deux filières principales se dessinent : celle de l’uranium 235 nécessitant la mise en œuvre d’un procédé d’enrichissement et celle du plutonium 239 nécessitant la construction de réacteurs nucléaires et d’usines de traitement pour réaliser son extraction.

Le CEA mobilise ainsi géologues, ingénieurs et prospecteurs pour conduire des recherches sur le territoire métropolitain, en particulier au sein des grands socles granitiques propices à la minéralisation uranifère, comme le Massif central et le Massif armoricain. Les premiers résultats ne tardent pas à venir. Le 25 novembre 1948, un important gisement uranifère est identifié dans le bassin de La Crouzille dans le Limousin. Exploité dès 1949, ce bassin deviendra durant plusieurs décennies la principale source de production d’uranium du territoire métropolitain. Il permet au CEA de disposer, dès ses premières phases de développement, de ressources propres en uranium.

Conscient du caractère limité des ressources disponibles en métropole, le CEA étend ses campagnes de prospection outre-mer et en Afrique. Les premières découvertes notables interviennent à Madagascar puis au Gabon avec le gisement de Mounana, identifié au milieu des années 1950. Elles se poursuivent au Niger avec les importants gisements d’Arlit et d’Akouta, découverts dans la seconde moitié des années 1960. Ainsi, le lancement des filières métropolitaine puis africaine permet de répondre aux besoins en uranium du programme nucléaire français pour les décennies qui suivent.

La première pile atomique

Parmi les grands chantiers engagés, l’un s’impose comme central : la réalisation de la première pile atomique française. Celle-ci doit démontrer la capacité des scientifiques français à initier puis à maintenir une réaction en chaîne contrôlée, tout en validant les choix technologiques retenus. Elle constitue également un outil essentiel pour l’acquisition de données expérimentales, l’étude de problématiques en vue de la construction de piles de plus grande puissance, la formation des personnels (pilotage, instrumentation, mesures) ou encore la production de radionucléides pour des applications médicales ou industrielles.

🤯 [Pour les Curie-eux] Vous avez dit pile atomique ?
Une pile atomique est l’expression historique utilisée pour désigner un réacteur nucléaire. Le terme pile trouve son origine dans la Chicago Pile-1 (CP-1), première pile au monde, qui divergea aux États-Unis le 2 décembre 1942 sous la direction d’Enrico Fermi. CP-1 était constituée d’un empilement d’environ 40 000 briques de graphite, réparties en 57 couches (soit près de 350 tonnes de graphite), dans lesquelles étaient disposées 6 tonnes d’uranium métallique et 37 tonnes d’oxyde d’uranium. Le terme pile fait ainsi référence à cette architecture. Il signifie, en anglais comme en français, un tas ou un empilement. Cette appellation cède la place au terme réacteur, mieux adapté à des installations devenues plus complexes qu’un simple empilement. Le qualificatif atomique est lui aussi remplacé par le terme nucléaire. Provenant du latin nucleus (noyau), ce dernier décrit les phénomènes mettant en jeu le noyau de l’atome, et non l’atome dans son ensemble, comme pourrait le laisser penser, à tort, le terme atomique. Son adoption accompagne également l’évolution du vocabulaire scientifique et technique à mesure que la discipline se structure après la Seconde Guerre mondiale. À partir des années 1950, l’expression réacteur nucléaire supplante progressivement celle de pile atomique, les deux coexistant encore longtemps. Dans cet article, on parlera de pile pour les installations pionnières des années 1940, et de réacteur au-delà.

Lors de sa première réunion, le 27 février 1946, le Comité scientifique retient le principe d’une pile fonctionnant à l’uranium naturel et modérée à l’eau lourde, d’une puissance limitée à 300 kilowatts. Le 8 juillet 1947, sur proposition de Goldschmidt, le projet est toutefois ramené à une pile de puissance quasi nulle fonctionnant à l’oxyde d’uranium naturel, plus rapide à réaliser. Ce choix repose sur plusieurs considérations. D’un point de vue neutronique, l’eau lourde présente une très faible section efficace de capture des neutrons, ce qui permet l’utilisation d’une quantité d’uranium bien moindre que dans une pile modérée au graphite. Il permet en outre l’utilisation directe de l’oxyde d’uranium raffiné au Bouchet, sans qu’il soit nécessaire de le transformer en uranium métal. Il offre également une plus grande tolérance pour la pureté des matériaux, là où les piles au graphite exigent de très hauts niveaux de pureté du graphite. Enfin, Lew Kowarski vient tout juste de superviser la construction d’une pile de ce type au Canada (ZEEP), mise en service en septembre 1945 et réalisée en moins de onze mois. Kowarski est naturellement désigné directeur de ce projet de pile.

Il subsiste cependant une contrainte majeure. Début 1946, la France ne dispose pas encore de ressources en uranium (découverte du premier gisement fin 1948) et les principales ressources accessibles sont entièrement contrôlées par les gouvernements américain et britannique, un héritage de la guerre. La France dispose toutefois d’un atout décisif : les huit tonnes d’oxyde d’uranium obtenues par Joliot en mai 1939 et mars 1940 puis dissimulées au Maroc en juin 1940 (👉 Des bagages radioactifs). Ainsi, en avril 1946, le général Dassault monte une opération secrète visant à rapatrier ce stock. L’opération est un succès et permet de gagner de précieuses années. À ces huit tonnes s’ajoutent trois tonnes supplémentaires retrouvées, à la Libération, dans un wagon en gare du Havre. S’agissant de l’eau lourde, la France parvient à sécuriser son approvisionnement dès mai 1946 auprès du gouvernement norvégien et de la société Norsk Hydro, dans la continuité de l’accord d’exclusivité conclu en mars 1940 (👉 L’odyssée du modérateur).

Toutes les conditions sont désormais réunies pour mener le projet à son terme. Construite au fort de Châtillon et baptisée Zoé (acronyme de Zéro énergie, Oxyde d’uranium, Eau lourde), la première pile atomique française diverge le 15 décembre 1948. Ce succès scientifique et technique intervient moins de trois semaines après la découverte du gisement uranifère du bassin de La Crouzille. Cocorico.

Le succès de Zoé ouvre immédiatement de nouvelles perspectives. Dès octobre 1949, Bertrand Goldschmidt, alors chef du service de chimie extractive, et les équipes de l’usine du Bouchet entreprennent les premiers travaux d’extraction du plutonium à partir d’un barreau d’uranium irradié neuf mois dans la pile Zoé. Le 20 novembre 1949, un dimanche, Goldschmidt n’ayant pas voulu patienter jusqu’au lundi, ils réussissent à isoler les premiers milligrammes de plutonium. Ils prouvent ainsi la capacité des équipes à mettre en œuvre les procédés chimiques de séparation du plutonium, une étape majeure dans la maîtrise du cycle du combustible nucléaire. Il faut toutefois souligner que la pile Zoé n’a pas été conçue à des fins plutonigènes, c’est-à-dire pour produire du plutonium. Sa très faible puissance limitait de fait les quantités obtenues à des niveaux infimes. Ce choix répondait à des objectifs scientifiques et expérimentaux, et non à une logique de production.

🧭 La structuration du programme nucléaire français

Si les années 1948 et 1949 sont marquées par une dynamique particulièrement favorable pour le CEA, l’année 1950 s’ouvre dans un climat de profondes turbulences. Le 19 mars 1950, le Mouvement mondial des partisans de la paix lance l’Appel de Stockholm, qui réclame l’interdiction totale de l’arme atomique, la mise en place d’un contrôle international strict pour la garantir et qui déclare coupable de crime contre l’humanité le gouvernement qui recourrait le premier à cette arme. Fondé l’année précédente avec le soutien des partis communistes et de l’Union soviétique, ce mouvement est présidé depuis sa création par Frédéric Joliot. L’Appel de Stockholm répond à la décision prise le 31 janvier 1950 par le président des États-Unis, Harry Truman, de développer la bombe thermonucléaire. Le texte provoque un profond malaise au sommet de l’État français, son premier signataire n’étant autre que le haut-commissaire à l’énergie atomique (pour l’anecdote, parmi les signataires figure un jeune homme de 17 ans encore inconnu du grand public : Jacques Chirac). En outre, le 5 avril 1950, quinze jours seulement après l’Appel, Joliot déclare au XIIᵉ congrès du PCF à Gennevilliers :

Jamais les scientifiques progressistes, les scientifiques communistes, ne donneront une parcelle de leur science pour faire la guerre contre l’Union soviétique. Et nous tiendrons ferme, soutenus par notre conviction qu’en agissant ainsi, nous servons la France et l’humanité tout entière.

Jusqu’alors, l’engagement de Joliot au PCF et ses critiques envers l’Alliance atlantique demeuraient largement éclipsés par son immense prestige scientifique. Mais ses prises de position contre l’arme atomique et son refus de servir l’État en cas de conflit avec l’Union soviétique marquent un véritable tournant. Dans ce contexte de début de guerre froide, le gouvernement les juge incompatibles avec la fonction de haut-commissaire à l’énergie atomique. Joliot, en s’exprimant publiquement, ne pouvait ignorer qu’il se mettait en porte-à-faux avec sa fonction. Le 28 avril 1950, le président du Conseil (équivalent du Premier ministre sous la IVᵉ République), Georges Bidault, le révoque de ses fonctions de haut-commissaire. En avril 1951, Francis Perrin lui succède comme haut-commissaire, tandis que le renouvellement du Comité de l’énergie atomique se traduit par la non-reconduction d’Irène Curie. Cet épisode marque l’éviction progressive des scientifiques communistes du secteur nucléaire et la reprise en main par l’État d’un domaine considéré comme stratégique.

Ce n’est toutefois pas le seul bouleversement à la tête du CEA au début des années 1950. Le 21 août 1951, Raoul Dautry s’éteint. Lors de la séance du Comité de l’énergie atomique du 8 novembre 1951, le jeune député Félix Gaillard, alors secrétaire d’État à la présidence du Conseil, propose pour succéder à Raoul Dautry la nomination de l’ingénieur Pierre Guillaumat, directeur des Carburants au ministère chargé de l’industrie depuis novembre 1944. Cette nomination est officialisée le même jour par décret et publiée au Journal officiel le 9 novembre 1951. Convaincu que le CEA doit rapidement passer du stade de la recherche à celui des applications industrielles, Gaillard fait approuver lors de ce Comité un ambitieux plan de développement de l’énergie atomique. Couvrant les années 1952 à 1957, ce plan prévoit :

• l’intensification de la prospection minière afin d’assurer des ressources suffisantes en uranium naturel pour répondre aux besoins croissants du programme nucléaire français ;
• la construction de deux réacteurs dits « primaires », destinés à la production de plutonium (réacteurs plutonigènes), les futurs réacteurs G1 et G2 ;
• la création d’une usine de traitement des combustibles irradiés dédiée à l’extraction du plutonium, la future usine UP1 (usine de plutonium n° 1) ;
• l’étude et les premiers travaux relatifs à des réacteurs dits « secondaires », fonctionnant à haute température et capables de fournir de l’énergie utilisable avec un rendement acceptable.

Pour Gaillard, l’objectif est de disposer d’ici à cinq ans d’assez de plutonium pour construire ces réacteurs secondaires, ainsi que des moteurs mus par l’énergie atomique. La France privilégie ainsi la voie du plutonium, l’enrichissement de l’uranium semblant alors hors de portée en raison de son coût, des volumes d’uranium nécessaires et des connaissances scientifiques françaises insuffisantes dans ce domaine.

Le plan de développement de l’énergie atomique, plus connu sous le nom de premier plan quinquennal ou de plan Gaillard, est financé par la loi n° 52-881 du 24 juillet 1952. Celle-ci ouvre une autorisation de programme globale de 37,7 milliards de francs, échelonnée par tranches annuelles de 1952 à 1957 (un plan plutôt sexennal que quinquennal). Ce plan fixe pour la première fois un cadre programmatique au développement du nucléaire français, instaurant une logique de planification qui sera durablement reconduite. Le seul parti politique à s’y opposer est le PCF, qui conteste son caractère strictement pacifique, bien que le plan soit présenté comme tel.

Lors de l’examen du projet de loi par le Conseil de la République (équivalent du Sénat sous la IVᵉ République) le 10 juillet 1952, le sénateur communiste Arthur Ramette dépose d’ailleurs un amendement visant à interdire l’utilisation des crédits alloués au plan à des fins de fabrication d’armes atomiques. Cet amendement est largement rejeté (16 pour et 283 contre). Répondant à l’intervention particulièrement virulente du sénateur Ramette, Félix Gaillard déclare :

Nous demandons une somme de l’ordre de 40 milliards, ce qui, avec les frais de fonctionnement, fera environ 60 milliards. Or chacun sait, et M. Ramette ne l’ignore certainement pas, que les investissements initiaux pour qu’une première bombe atomique puisse être construite, représentent une dépense de l’ordre de 400 à 500 milliards de francs. Le simple volume des crédits qui sont demandés aujourd’hui suffit à démontrer, et il n’y a pas besoin d’être grand savant pour le savoir, que la France, qui a déclaré unilatéralement il y a cinq ans à l’assemblée des Nations Unies qu’elle ne ferait pas de bombe atomique — mais qui n’a pris aucun engagement contractuel — démontre, par les proportions mêmes de ce programme, qu’elle n’a pas davantage l’intention d’en faire maintenant. Et je peux dire que cette déclaration, qui continue à être valable puisque la France n’a pas actuellement les moyens de se lancer dans la fabrication d’armes atomiques, cette déclaration pourra être annulée d’un jour à l’autre, si le Gouvernement le juge utile. Je ne vois pas pourquoi, alors que de part et d’autre du rideau de fer, on fabrique des armes atomiques, la France, par principe, se refuserait jusqu’au droit et à l’éventualité d’en fabriquer plus tard.

Les échanges en séance donnent lieu à de nombreuses joutes verbales. Non sans ironie, le sénateur Georges Laffargue déclare, sous les sourires et les applaudissements de la droite et du centre :

Cette Assemblée aurait voté ce projet à l’unanimité, j’en suis persuadé, si des vérités ne nous avaient été révélées par la savante dialectique de M. Ramette. En vérité, nous devons reconnaître qu’il existe deux sortes d’uranium à travers le monde : il y a l’uranium occidental, qui donne un plutonium à caractère fasciste et guerrier, et l’uranium oriental qui, lui, donne un plutonium à caractère absolument pacifique et démocratique.

Qu’il soit à ce stade strictement civil, comme l’assure Félix Gaillard, ou porteur d’ambitions militaires, comme le soupçonne le Parti communiste, ce premier plan de développement de l’énergie atomique vise à produire à moyen terme des quantités significatives de plutonium, facilitant de facto tout engagement ultérieur dans un éventuel programme nucléaire militaire. Gaillard rappelle d’ailleurs qu’il serait absurde que la France renonce, par principe, à la possibilité de fabriquer ultérieurement l’arme atomique.

Cette ambiguïté sur l’objectif initial du programme (civil, militaire ou dual), perçue dès l’époque, n’a cessé d’occuper les historiens. Longtemps limitée par le secret, l’historiographie du programme nucléaire français s’est progressivement enrichie pour atteindre une véritable maturité à partir des années 1990, à mesure que les archives se sont ouvertes et que de nouvelles générations de chercheurs se sont emparées du sujet. Les historiens s’accordent largement sur le fait que le programme était initialement civil, mais qu’il laissait la porte ouverte, sans l’afficher explicitement, à l’option militaire si les circonstances venaient à l’exiger. Il reposait dès l’origine sur un « tronc commun » aux applications civiles et militaires : obtention des matières premières, construction de réacteurs, maîtrise du cycle du combustible… La France n’a pas décidé de fabriquer l’arme en 1945 ; elle s’est mise en situation de pouvoir le faire un jour.

🚀 Épilogue

Au sortir de la Seconde Guerre mondiale, dans un contexte de reconstruction nationale et de relance économique, la France reprit son aventure atomique, brutalement interrompue en 1940. La création en 1945 du Commissariat à l’énergie atomique, organisme civil couvrant d’emblée les applications civiles et militaires de l’énergie atomique, constitua l’acte fondateur du nucléaire français.

À peine sept ans plus tard, les fondations du programme nucléaire français étaient posées. La France disposait d’une filière d’approvisionnement en uranium, avait fait diverger sa première pile atomique, maîtrisait les procédés chimiques de séparation du plutonium et s’était dotée d’infrastructures clés avec le fort de Châtillon, l’usine du Bouchet et le centre de Saclay. Ce qui n’était encore qu’une ambition au lendemain de la guerre devenait progressivement une réalité.

La loi du 24 juillet 1952 vint donner au premier plan de développement de l’énergie atomique, adopté par le Comité de l’énergie atomique en novembre 1951, les moyens financiers de son exécution. Ce plan apporta une cohérence d’ensemble à des réalisations jusque-là dispersées et fixa un cap ambitieux pour les cinq années à venir. Le programme nucléaire prit alors une tout autre dimension, ouvrant un nouveau chapitre de l’aventure atomique française.

Ce jour-là, des atomes ont écrit l’histoire.

📰 Au prochain numéro

Les fondations du programme nucléaire français sont désormais posées. Dans l’ombre des déclarations officielles, la France finira-t-elle par se doter de l’arme atomique ? Pour ceux qui n’ont pas suivi l’actualité depuis février 1960, le suspense est total… 👉 Un rongeur détonant (à paraître prochainement).

💡 Sources (redde Caesari quae sunt Caesaris)

➡️ Alfred O. Nier, Eugene T. Booth, John R. Dunning, Aristid V. Grosse, Nuclear Fission of Separated Uranium Isotopes, Physical Review, Volume 57, 1940.
➡️ Ordonnance n° 45-2563 du 18 octobre 1945 instituant un commissariat à l’énergie atomique, publiée au Journal officiel le 31 octobre 1945.
➡️ Décret du 3 janvier 1946 portant nomination du haut commissaire à l’énergie atomique et de membres du comité de l’énergie atomique, publié au Journal officiel le 4 janvier 1946.
➡️ Joseph W. Kennedy, Glenn T. Seaborg, Emilio Segrè, Arthur C. Wahl, Properties of 94(239), Physical Review, Volume 70, received 1941, published 1946.
➡️ Glenn T. Seaborg, John W. Gofman, Raymond W. Stoughton, Nuclear Properties of U233: A New Fissionable Isotope of Uranium, Physical Review, Volume 71, received 1942, published 1947.
➡️ Décret n° 51-7 du 3 janvier 1951 portant modification de l’ordonnance du 18 octobre 1945 instituant un commissariat à l’énergie atomique, publié au Journal officiel le 4 janvier 1951.
➡️ Décret du 19 avril 1951 portant nomination des membres du comité de l’énergie atomique et chargeant l’un d’eux des fonctions de haut commissaire, publié au Journal officiel le 21 avril 1951.
➡️ Décret du 8 novembre 1951 portant nomination de l’administrateur général délégué du Gouvernement près le commissariat à l’énergie atomique, publié au Journal officiel le 9 novembre 1951.
➡️ Document parlementaire, Session ordinaire de 1952 du Conseil de la République, Annexe n° 384, Séance du 8 juillet 1952.
➡️ Compte rendu in extenso des débats parlementaires de la séance du Conseil de la République du 10 juillet 1952, publié au Journal officiel le 11 juillet 1952.
➡️ Loi n° 52-881 du 24 juillet 1952 de programme pour la réalisation du plan de développement de l’énergie atomique (1952-1957), publiée au Journal officiel le 25 juillet 1952.
➡️ Enrico Fermi, Note e memorie, Volume II, United States 1939-1954, Accademia Nazionale dei Lincei and The University of Chicago Press, 1965.
➡️ Bertrand Goldschmidt, Pionniers de l’atome, Stock, 1987.
➡️ Maurice Vaïsse, Le choix atomique de la France (1945-1958), Vingtième Siècle n° 36, 1992.
➡️ Dominique Mongin, La bombe atomique française, 1945-1958, Bruylant, Bruxelles, 1997.
➡️ Michel Pinault, Frédéric Joliot-Curie, Odile Jacob, 2000.
➡️ CEA/DEN, Réacteurs nucléaires expérimentaux, Monographie de la Direction de l’énergie nucléaire, Commissariat à l’énergie atomique, 2012.
➡️ Jean Guisnel et Bruno Tertrais, Le Président et la Bombe, Odile Jacob, 2016.
➡️ Céline Jurgensen, Dominique Mongin, Résistance et Dissuasion — Des origines du programme nucléaire français à nos jours, Odile Jacob, 2018.
➡️ CEA/DAM, La Direction des Applications Militaires au cœur de la dissuasion nucléaire française — De l’ère des pionniers au programme Simulation, Commissariat à l’énergie atomique, 2025.

Historien spécialiste de la dissuasion, Dominique Mongin retrace dans La bombe atomique française la genèse du programme nucléaire. Pédagogique et accessible, cet ouvrage met habilement en perspective enjeux scientifiques, décisions politiques et bouleversements géopolitiques.

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🗓️ 14 décembre 1940

Ce jour-là, les chimistes américains Glenn Seaborg, Joseph Kennedy et Arthur Wahl réalisent une expérience qui conduit à l’identification d’un élément aussi effrayant que fascinant : l’élément 94. Cette découverte fait suite à celle de l’élément 93, première étape d’une aventure au-delà du monde connu. Retour sur les découvertes historiques des éléments 93 et 94, premiers succès dans la difficile quête des transuraniens.

En préambule, quelques notions pouvant faciliter la lecture de l’article :
◾ la radioactivité est un phénomène au cours duquel un noyau instable se transforme en un noyau plus stable, tout en émettant des particules (α, β, etc.) ;
◾ le noyau d’un atome est défini par son nombre de protons (Z), de neutrons (N) et de nucléons (A) avec A = Z + N ;
◾ le nombre de protons, également appelé numéro atomique (Z), détermine l’élément chimique. Par exemple, le noyau d’hydrogène possède un proton (Z = 1) et celui d’uranium en possède 92 (Z = 92) ;
◾ un même élément peut avoir un nombre différent de neutrons (même Z mais N différent) ; on parle alors d’isotopes. Par exemple, l’uranium 235 (Z = 92, N = 143, A = 235) et l’uranium 238 (Z = 92, N = 146, A = 238) sont deux isotopes de l’uranium.

🎲 Retour à la case départ

La découverte du neutron par le physicien britannique James Chadwick en 1932, puis l’idée d’Enrico Fermi de l’utiliser pour bombarder la matière ont ouvert de nouvelles perspectives, notamment dans la recherche de nouveaux éléments. En 1934, Fermi montre que le bombardement d’un élément (Z) par des neutrons peut le transformer, par l’intermédiaire d’une désintégration β⁻, en un nouvel élément doté d’un proton supplémentaire (Z + 1). À ce moment-là, le tableau périodique ne recense que 88 éléments, l’uranium (Z = 92) étant l’élément le plus lourd identifié. Dès lors, le bombardement de l’uranium par des neutrons devrait logiquement conduire à la formation d’éléments encore inconnus, situés au-delà de l’uranium et baptisés à ce titre « transuraniens » (Z = 93, Z = 94, etc.).

🤯 [Pour les Curie-eux] Vous avez dit tableau périodique ?
Le tableau (ou classification) périodique des éléments recense l’ensemble des éléments chimiques et les ordonne de façon à refléter leurs propriétés physico-chimiques. Il permettait, entre autres, de repérer les éléments restant à découvrir (les cases vides) et même d’en prédire les propriétés. Ces éléments encore inconnus recevaient un nom provisoire, formé du préfixe « éka » suivi du nom de l’élément de la même colonne situé juste au-dessus (l’élément 87 était ainsi appelé éka-césium, le 93 éka-rhénium, le 94 éka-osmium, etc.). Ce principe s’appuyait sur le fait que les éléments d’une même colonne ont des propriétés chimiques similaires (on parle d’homologues). Ceci s’explique par la construction du tableau qui regroupe dans une même colonne les éléments avec une configuration électronique identique dans la dernière couche (couche de valence), cette caractéristique étant responsable des propriétés chimiques.

Entre 1934 et 1938, Fermi et son équipe de l’université de Rome, ainsi qu’Otto Hahn, Lise Meitner et Fritz Strassmann de l’Institut Kaiser-Wilhelm de chimie de Berlin, croient avoir identifié plusieurs éléments transuraniens. C’est également le cas pour Irène Curie et Paul Savitch à l’Institut du Radium de Paris. Mais la découverte de la fission nucléaire par Hahn et Strassmann à la fin de 1938, aussi historique qu’inattendue (👉 Une nouvelle ère), va montrer qu’il en est autrement. En réalité, sous l’impact d’un neutron, un noyau d’uranium peut se scinder en deux noyaux beaucoup plus légers : les fragments de fission. Instables, ceux-ci peuvent encore subir diverses désintégrations avant de se stabiliser. Les fragments de fission et leurs descendants forment ce qu’on appelle les produits de fission, constitués d’éléments déjà connus du tableau périodique (à l’exception de l’élément 61 découvert en 1945).

Ainsi, des recherches destinées à créer de nouveaux éléments lourds révèlent paradoxalement un mécanisme produisant des éléments plus légers : un sacré clin d’œil de l’histoire. Dans une publication de 1989, Glenn Seaborg rappellera avec lucidité cet amer retour à la case départ dans la quête des transuraniens.

Des travaux ultérieurs ont montré que les radioactivités précédemment attribuées aux éléments transuraniens sont en fait dues aux produits de fission de l’uranium […]. Ainsi, au début de 1939, il n’y avait à nouveau, comme cinq ans plus tôt, aucun élément transuranien connu.

🔱 Le premier coup de trident

La découverte de la fission suscite l’effervescence dans la communauté scientifique et de nombreux travaux sont lancés dans la foulée. Au début de l’année 1939, Edwin McMillan, physicien américain de l’université de Berkeley, réalise une expérience très simple afin de mesurer la distance parcourue par les fragments de fission après leur éjection.

Sur une feuille de papier, il dépose une fine couche d’oxyde d’uranium (UO₃) qu’il fait suivre d’un empilement de minces feuilles d’aluminium, puis bombarde l’ensemble avec des neutrons à l’aide du cyclotron (un accélérateur de particules) dont il dispose au Radiation Laboratory de Berkeley. Les neutrons provoquent la fission des noyaux d’uranium, dont les produits, violemment projetés par la réaction, pénètrent l’empilement placé derrière. En mesurant ensuite la radioactivité de chaque feuille séparément, il observe leur présence jusqu’à une profondeur équivalente à 2,2 centimètres d’air (les parcours des particules étaient couramment exprimés en air équivalent).

McMillan recommence alors l’expérience pour savoir si le parcours d’un fragment est lié à sa période radioactive. Il remplace les feuilles d’aluminium, que les neutrons rendent radioactives, par du papier à cigarettes et dépose l’oxyde d’uranium sur du papier filtre. L’analyse des trois premières feuilles de papier à cigarettes ne montre aucun lien entre le parcours des fragments et leur période. Mais sur la couche d’uranium, la radioactivité se comporte tout autrement : il met en évidence deux périodes radioactives d’environ 25 minutes et 2 jours.

🤯 [Pour les Curie-eux] Vous avez dit période radioactive ?
La période radioactive, aussi appelée demi-vie et notée T, est le temps au bout duquel la moitié des noyaux initialement présents se sont désintégrés. Cette grandeur est propre à chaque isotope et peut énormément varier d’un isotope à l’autre. À titre d’exemple, T = 704 millions d’années pour l’uranium 235, T = 4,5 milliards d’années pour l’uranium 238 ou encore T = 23,5 minutes pour l’uranium 239. Ainsi, pour 100 noyaux d’uranium 239, 50 se seront désintégrés au bout d’une période (23,5 minutes), 75 au bout de deux périodes (47 minutes), etc.

McMillan fait le rapprochement entre l’élément de période 25 minutes détecté dans la couche d’oxyde d’uranium et l’uranium 239, dont la période avait été mesurée à 23 minutes par Meitner, Hahn et Strassmann en 1937. La présence d’uranium 239 uniquement dans cette couche serait logique dans la mesure où, formé par capture neutronique à partir d’uranium 238, il resterait localisé, à la différence des fragments de fission qui, eux, sont expulsés violemment lors de la fission et peuvent ainsi se déplacer plus loin dans l’empilement.

Quant à l’élément de période 2 jours, McMillan émet l’hypothèse qu’il s’agit du produit de désintégration β⁻ de l’uranium 239 (Z = 92), autrement dit du fameux élément 93 (Z = 92 + 1 = 93). Afin de confirmer cette interprétation, il perfectionne son dispositif expérimental pour gagner en précision et évalue les périodes à 23 minutes et 2,3 jours. Il résout ainsi une part de l’énigme en confirmant la présence d’uranium 239 dans la couche d’oxyde d’uranium. Surtout, il sait désormais préparer le corps de 2,3 jours assez pur pour en étudier la chimie.

C’est Emilio Segrè, physicien italien issu de l’équipe de Fermi à Rome et installé à Berkeley depuis 1938, qui s’attache à caractériser les propriétés chimiques de l’élément de période 2,3 jours identifié par McMillan. Si cet élément est bien l’élément 93, il devrait avoir les propriétés chimiques de son homologue le plus proche, le rhénium. Or, Segrè, qui connaît bien la chimie du rhénium puisqu’il a découvert l’un de ses homologues en 1937 (l’élément 43 qui prendra le nom de technétium), montre que l’élément de période 2,3 jours n’a aucune propriété du rhénium mais se rapproche plutôt des « terres rares ».

Comme les terres rares figurent parmi les produits habituels de la fission nucléaire, Segrè en conclut que l’élément observé est un simple produit de fission et non l’élément 93. Cependant, un détail intrigue McMillan : le comportement singulier de cet élément, dont le déplacement est pratiquement nul, contraste fortement avec celui des fragments de fission courants. Déterminé à résoudre l’énigme, il poursuit les investigations.

Au printemps 1940, au hasard d’une rencontre, McMillan est rejoint dans ses recherches par Philip Abelson dont les compétences en chimie se révèlent précieuses. Ensemble, ils caractérisent finement les propriétés chimiques de l’élément de période 2,3 jours, parviennent à le séparer de tous les autres éléments et démontrent qu’il se comporte comme l’uranium et non comme les terres rares. Enfin, en mesurant habilement les activités d’échantillons prélevés successivement dans une solution mère d’uranium 239 purifié, ils établissent que l’élément de période 2,3 jours se forme bien à partir de l’uranium 239.

En mai 1940, McMillan et Abelson mettent ainsi en évidence le tout premier transuranien : l’élément 93. Ils réalisent le rêve caressé par de nombreux physiciens depuis 1934. Dans la continuité de l’uranium, nommé en hommage à la découverte de la planète Uranus, ce nouvel élément prend logiquement le nom de neptunium (symbole Np), Neptune succédant à Uranus dans l’ordre des planètes du système solaire.

Si la peur est le chemin vers le côté obscur, l’élément 93 est celui vers l’élément 94 (ou presque). À l’automne 1940, McMillan réalise plusieurs expériences pour identifier le produit de désintégration β⁻ du neptunium 239, qui devrait être l’isotope 239 de l’élément 94, un émetteur α. Toutefois, il se heurte à une difficulté : la très longue période radioactive de cet isotope, d’environ 24 000 ans, rend l’activité α extrêmement faible et donc difficilement détectable.

McMillan a alors une idée. Plutôt que de bombarder l’uranium avec des neutrons, il utilise des deutérons (noyaux composés d’un proton et d’un neutron), dans l’espoir de former un autre isotope de l’élément 94 doté d’une période radioactive plus courte et donc d’une activité α plus élevée. Pari réussi puisqu’il parvient à détecter une activité α nettement plus forte. Cependant, il ne peut mener l’identification de l’élément 94 à son terme. Il quitte en effet Berkeley en novembre 1940 pour rejoindre un nouveau laboratoire du Massachusetts Institute of Technology (MIT), où il participe au développement du radar pour la défense nationale.

🤯 [Pour les Curie-eux] Vous avez dit activité ?
L’activité d’une source radioactive, notée A(t), est le nombre de désintégrations par unité de temps. Son unité est le becquerel (Bq) qui correspond à une désintégration par seconde. L’activité à un instant donné est proportionnelle au nombre de noyaux encore présents dans la source à cet instant et inversement proportionnelle à la période radioactive de ces noyaux. Concrètement, pour un nombre initial de noyaux donné, une courte période radioactive implique un plus grand nombre de désintégrations par unité de temps et donc un plus grand nombre de particules émises, ce qui facilite la détection par les instruments de mesure.

👹 Un cœur de démon

Résidant tous deux au Faculty Club de l’université de Berkeley et partageant une même passion pour les transuraniens, Glenn Seaborg et Edwin McMillan se côtoyaient régulièrement. Après le départ de McMillan pour le MIT, Seaborg lui écrit pour reprendre ses recherches sur l’élément 94 et obtient son accord. Seaborg mobilise sur ces travaux Arthur Wahl, son doctorant à qui il avait confié dès la fin août 1940 l’étude de la chimie du neptunium, et Joseph Kennedy, chargé d’enseignement comme lui au département de chimie.

Le 14 décembre 1940, Seaborg, Wahl et Kennedy bombardent à l’aide du cyclotron une cible d’oxyde d’uranium avec des deutérons. Wahl parvient ensuite à isoler une fraction de l’élément 93, dont l’analyse révèle un comportement différent de celui du neptunium 239 pur identifié lors des expériences précédentes. Cet échantillon est en réalité un mélange de plusieurs isotopes du neptunium, en particulier les isotopes 238 et 239. Le 20 janvier 1941, l’équipe détecte au moyen d’un compteur proportionnel une activité α qui croît dans la fraction d’élément 93, selon toute vraisemblance le produit de désintégration β⁻ du neptunium 238, c’est-à-dire l’isotope 238 du mystérieux élément 94.

S’ils viennent probablement d’identifier l’élément 94, ils poursuivent néanmoins leurs travaux afin d’obtenir une preuve chimique irréfutable. Dans la nuit du 23 au 24 février 1941, en salle 307 de Gilman Hall, Wahl réussit l’oxydation qui constitue l’étape clé de la découverte. Deux jours plus tard, dans la nuit du 25 au 26 février, ils achèvent la démonstration en prouvant que cet élément possède des propriétés chimiques distinctes de tous les éléments connus. Seaborg, Wahl et Kennedy viennent ainsi de mettre au jour le deuxième transuranien : l’élément 94.

Dans la continuité de l’uranium et du neptunium, l’élément 94 n’échappe pas à la règle et tire son nom de la planète Pluton qui, dans la langue d’Hemingway, s’appelle Pluto. Bien que la logique eût voulu qu’on le baptise plutium avec le symbole Pl, Seaborg et ses collègues préfèrent, pour la sonorité, le nom de plutonium. Quant au symbole, ils choisissent Pu plutôt que Pl : d’abord pour éviter la confusion avec le platine (Pt), mais aussi, de l’aveu même de Seaborg, par pure espièglerie. En effet, prononcé à l’anglaise, le symbole Pu (pee-you) évoque l’interjection P.U. qui signifie « ça pue ! ». Brillant.

La découverte du plutonium s’est donc faite par son isotope 238, en empruntant un chemin quelque peu inattendu. Mais c’est bien l’isotope 239 du plutonium qui occupe tous les esprits. En effet, les travaux remarquables du physicien danois Niels Bohr et du physicien américain John Wheeler, publiés en septembre 1939 et décrivant les mécanismes de la fission, avaient permis de prédire que les noyaux lourds à nombre impair de neutrons, comme le plutonium 239 (N = 145), sont fissiles. Autrement dit, ils peuvent subir une fission quelle que soit l’énergie des neutrons incidents, y compris des neutrons de faible énergie (appelés neutrons thermiques). Cette propriété est loin d’être anodine puisqu’elle pourrait permettre la mise en œuvre de réactions en chaîne, notamment explosives. Jusqu’alors, un seul isotope fissile est connu : l’uranium 235, dont la possible application militaire fait déjà l’objet de recherches depuis 1939.

Le soir du 23 février 1941, tandis que Wahl s’attaque à l’oxydation décisive qui conduira à identifier l’isotope 238 de l’élément 94, Seaborg et Segrè lancent une autre expérience, destinée cette fois à en produire l’isotope 239. Ils bombardent de neutrons une cible de 1,2 kilogramme de nitrate d’uranyle noyée dans un bloc de paraffine, qui ralentit les neutrons et favorise ainsi leur capture par l’uranium 238. Grâce à cet astucieux dispositif, ils parviennent à produire une quantité suffisante de neptunium 239 pour identifier le plutonium 239 tant recherché, dont ils isolent environ 0,5 microgramme. Le 28 mars, Kennedy, Segrè et Seaborg recueillent les premières indications de sa fission par neutrons thermiques. Moins de deux mois plus tard, le 18 mai, Segrè et Seaborg apportent la démonstration définitive : conformément à la théorie, le plutonium 239 est fissile, et sa section efficace de fission pour des neutrons thermiques est supérieure à celle de l’uranium 235 (un rapport qu’ils évaluent alors à 1,5).

Ainsi, le plutonium 239 rejoint l’uranium 235 dans le cercle très fermé des isotopes fissiles, candidats potentiels à la fabrication de bombes atomiques. C’est dans le cadre de l’un des plus grands projets scientifiques et militaires, le projet Manhattan, que le plutonium 239 et l’uranium 235 vont être produits à grande échelle avec les conséquences que l’on connaît. Les deux articles relatifs à la découverte du plutonium, datés des 28 janvier et 7 mars 1941, ainsi que celui sur les propriétés fissiles du plutonium 239, daté du 29 mai 1941, ne seront publiés qu’en 1946 et partiellement expurgés pour d’évidentes raisons de confidentialité.

🍇 Les raisons de la colère

En réalisant des expériences similaires, consistant peu ou prou à bombarder des noyaux d’uranium avec des neutrons, McMillan et Abelson parvinrent à mettre en évidence le premier transuranien, là où Fermi, Hahn et leurs collègues avaient échoué quelques années plus tôt. Puisque les lois de la physique sont immuables, voilà qui mérite bien quelques explications.

En pratique, il semblait difficile pour Fermi, Hahn, Meitner et Strassmann d’observer des transuraniens compte tenu de la faible intensité des sources de neutrons dont ils disposaient (des sources α-béryllium), ces sources ne pouvant produire qu’une quantité infinitésimale des éléments recherchés. Cette infime quantité d’éléments, associée à des périodes radioactives relativement longues, se traduisait par une activité très faible, rendant ces éléments difficiles à détecter. À l’inverse, McMillan et Seaborg bénéficiaient du cyclotron de Berkeley, capable de fournir une source de neutrons des dizaines de milliers de fois plus intense. Ils pouvaient ainsi produire des quantités bien plus importantes de l’élément recherché, encore fallait-il le détecter…

Par ailleurs, des principes communément admis jusque-là brouillèrent quelque peu les pistes pour Fermi, Hahn, Meitner et Strassmann dans la quête des transuraniens. Avant la découverte de la fission, il était acquis que les éléments produits par bombardement neutronique étaient toujours voisins de l’élément bombardé (Z proche). Ainsi, en montrant que les éléments issus du bombardement de l’uranium n’étaient pas des éléments connus et voisins de l’uranium, Fermi conclut qu’ils devaient probablement être des transuraniens. La découverte de la fission montra que ces supposés transuraniens n’étaient finalement que des produits de fission.

Il paraissait également acquis que les éléments d’une même colonne du tableau périodique (les fameux homologues) disposaient de propriétés chimiques similaires. Or, cette règle n’aurait été valable qu’à la condition que l’ordonnancement du tableau périodique soit exact, ce qui n’était pas encore le cas. Segrè en fit l’amère expérience en concluant, à tort, que l’élément de période 2,3 jours découvert par McMillan n’était pas l’élément 93 dans la mesure où ses propriétés chimiques différaient de celles de son prétendu homologue le rhénium. Dans leur article du 27 mai 1940, McMillan et Abelson soulignaient que le nouvel élément n’a pas de ressemblance avec le rhénium mais des propriétés très proches de l’uranium.

Il est intéressant de noter que le nouvel élément a peu de ressemblance, sinon aucune, avec son homologue le rhénium […]. Ce fait, ainsi que la similarité apparente avec l’uranium, suggère qu’il pourrait exister un second groupe d’éléments similaires, de type « terre rare », commençant par l’uranium.

Le groupe des terres rares réunit 15 éléments consécutifs allant du lanthane (Z = 57) au lutécium (Z = 71) auxquels l’usage adjoint le scandium (Z = 21) et l’yttrium (Z = 39), aux propriétés très voisines. Ce groupe est aujourd’hui appelé lanthanides. Cette série d’éléments aux propriétés chimiques très proches induit un ordonnancement particulier du tableau périodique. Les lanthanides sont ainsi affectés à une même case du tableau et représentés dans une ligne spécifique située en dessous du tableau.

McMillan et Abelson entrevirent que l’uranium (Z = 92) et son voisin le neptunium (Z = 93), aux propriétés proches, pourraient appartenir à un nouveau groupe semblable à celui des terres rares, sans y lire autre chose (McMillan le soulignera plus tard) qu’une ressemblance entre éléments voisins. Dès 1944, Seaborg élargit considérablement cette intuition en formulant l’existence de la famille des actinides, dont les éléments alors connus allaient de l’actinium (Z = 89) au curium (Z = 96). À l’instar des lanthanides, les actinides sont eux aussi affectés à une même case du tableau périodique et représentés dans une seconde ligne spécifique située en dessous de celui-ci.

🚀 Épilogue

La découverte des premiers transuraniens ne fut pas un long fleuve tranquille, et de brillants esprits s’y cassèrent les dents. Si certains, comme Enrico Fermi, Otto Hahn, Lise Meitner et Fritz Strassmann, prirent des produits de fission pour des transuraniens, d’autres, comme Emilio Segrè, prirent des transuraniens pour des produits de fission. De la part de scientifiques de cette envergure, cela illustre à quel point la tâche était ardue. Mais ces errements ne furent pas vains. La quête des transuraniens ouvrit la voie à des découvertes majeures comme la fission nucléaire.

Les premiers véritables transuraniens, le neptunium et le plutonium, furent finalement identifiés à Berkeley en 1940 et 1941. Le prix Nobel de chimie 1951 en récompensa les deux figures de proue, Edwin McMillan et Glenn Seaborg, pour leurs découvertes concernant la chimie des éléments transuraniens. Une reconnaissance amplement méritée pour avoir ouvert un nouveau chapitre de la physique nucléaire. La quête des transuraniens se poursuivit avec la découverte de l’élément 96 (curium) à l’été 1944 puis l’élément 95 (américium) fin 1944… jusqu’à celle de l’élément 118 (oganesson) en 2002, l’élément le plus lourd connu à ce jour.

Ce jour-là, des atomes ont écrit l’histoire.

💡 Sources (redde Caesari quae sunt Caesaris)

➡️ Enrico Fermi, Possible Production of Elements of Atomic Number Higher than 92, Nature, Volume 133, 1934.
➡️ Lise Meitner, Otto Hahn, Fritz Strassmann, Über die Umwandlungsreihen des Urans, die durch Neutronenbestrahlung erzeugt werden, Zeitschrift für Physik, Volume 106, 1937.
➡️ Edwin M. McMillan, Radioactive Recoils from Uranium Activated by Neutrons, Physical Review, Volume 55, 1939.
➡️ Emilio Segrè, An Unsuccessful Search for Transuranic Elements, Physical Review, Volume 55, 1939.
➡️ Niels Bohr, John A. Wheeler, The Mechanism of Nuclear Fission, Physical Review, Volume 56, 1939.
➡️ Edwin M. McMillan, Philip H. Abelson, Radioactive Element 93, Physical Review, Volume 57, 1940.
➡️ Glenn T. Seaborg, The Chemical and Radioactive Properties of the Heavy Elements, Chemical & Engineering News, Volume 23, 1945.
➡️ Glenn T. Seaborg, Edwin M. McMillan, Joseph W. Kennedy, Arthur C. Wahl, Radioactive Element 94 from Deuterons on Uranium, Physical Review, Volume 69, received 1941, published 1946.
➡️ Glenn T. Seaborg, Arthur C. Wahl, Joseph W. Kennedy, Radioactive Element 94 from Deuterons on Uranium, Physical Review, Volume 69, received 1941, published 1946.
➡️ Joseph W. Kennedy, Glenn T. Seaborg, Emilio Segrè, Arthur C. Wahl, Properties of 94(239), Physical Review, Volume 70, received 1941, published 1946.
➡️ Glenn T. Seaborg, Emilio Segrè, The Trans-Uranium Elements, Nature, Volume 159, 1947.
➡️ Edwin M. McMillan, The transuranium elements: early history, Nobel Lecture, December 12, 1951.
➡️ Glenn T. Seaborg, The transuranium elements: present status, Nobel Lecture, December 12, 1951.
➡️ Glenn T. Seaborg, The Periodic Table — Tortuous path to man-made elements, Chemical & Engineering News Archive, Volume 57, 1979.
➡️ Glenn T. Seaborg, Nuclear Fission and Transuranium Elements — 50 Years Ago, Journal of Chemical Education, Volume 66, 1989.
➡️ Bernard Fernandez, De l’atome au noyau — Une approche historique de la physique atomique et de la physique nucléaire, Ellipses, 2006.
➡️ Richard Rhodes, The Making of the Atomic Bomb — 25th Anniversary Edition, Simon & Schuster, 2012.
➡️ Frédéric Mayet, Physique nucléaire appliquée, 3ᵉ édition, De Boeck, 2022.

Dans leurs conférences Nobel prononcées en décembre 1951, Edwin McMillan et Glenn Seaborg livrent un exposé clair et captivant sur l’histoire de la découverte des premiers transuraniens.

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🗓️ 1er mai 1939

Ce jour-là, les physiciens Frédéric Joliot, Hans Halban, Lew Kowarski et Francis Perrin déposent un brevet d’invention auprès du Service de la propriété industrielle du ministère de l’Industrie et du Commerce. Le premier d’une série de cinq brevets qui explorent les applications civiles et militaires de l’énergie nucléaire. Retour sur les travaux pionniers de Frédéric Joliot et de son équipe dans la course atomique.

🫣 Le revers de la médaille

Après la découverte de la fission nucléaire par Otto Hahn et Fritz Strassmann en décembre 1938 (👉 Une nouvelle ère), Frédéric Joliot, alors titulaire de la chaire de chimie nucléaire au Collège de France, parvient à confirmer expérimentalement ce phénomène dès la fin janvier 1939. Les résultats sont présentés par le physicien Jean Perrin, prix Nobel de physique 1926 et père de Francis, lors de la séance du 30 janvier à l’Académie des sciences. Ils font l’objet d’une note dont la conclusion ne laisse place à aucun doute.

En définitive l’ensemble de ces résultats montre que les radioéléments formés dans l’U [uranium] et Th [thorium], que les chimistes sont obligés d’identifier avec des atomes comme ceux de Ba [baryum] ou des terres rares, proviennent de ruptures très exoénergétiques des noyaux d’U et Th sous l’action des neutrons.

Au-delà de cette confirmation expérimentale, Joliot formule l’hypothèse qu’en plus de produire des fragments de fission et de libérer de l’énergie, la fission pourrait s’accompagner de l’émission de plusieurs neutrons… Si tel était le cas, il ne s’agirait pas seulement d’une avancée scientifique majeure, mais d’un véritable changement de paradigme. Joliot en est pleinement conscient, et il n’est pas le seul.

En février 1939, Joliot reçoit une lettre du brillant physicien hongrois Leo Szilard. D’origine juive, Szilard avait fui l’Allemagne en 1933 pour se réfugier en Angleterre après l’arrivée d’Adolf Hitler au pouvoir, avant d’émigrer aux États-Unis en 1938. Dans ce courrier d’une lucidité saisissante, il exhorte Joliot à suspendre ses publications sur la fission de l’uranium, conscient des risques considérables qu’elles pourraient engendrer.

De toute évidence, si plus d’un neutron était libéré [lors d’une fission], une sorte de réaction en chaîne serait possible. Dans certaines circonstances, cela pourrait alors conduire à la construction de bombes, ce qui serait extrêmement dangereux, de manière générale, et plus particulièrement entre les mains de certains gouvernements.

Bien avant la découverte de la fission, Szilard avait imaginé, dès 1933, les principes d’une réaction en chaîne mettant en jeu des neutrons et déposé en 1934 un brevet d’invention auprès du Patent Office de Londres. Si ce document comportait des erreurs et des incohérences, il n’en demeurait pas moins extrêmement novateur. C’est d’ailleurs grâce à ses réflexions en avance de phase que Szilard saisit immédiatement les enjeux liés à la découverte de la fission et alerte, dans plusieurs courriers, ses homologues français, anglais et américains sur les dangers de publier leurs travaux en cours.

Il ne faudrait en aucun cas faciliter au régime nazi l’obtention d’une arme potentiellement dévastatrice, sachant que l’Allemagne dispose de scientifiques de renom comme Otto Hahn, Carl Friedrich von Weizsäcker ou encore Werner Heisenberg. Toutefois, la demande de Szilard reste lettre morte et les publications se poursuivent. La science avant tout, du moins pour quelques mois encore.

🕵 À la recherche des neutrons perdus

Depuis janvier 1939, Frédéric Joliot travaille activement sur la compréhension des mécanismes de la fission. Il est épaulé par Hans Halban (physicien autrichien naturalisé français en avril 1939) et Lew Kowarski (physicien russe naturalisé français en novembre 1939) qu’il a recrutés pour leurs compétences en physique nucléaire. Ensemble, ils s’attachent à démontrer expérimentalement l’hypothèse de Joliot selon laquelle la fission d’un noyau d’uranium s’accompagnerait de l’émission de plusieurs neutrons, conséquence logique du très grand nombre de neutrons à répartir entre les deux fragments de fission. Et inutile de dire que cette équipe ne manque pas d’idées.

🤯 [Pour les Curie-eux] Vous avez dit émission de neutrons ?
La physique nucléaire peut se résumer en quelques grands principes… et beaucoup d’additions. Le noyau d’un atome est défini par son nombre de protons (Z), de neutrons (N) et de nucléons (A), ces derniers étant simplement la somme des protons et des neutrons (A = Z + N). Afin de respecter la conservation des charges électriques, la fission d’un noyau d’uranium (Z = 92 ; 92 protons ; 92 charges positives) conduit par exemple à la création de baryum (Z = 56) et de krypton (Z = 36). 56 + 36 = 92, le compte est bon. Par ailleurs, la conservation du nombre de nucléons (A), combinée à celle de la charge, impose que le nombre de neutrons (N = A − Z) reste identique avant et après une fission. Or, alors que les noyaux légers possèdent (environ) autant de neutrons que de protons (N ≈ Z), les noyaux lourds, comme l’uranium, possèdent beaucoup plus de neutrons que de protons (N > Z). Résultat : la répartition des neutrons de l’uranium devrait entraîner un excédent de neutrons considérable pour le baryum et le krypton par rapport à leurs isotopes stables. D’où l’intuition de Joliot, qui comprend que cet excédent doit se résorber par la radioactivité β⁻ des fragments, mais aussi, très probablement, par l’émission directe de quelques neutrons lors de la fission.

Ils conçoivent alors une expérience ingénieuse consistant à disposer une même source de neutrons, d’abord dans une solution de nitrate d’uranyle (un sel d’uranium), puis dans une solution témoin de nitrate d’ammonium, et mesurent dans chaque cas les neutrons émis. En comparant les résultats, ils constatent qu’un plus grand nombre de neutrons sont émis avec le nitrate d’uranyle. Ils viennent de démontrer que la fission de l’uranium s’accompagne bien de l’émission de neutrons.

Sans tarder, Kowarski se rend à l’aéroport du Bourget avec le précieux manuscrit afin qu’il s’envole pour Londres et paraisse au plus vite dans la prestigieuse revue scientifique britannique Nature (le charme de la vie sans internet). Daté du 8 mars 1939, leur article est publié le 18 mars. L’équipe du Collège de France fait la course en tête, mais son avance est toute relative. En effet, de l’autre côté de l’Atlantique, les équipes Szilard-Zinn et Anderson-Fermi-Hanstein (n’est pas Albert qui veut) publient des conclusions équivalentes (et concertées) dans deux articles datés du 16 mars et publiés dans Physical Review le 15 avril. Les recherches sur la fission nucléaire battent leur plein.

🔗 La réaction tant espérée

En mars 1939, l’état des connaissances peut se résumer ainsi : la fission nucléaire est un processus au cours duquel un noyau lourd, après avoir absorbé un neutron, se scinde en deux noyaux plus légers, les fragments de fission. Ce processus s’accompagne du dégagement d’une grande quantité d’énergie et de l’émission de neutrons « secondaires » dont le nombre n’est pas encore connu. Joliot sait que si ces neutrons secondaires sont suffisamment nombreux, ils pourront provoquer à leur tour de nouvelles fissions, chacune engendrant de nouveaux neutrons, et ainsi de suite. Cet effet boule de neige, appelé réaction en chaîne, permettrait ainsi de dégager une quantité considérable d’énergie. Dans leur publication du 18 mars, Halban, Joliot et Kowarski se montrent plutôt optimistes.

L’intérêt du phénomène observé comme étape vers la production de chaînes de transmutation exoénergétique est évident. Cependant, pour établir une telle chaîne, il faut que plus d’un neutron soit produit pour chaque neutron absorbé. Cela semble être le cas […].

La prochaine étape pour Joliot (et non des moindres) consiste à déterminer le nombre de neutrons émis lors d’une fission d’un noyau d’uranium, condition essentielle pour établir la possibilité d’une réaction en chaîne. Et c’est à peine un mois plus tard, dans un papier daté du 7 avril 1939 et publié dans Nature le 22 avril, que l’équipe Joliot propose une formule empirique et estime ce nombre à 3,5 ± 0,7. À première vue, un seul neutron émis suffirait à provoquer une nouvelle fission et maintenir ainsi une réaction en chaîne. Mais en pratique, tous les neutrons émis lors d’une fission n’engendrent pas nécessairement de nouvelles fissions. C’est pourquoi ce résultat, nettement supérieur à un, vient conforter la possibilité d’obtenir une réaction en chaîne. Un résultat détonant.

En réalité, le nombre moyen de neutrons émis lors d’une fission d’un noyau d’uranium 235 par un neutron thermique est d’environ 2,4 et non 3,5. L’écart, relativement important, s’explique par une erreur d’interprétation des mesures de l’équipe Joliot. Néanmoins, la conclusion de leurs travaux n’en reste pas moins valable : la réaction en chaîne est bel et bien possible.

🤯 [Pour les Curie-eux] Vous avez dit nouvelles fissions ?
Trois possibilités s’offrent aux neutrons qui sont émis lors d’une fission : être absorbés par un noyau fissile et engendrer une nouvelle fission ; être absorbés par un noyau présent dans le système sans provoquer de fission ; s’échapper du système sans interagir. La grandeur caractéristique de l’état neutronique d’un système est le facteur de multiplication effectif des neutrons (noté keff), c’est-à-dire le facteur par lequel le nombre de fissions se trouve multiplié d’une génération de neutrons à la suivante. Il peut s’exprimer comme le rapport du nombre de neutrons produits par fission sur le nombre de neutrons perdus par absorption et par fuite :
➡ keff = production / (absorption + fuite).

• Si keff = 1, le système est dit « critique », la réaction en chaîne s’auto-entretient. C’est l’état recherché dans les réacteurs nucléaires (hors démarrage ou variation de puissance) ;
• Si keff < 1, le système est dit « sous-critique », la réaction en chaîne s’étouffe. C’est l’état recherché dans les installations du cycle du combustible ou les transports de substances radioactives ;
• Si keff > 1, le système est dit « surcritique », la réaction en chaîne s’emballe. C’est ce qui se produit lors d’un accident de criticité, et l’état recherché dans une bombe atomique.

🐓 Des brevets pour marquer l’histoire

Frédéric Joliot, Hans Halban, Lew Kowarski et Francis Perrin, ce dernier venu renforcer l’équipe, ont bien compris que ces quelques neutrons secondaires ouvrent d’immenses perspectives. Début mai 1939, ils ne déposent pas moins de trois brevets d’invention en l’espace de quatre jours, au nom de la Caisse nationale de la recherche scientifique (l’un des ancêtres de l’actuel CNRS) à laquelle ils ont cédé leurs droits. Les premiers paragraphes de ces brevets (cf. extraits ci-après) témoignent de la clairvoyance remarquable de cette équipe sur les applications possibles de la réaction en chaîne : contrôlée à des fins de production d’énergie ou non contrôlée à des fins explosives.

Premier brevet — Dispositif de production d’énergie

Le premier brevet, intitulé Dispositif de production d’énergie, est déposé le 1ᵉʳ mai 1939. Il présente un dispositif permettant d’initier et de contrôler une réaction en chaîne afin d’en récupérer l’énergie produite, autrement dit un réacteur nucléaire. Ce brevet décrit des principes de fonctionnement encore en vigueur dans les réacteurs d’aujourd’hui, par exemple :

• la quantité d’uranium nécessaire dans le dispositif pour maintenir une réaction en chaîne : la masse critique ;
• le ralentissement des neutrons avec des éléments légers comme l’hydrogène, le deutérium ou encore le carbone : le modérateur ;
• l’extraction de l’énergie produite par convection via une circulation d’eau ou de gaz à travers le dispositif : le caloporteur ;
• l’utilisation d’un caloporteur assurant également le rôle de modérateur : les filières de réacteurs à eau légère ou à eau lourde ;
• l’utilisation d’un caloporteur permettant l’injection d’éléments absorbants : les poisons neutroniques ;
• l’absorption des neutrons via l’insertion d’éléments métalliques comme le cadmium : les grappes de contrôle ;
• l’amorçage de la réaction en chaîne à l’aide d’une source de neutrons composée de radium et de glucinium (ancien nom du béryllium, aujourd’hui abandonné) : les sources de démarrage « α-béryllium ».

La profondeur des concepts évoqués et la pertinence d’un grand nombre des propositions en font un brevet visionnaire à bien des égards.

Deuxième brevet — Procédé de stabilisation d’un dispositif producteur d’énergie

Le deuxième brevet, intitulé Procédé de stabilisation d’un dispositif producteur d’énergie, est déposé le 2 mai 1939. Il décrit différentes méthodes, que l’on ne détaillera pas ici, pour contrôler la réaction en chaîne.

Troisième brevet — Perfectionnements aux charges explosives

Le troisième brevet, intitulé Perfectionnements aux charges explosives, est déposé le 4 mai 1939. Il expose les principes permettant de concevoir des charges explosives via une réaction en chaîne non contrôlée pour des travaux de mine, des travaux publics ou des engins de guerre, autrement dit des bombes atomiques. Ce brevet revient sur la notion de « masse critique » et sur plusieurs méthodes pour atteindre et dépasser les conditions critiques nécessaires au déclenchement d’une explosion nucléaire.

Au moment où l’on désirera faire fonctionner la charge explosive […], on réalisera les conditions constitutives de la masse explosive, c’est-à-dire par exemple que :
a. si la masse est en plusieurs parties distinctes (en deux hémisphères distincts notamment) on rapprochera l’un de l’autre ces deux hémisphères,
b. si la substance constituant la masse est rassemblée sous une faible densité, on augmentera cette densité, par compression notamment […].

Ces deux procédés, l’insertion (proposition a) et l’implosion (proposition b), seront mis en œuvre respectivement dans la conception des bombes atomiques à base d’uranium (par exemple Hiroshima) et à base de plutonium (par exemple Nagasaki). Ce brevet mentionne également la possibilité d’utiliser des explosifs conventionnels pour rapprocher ou comprimer rapidement les masses afin d’amorcer l’explosion nucléaire, une technique qui sera également utilisée.

Ainsi, ce brevet anticipe le principe des bombes atomiques et propose des solutions techniques qui seront effectivement retenues dans la conception des premières bombes, bien que développées indépendamment des travaux français, restés secrets. Toutefois, ce brevet n’est pas viable en l’état car il repose sur l’emploi d’uranium naturel comme matière fissile. Or, il n’est pas possible d’obtenir les conditions d’une explosion nucléaire avec de l’uranium naturel, ce que l’équipe Joliot ignore à ce moment-là.

Si l’apport des travaux français dans l’obtention d’une réaction en chaîne contrôlée (cf. premier brevet) est considérable, il l’est moins pour la réaction en chaîne explosive (cf. troisième brevet). Dans ce domaine, la publication qui fera date est le mémorandum Frisch-Peierls, rédigé en mars 1940 par Otto Frisch (neveu de Lise Meitner) et Rudolf Peierls, deux physiciens d’origine juive que la montée du nazisme avait conduits en Angleterre. Ce mémorandum, resté secret, démontre la faisabilité d’une bombe atomique à partir d’uranium 235 (et non d’uranium naturel).

Après les trois brevets de mai 1939, Halban, Joliot et Kowarski déposent un an plus tard, cette fois en leur nom propre, deux nouveaux brevets.

Quatrième brevet — Perfectionnement aux dispositifs producteurs d’énergie

Le quatrième brevet, intitulé Perfectionnement aux dispositifs producteurs d’énergie, est déposé le 30 avril 1940. Il indique que l’utilisation d’uranium enrichi en son isotope 235 favorise les conditions pour obtenir une réaction en chaîne. Ce brevet prolonge une hypothèse que le célèbre physicien danois Niels Bohr avait formulée dès février 1939, puis développée avec John Wheeler dans l’article majeur sur le mécanisme de la fission qu’ils publient le 1ᵉʳ septembre 1939 : une part considérable des phénomènes de fission serait raisonnablement attribuable à l’isotope rare de l’uranium, l’uranium 235. L’hypothèse venait tout juste d’être vérifiée expérimentalement en mars 1940.

Le brevet précise que le principe de l’enrichissement pourrait s’appliquer aux deux premiers brevets relatifs aux dispositifs de production d’énergie. Il va plus loin et chiffre les paliers utiles : cinq, voire dix fois les 0,7 % d’uranium 235 de l’uranium naturel, soit 3,5 % et 7 %. C’est l’une des conditions de ce qui deviendra la filière des réacteurs à eau légère, qui ne peut fonctionner qu’avec un combustible enrichi (de nos jours 3 à 6 %). À noter que ce brevet ne fait aucune mention des charges explosives. Il recèle en revanche une intuition remarquable.

Au cours de la marche du dispositif et au fur et à mesure que se développent les chaînes de réactions, l’isotope 235 est consommé, sa proportion tombe, ce qui amènerait les conditions à redevenir moins favorables. Mais en même temps la masse uranifère s’enrichit en isotope 239 (qui se forme à partir de l’isotope 238) et cet isotope 239 peut vraisemblablement remplir un rôle analogue à l’isotope 235 et compenser par suite, du moins en partie, l’appauvrissement graduel de la masse en isotope 235.

Faute de pouvoir nommer ce corps encore inconnu, Halban, Joliot et Kowarski le désignent par son nombre de masse. En pratique, l’uranium 238 qui capture un neutron devient de l’uranium 239, lequel se désintègre en neptunium 239 puis en plutonium 239. Or le neptunium ne sera identifié que quelques semaines après le dépôt de ce brevet, et le plutonium l’année suivante. Le texte décrit donc, sans pouvoir le nommer, la formation du plutonium 239 à partir de l’uranium 238. Ce plutonium donnera, vingt ans après ce brevet, son explosif à Gerboise bleue. Et il fournit aujourd’hui, par sa fission dans le combustible où il se forme, environ un tiers de l’énergie produite par nos réacteurs.

Cinquième brevet — Perfectionnements apportés aux dispositifs de production d’énergie

Le cinquième brevet, intitulé Perfectionnements apportés aux dispositifs de production d’énergie, est déposé le 1ᵉʳ mai 1940. Il présente des principes géométriques, que l’on ne détaillera pas ici, pour la conception des cœurs de réacteur nucléaire.

🛑 Des préparatifs au coup d’arrêt

Les progrès de l’équipe Joliot sont tels que la réalisation d’une réaction en chaîne contrôlée semble désormais à leur portée. L’expérience décisive doit consister à réaliser cette réaction au sein d’un dispositif utilisant l’eau lourde comme modérateur et l’uranium naturel comme combustible. Mais un obstacle de taille demeure : l’équipe du Collège de France ne dispose ni d’eau lourde ni d’uranium.

Le 4 mai 1939, date de dépôt du troisième brevet, Joliot prend contact avec l’Union minière du Haut-Katanga (UMHK) pour acquérir de l’uranium naturel sous forme d’oxyde. L’UMHK lui expédie cinq tonnes en mai 1939 (cent barils de cinquante kilogrammes), puis trois tonnes supplémentaires en mars 1940 (👉 Des bagages radioactifs). Quant à l’eau lourde, Joliot parvient à s’en procurer environ 185 kilogrammes en mars 1940 auprès de la Norsk Hydro, à la suite d’une mission en Norvège de très haute volée (👉 L’odyssée du modérateur). Tout semble alors prêt, mais le destin va en décider autrement…

En mai 1940, l’invasion de la France par l’armée allemande met un coup d’arrêt aux recherches menées par Joliot au Collège de France. Les matières stratégiques sont évacuées de Paris vers Clermont-Ferrand, puis Bordeaux, avant d’être mises à l’abri au Maroc et au Royaume-Uni. Pendant toute la durée de la guerre, une poignée de scientifiques français va néanmoins poursuivre les recherches à l’étranger, d’abord au Royaume-Uni puis en Amérique du Nord, mais ceci est une autre histoire.

🚀 Épilogue

Dès la découverte de la fission nucléaire, Frédéric Joliot et son équipe furent à la pointe mondiale des recherches dans ce domaine. Les travaux pionniers qu’ils menèrent dans la quête effrénée de la réaction en chaîne, qu’elle soit contrôlée ou non, firent l’objet de plusieurs articles de référence publiés dans la célèbre revue britannique Nature et d’une remarquable série de cinq brevets d’invention déposés en mai 1939, puis en avril et mai 1940. Mais si les Français menaient véritablement la course atomique jusqu’au printemps 1940, l’invasion de la France allait totalement rebattre les cartes.

Osons dire avec une pointe de chauvinisme que, sans ce tragique aléa, le premier réacteur nucléaire de l’histoire aurait sans doute été français. L’histoire a retenu la pile CP-1 construite aux États-Unis en 1942 par l’équipe d’Enrico Fermi. Le premier réacteur français ne vit le jour qu’après-guerre avec la divergence de la pile Zoé en 1948.

Les avancées majeures réalisées pendant la Seconde Guerre mondiale par Fermi, Szilard et leurs collègues, dans le cadre du projet Manhattan, n’enlèvent rien aux travaux pionniers de l’équipe Joliot, dont les brevets sont une trace indélébile. Si le caractère visionnaire de ces brevets ne fait aucun doute, le tournant de l’histoire s’est incontestablement joué outre-Atlantique.

Ce jour-là, des atomes ont écrit l’histoire.

📰 Au prochain numéro

Brutalement interrompues lors de la débâcle de 1940, les recherches des pionniers français de l’atome ne sont pourtant pas vaines. Elles posent les premières pierres du programme nucléaire français, qui prendra véritablement forme quelques années plus tard… 👉 L’ambition atomique

💡 Sources (redde Caesari quae sunt Caesaris)

➡️ Leo Szilard, Improvements in or relating to the Transmutation of Chemical Elements, Patent GB630.726, 1934.
➡️ Frédéric Joliot, Preuve expérimentale de la rupture explosive des noyaux d’uranium et de thorium sous l’action des neutrons, Comptes rendus des séances de l’Académie des sciences, Séance du 30 janvier 1939.
➡️ Hans Halban, Frédéric Joliot, Lew Kowarski, Liberation of Neutrons in the Nuclear Explosion of Uranium, Nature, Volume 143, 1939.
➡️ Leo Szilard, Walter H. Zinn, Instantaneous Emission of Fast Neutrons in the Interaction of Slow Neutrons with Uranium, Physical Review, Volume 55, 1939.
➡️ Herbert L. Anderson, Enrico Fermi, Henry B. Hanstein, Production of Neutrons in Uranium Bombarded by Neutrons, Physical Review, Volume 55, 1939.
➡️ Hans Halban, Frédéric Joliot, Lew Kowarski, Number of Neutrons liberated in the Nuclear Fission of Uranium, Nature, Volume 143, 1939.
➡️ Hans Halban, Frédéric Joliot, Lew Kowarski, Energy of Neutrons liberated in the Nuclear Fission of Uranium induced by Thermal Neutrons, Nature, Volume 143, 1939.
➡️ Niels Bohr, John A. Wheeler, The Mechanism of Nuclear Fission, Physical Review, Volume 56, 1939.
➡️ Bertrand Goldschmidt, Pionniers de l’atome, Stock, 1987.
➡️ Bernard Fernandez, De l’atome au noyau — Une approche historique de la physique atomique et de la physique nucléaire, Ellipses, 2006.
➡️ Paul Reuss, L’épopée de l’énergie nucléaire — Une histoire scientifique et industrielle, Collection Génie Atomique, EDP Sciences, 2007.
➡️ Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire (IRSN), Les risques de criticité et leur prévention dans les usines et les laboratoires, Rapport IRSN DSU/SEC/T/2010-105, 2010.

Dans L’épopée de l’énergie nucléaire, Paul Reuss, physicien et neutronicien émérite, retrace avec rigueur l’histoire scientifique et industrielle de l’énergie nucléaire. Un ouvrage d’une grande clarté, à la fois pédagogique et accessible.

Des brevets visionnaires was originally published in Une brève histoire de l’atome on Medium, where people are continuing the conversation by highlighting and responding to this story.

🗓️ 22 décembre 1938

Ce jour-là, la revue scientifique Naturwissenschaften reçoit un article au retentissement immense, signé des chimistes allemands Otto Hahn et Fritz Strassmann. Il vient parachever une série de découvertes majeures réalisées au cours des années trente par des scientifiques d’exception dont les noms résonnent encore aujourd’hui. Retour sur plusieurs moments clés de l’histoire de la physique qui ont mené à la libération de l’énergie nucléaire.

🏔️ Un long chemin

Depuis le courant atomiste de Leucippe et Démocrite (Vᵉ siècle av. J.-C.) formulant l’hypothèse que la matière est discontinue et composée de grains insécables appelés atomes (du grec ἄτομος, atomos, insécable), jusqu’à la mise en service des premiers réacteurs nucléaires produisant de l’électricité dans les années cinquante, le développement de l’énergie nucléaire est le fruit d’innombrables découvertes mobilisant les scientifiques les plus remarquables de leur génération.

Il conviendrait d’évoquer la découverte des rayons X par Röntgen (1895), de la radioactivité par Becquerel (1896), de l’électron par Thomson (1897), du noyau atomique par Rutherford (1911), la théorie des quanta de Planck, Einstein, Bohr et consorts (1900-1925) et l’avènement de la mécanique quantique à partir des années vingt, mais cet article ressemblerait probablement à un tome de Guerre et Paix de Tolstoï, le talent en moins.

Pour résumer, l’état des connaissances au début des années trente est le suivant : un atome est composé d’un noyau contenant des protons chargés positivement (la composition exacte du noyau demeure encore mystérieuse) et d’électrons chargés négativement dont il est possible de décrire précisément le comportement autour du noyau.

⚪ Une particule pour les gouverner toutes

En 1930, après avoir bombardé des éléments légers (béryllium, lithium, bore, fluor, magnésium…) avec des particules α (des noyaux d’hélium), le physicien allemand Walther Bothe et son étudiant Herbert Becker observent, avec le béryllium surtout, l’émission d’un rayonnement très énergétique, doté d’un important pouvoir de pénétration dans la matière. Ils concluent, à tort, qu’il s’agit d’un rayonnement γ (des photons).

À la suite de ces travaux, les physiciens et chimistes français Frédéric Joliot et son épouse Irène Curie confirment cette conclusion et montrent que ce rayonnement peut « arracher » des protons à des écrans contenant des substances hydrogénées (paraffine par exemple). Ils émettent l’hypothèse que ces protons proviennent d’un phénomène analogue à l’effet Compton (processus au cours duquel un photon entre en collision avec un électron et l’éjecte de l’atome en lui cédant une partie de son énergie). Ils estiment l’énergie nécessaire des photons à 50 millions d’électronvolts, ce qui est considérable.

Doutant que l’effet Compton soit à l’œuvre et s’interrogeant sur les énergies mises en jeu, le physicien britannique James Chadwick reproduit et prolonge l’expérience au laboratoire Cavendish de Cambridge en 1932. Il démontre que ce rayonnement n’est pas composé de photons, mais de particules non chargées électriquement et de masse très proche de celle du proton. Chadwick vient de découvrir le neutron et confirme expérimentalement l’hypothèse de son existence proposée dès 1920 par son mentor, l’immense physicien néo-zélandais Ernest Rutherford.

💥 Le feu d’artifice

Le physicien italien Enrico Fermi, chef de file d’un groupe de jeunes physiciens (les ragazzi di via Panisperna), émet l’hypothèse que ce nouveau venu dans la famille des particules, le neutron, est idéal pour pénétrer le noyau des atomes. Dépourvu de charge électrique, il ne sera pas perturbé par les charges positives du noyau (les protons), contrairement aux particules α ou aux protons utilisés jusque-là dans les réactions nucléaires. Fermi et son équipe vérifient cette intuition brillante en 1934 et montrent que le bombardement d’éléments par des neutrons peut conduire à la formation d’éléments encore plus lourds.

Le principe est le suivant : l’élément bombardé peut capturer le neutron incident et se transformer en un isotope instable, qui se désintègre généralement par radioactivité β⁻, formant ainsi un nouvel élément doté d’un proton supplémentaire.

🤯 [Pour les Curie-eux] Vous avez dit radioactivité β⁻ ?
Le noyau d’un atome est défini par son nombre de protons (Z), de neutrons (N) et de nucléons (A), ces derniers étant simplement la somme des protons et des neutrons (A = Z + N). Le nombre de protons, également appelé numéro atomique (Z), détermine l’élément chimique. Par exemple, le noyau d’hydrogène possède un proton (Z = 1) tandis que l’uranium en compte 92 (Z = 92). Pour un élément X, la radioactivité β⁻ (« bêta moins ») correspond à la transformation d’un neutron en proton à l’intérieur du noyau. Ce processus s’accompagne de l’émission d’un électron (appelé particule β⁻) et d’un antineutrino. Résultat : le numéro atomique (Z) du nouvel élément Y formé augmente d’une unité (Z + 1).

La radioactivité β⁻ est le mode de désintégration des noyaux trop riches en neutrons, sous l’action de l’interaction faible, l’une des quatre interactions fondamentales de l’Univers aux côtés de l’interaction électromagnétique, de l’interaction nucléaire forte et de l’interaction gravitationnelle.

Dès lors, la cible n° 1 devient l’élément le plus lourd connu du tableau périodique de l’époque : l’uranium (Z = 92). Ce choix poursuit un objectif aussi ambitieux que jubilatoire : découvrir des éléments encore inconnus, situés au-delà de l’uranium et baptisés à ce titre « transuraniens » (Z = 93, 94, etc.). Après avoir bombardé des noyaux d’uranium avec des neutrons, Fermi observe plusieurs activités radioactives et montre, pour la principale d’entre elles, qu’il ne s’agit ni d’uranium ni d’éléments proches de l’uranium (il exclut les éléments Z = 82, 83 et 86 à 92). Or, il semblait acquis jusque-là que les éléments produits étaient toujours voisins de l’élément bombardé (Z proche). Ainsi, s’ils ne sont ni l’uranium ni des éléments situés « juste avant » l’uranium (Z ≤ 92), c’est qu’ils sont probablement après (Z > 92). Fermi conclut alors que ce sont des transuraniens.

💡 L’idée révolutionnaire

Dans son fameux article Über das Element 93 de septembre 1934, la chimiste allemande Ida Noddack, connue pour sa découverte du rhénium (Z = 75), déroule un solide et courageux argumentaire remettant en cause les conclusions du grand Fermi. Elle estime notamment qu’il aurait dû faire une comparaison exhaustive avec tous les éléments connus et ne pas s’arrêter au plomb (Z = 82). En outre, elle propose une autre interprétation, fondée sur l’intuition que ces prétendus nouveaux éléments ne sont pas des transuraniens, mais des éléments déjà connus.

On peut tout aussi bien supposer que, lors de ce nouveau type de désintégration nucléaire provoquée par des neutrons, il se produit des réactions nucléaires très différentes de celles que l’on a observées jusqu’à présent avec des protons ou des particules α […]. Il est concevable que lorsque des noyaux lourds sont bombardés par des neutrons, ces noyaux se désintègrent en plusieurs gros fragments qui seraient des isotopes d’éléments connus mais non voisins des éléments irradiés.

L’idée est révolutionnaire, mais Ida Noddack n’est pas en mesure de confirmer son hypothèse, d’importants moyens en radiochimie étant nécessaires. De surcroît, son analyse n’est pas prise au sérieux par la communauté scientifique. Quoi qu’il en soit, l’histoire retiendra qu’elle fut la première à évoquer les principes d’un phénomène révolutionnaire qui sera découvert quelques années plus tard. L’histoire retiendra également qu’Ida Noddack n’obtiendra jamais le prix Nobel.

Ironie de l’histoire, Fermi reçoit le prix Nobel de physique en décembre 1938 pour ses travaux de 1934 sur la production de nouveaux éléments radioactifs par bombardement neutronique, ainsi que pour sa découverte des réactions nucléaires provoquées par des neutrons lents. Lors de son discours, Fermi ira jusqu’à nommer les prétendus éléments transuraniens qu’il pensait avoir découverts.

Nous avons conclu que les porteurs étaient un ou plusieurs éléments de numéro atomique supérieur à 92 ; à Rome, nous avions l’habitude d’appeler les éléments 93 et 94 respectivement ausonium et hespérium.

Moins de deux semaines après la remise de son prix Nobel, deux chimistes allemands démontreront qu’il en est autrement. Beau joueur, Fermi ajoutera d’ailleurs à la version imprimée de sa conférence Nobel une note reconnaissant que la découverte de Hahn et Strassmann l’oblige à réexaminer l’ensemble du dossier des transuraniens. Pour un physicien de la trempe de Fermi, l’anecdote est savoureuse. Rappelons toutefois que ses contributions méritant le prix Nobel se comptent sur les doigts de plusieurs mains…

😲 Le phénomène inattendu

Dans le sillage des expériences de Fermi, de nombreux travaux sont menés entre 1935 et 1938 pour identifier ces supposés éléments transuraniens issus du bombardement de l’uranium par des neutrons. Les chimistes allemands Otto Hahn et Fritz Strassmann ainsi que la physicienne autrichienne Lise Meitner, de l’Institut Kaiser-Wilhelm de chimie de Berlin, publient des résultats qui semblent confirmer la présence de nombreux éléments transuraniens.

À l’Institut du radium de Paris, Irène Curie et le physicien yougoslave Paul Savitch isolent un élément de période radioactive de 3,5 heures dont les propriétés chimiques sont semblables à celles du lanthane (un élément éloigné de l’uranium, proche du milieu du tableau périodique). S’ils semblent toucher du doigt la solution, leur publication de septembre 1938 avance de manière erronée qu’il s’agit probablement d’un transuranien.

Il se forme dans l’uranium irradié par les neutrons lents ou rapides, un radioélément de période 3,5 h qui possède des propriétés chimiques semblables à celles du lanthane. Ce radioélément est produit en quantité comparable à celle des corps transuraniens déjà connus ; c’est probablement aussi un corps transuranien mais on ne peut décider pour le moment le nombre atomique qu’il convient de lui attribuer.

La découverte historique est finalement faite par Otto Hahn et Fritz Strassmann, qui poursuivent seuls les travaux entrepris avec Lise Meitner. Collaboratrice de longue date de Hahn, celle-ci a été contrainte de fuir l’Allemagne après l’Anschluss en raison de ses origines juives, pour se réfugier finalement en Suède. Dans un article publié le 6 janvier 1939, Hahn et Strassmann mettent en évidence, parmi les éléments issus du bombardement de l’uranium par des neutrons, la présence de deux éléments bien plus légers que l’uranium : le baryum (Z = 56) et le lanthane (Z = 57). Sur le plan de la radiochimie, cette démonstration constitue un véritable exploit. Et elle mène à une conclusion d’autant plus étonnante que les éléments identifiés sont très éloignés de l’uranium (Z = 92) dans le tableau périodique. Ils viennent de mettre au jour un phénomène fondamental de la physique : la fission nucléaire. Conscients de l’importance de leur découverte, ils n’osent encore en mesurer les implications.

En tant que chimistes, sur la base des expériences brièvement décrites, nous devrions renommer le schéma susmentionné et remplacer Ra [radium], Ac [actinium], Th [thorium] par les symboles Ba [baryum], La [lanthane], Ce [cérium]. En tant que chimistes nucléaires, proches à certains égards de la physique, nous ne pouvons pas encore nous résoudre à faire ce saut, qui contredit toutes les expériences précédentes en physique nucléaire.

Lise Meitner, qui a été informée par Hahn des résultats avant leur publication, et son neveu, le physicien Otto Frisch, venu passer les fêtes de Noël auprès d’elle en Suède, sont les premiers à apporter une explication théorique à ce phénomène. S’appuyant sur le modèle de la goutte liquide développé notamment par le physicien danois Niels Bohr, ils concluent que les éléments légers observés résultent de la division du noyau d’uranium en deux fragments de taille comparable, processus qui s’accompagne d’un important dégagement d’énergie. Lors d’une promenade en forêt, ils estiment avec une remarquable précision que chaque fission libère environ 200 millions d’électronvolts. Otto Frisch propose d’appeler ce phénomène la fission, terme alors utilisé en biologie pour désigner la division cellulaire. Finalement, pas si insécables que ça les atomes…

De retour début janvier 1939 au laboratoire de Niels Bohr à Copenhague, où il travaille depuis 1934, Otto Frisch parvient à confirmer expérimentalement le phénomène de fission. Il en apporte cette fois une preuve physique en mesurant l’énergie cinétique des fragments de fission dans une chambre d’ionisation, là où Hahn et Strassmann avaient fourni une preuve chimique. Les travaux conjoints de Lise Meitner et Otto Frisch, datés du 16 janvier, sont publiés dans la revue Nature le 11 février. Véritable séisme scientifique, la mise en évidence du phénomène de fission met un terme aux errements concernant les découvertes de supposés transuraniens (👉 Au-delà du monde connu), qui n’étaient en réalité que des produits de fission, et marque le lancement d’une course effrénée vers la libération de l’énergie nucléaire.

À l’instar d’Ida Noddack, Lise Meitner ne recevra jamais le prix Nobel. Pour cette dernière, difficile d’être une femme, qui plus est juive, à cette période de l’histoire. La communauté scientifique s’accorde largement aujourd’hui pour dire que le prix Nobel de chimie 1944, attribué au seul Otto Hahn, aurait dû être partagé avec l’incontournable Lise Meitner, voire Fritz Strassmann et Otto Frisch. La règle limitant à trois le nombre de lauréats aurait même pu être contournée en distinguant simultanément un prix Nobel de chimie et un prix Nobel de physique…

Dans la foulée des travaux de Hahn, Strassmann, Meitner et Frisch, les confirmations de chercheurs américains et européens se multiplient. C’est notamment le cas au Collège de France à Paris où Frédéric Joliot met au point, fin janvier 1939, un dispositif ingénieux apportant une preuve physique de la fission de l’uranium, en mesurant la radioactivité des fragments de fission éjectés hors de l’uranium et piégés sur un support. Il comprend également qu’une fission nucléaire pourrait s’accompagner de l’émission de plusieurs neutrons, une intuition décisive pour envisager la réaction en chaîne. C’est à partir de là que Joliot et son équipe vont écrire l’une des plus belles pages de l’histoire scientifique française.

🚀 Épilogue

Entre la découverte des rayons X par Röntgen et celle de la fission nucléaire par Hahn et Strassmann, ce furent quatre décennies d’avancées majeures dans la compréhension de l’atome et de son noyau. Ces découvertes furent récompensées (sauf exception…) par une avalanche de prix Nobel, dont 13 lauréats cités dans cet article.

D’une certaine façon, la découverte de la fission nucléaire ponctua le chapitre d’une recherche scientifique prolifique dans les domaines de la physique atomique et nucléaire et ouvrit celui du développement des applications civiles et militaires de l’énergie nucléaire. Une découverte qui fit basculer le monde dans une nouvelle ère : l’ère nucléaire.

Ce jour-là, des atomes ont écrit l’histoire.

📰 Au prochain numéro

À la veille de la Seconde Guerre mondiale, l’équipe de Frédéric Joliot mène la course atomique. Ses travaux pionniers conduisent à plusieurs brevets sur les applications civiles et militaires de l’énergie nucléaire… 👉 Des brevets visionnaires

💡 Sources (redde Caesari quae sunt Caesaris)

➡️ Enrico Fermi, Possible Production of Elements of Atomic Number Higher than 92, Nature, Volume 133, 1934.
➡️ Enrico Fermi, Edoardo Amaldi, Oscar D’Agostino, Franco Rasetti, Emilio Segrè, Artificial Radioactivity Produced by Neutron Bombardment, Proceedings of the Royal Society of London, Volume 146, 1934.
➡️ Ida Noddack, Über das Element 93, Angewandte Chemie, Volume 47, 1934.
➡️ Lise Meitner, Otto Hahn, Fritz Strassmann, Über die Umwandlungsreihen des Urans, die durch Neutronenbestrahlung erzeugt werden, Zeitschrift für Physik, Volume 106, 1937.
➡️ Irène Curie, Paul Savitch, Sur les radioéléments formés dans l’uranium irradié par les neutrons (II), Journal de Physique et le Radium, Volume 9, 1938.
➡️ Enrico Fermi, Artificial Radioactivity Produced by Neutron Bombardment, Nobel Lecture, December 12, 1938.
➡️ Otto Hahn, Fritz Strassmann, Über den Nachweis und das Verhalten der bei der Bestrahlung des Urans mittels Neutronen entstehenden Erdalkalimetalle, Naturwissenschaften, Volume 27, 1939.
➡️ Frédéric Joliot, Sur la rupture explosive des noyaux U et Th sous l’action des neutrons, Journal de Physique et le Radium, Volume 10, 1939.
➡️ Otto R. Frisch, Physical Evidence for the Division of Heavy Nuclei under Neutron Bombardment, Nature, Volume 143, 1939.
➡️ Lise Meitner, Otto R. Frisch, Disintegration of Uranium by Neutrons: a New Type of Nuclear Reaction, Nature, Volume 143, 1939.
➡️ Lise Meitner, Right and Wrong Roads to the Discovery of Nuclear Energy, International Atomic Energy Agency Bulletin, Volume 4-0, 1962.
➡️ Bertrand Goldschmidt, Pionniers de l’atome, Stock, 1987.
➡️ Glenn T. Seaborg, Nuclear Fission and Transuranium Elements — 50 Years Ago, Journal of Chemical Education, Volume 66, 1989.
➡️ Bernard Fernandez, De l’atome au noyau — Une approche historique de la physique atomique et de la physique nucléaire, Ellipses, 2006.
➡️ Gerard H. Lander, Michael Steiner, Revisiting the discovery of nuclear fission — 75 years later, Journal of Neutron Research, Volume 18, 2015.
➡️ Site internet laradioactivite.com, Découverte du neutron.

Dans son livre De l’atome au noyau, Bernard Fernandez propose une approche historique des découvertes de la physique atomique et nucléaire. Un ouvrage très bien documenté et d’une grande richesse.

Une nouvelle ère was originally published in Une brève histoire de l’atome on Medium, where people are continuing the conversation by highlighting and responding to this story.

🗓️ 18 juin 1940

Ce jour-là, deux physiciens de l’équipe de Frédéric Joliot, Hans Halban et Lew Kowarski, embarquent à bord du navire britannique SS Broompark, en direction du Royaume-Uni. À l’instar de Serge Gorodetzky et de ses 130 caisses d’uranium (👉 Des bagages radioactifs), ils emportent avec eux 26 bidons contenant une substance précieuse. Retour sur l’homérique mise à l’abri des matières stratégiques françaises lors de la bataille de France (épisode 2).

🏋 De l’eau qui pèse son poids

Le suspense du premier épisode avait été si intense qu’il serait incongru de vous refaire le coup. Inutile donc d’aller à la fin de cet article pour découvrir ce que renferment ces fameux bidons : de l’oxyde de deutérium, plus connu sous le nom d’eau lourde. Voilà qui est dit.

À la différence de l’eau ordinaire, également appelée eau légère et constituée d’atomes d’hydrogène et d’oxygène (le fameux H₂O), l’eau lourde est composée d’atomes de deutérium et d’oxygène (D₂O). Le deutérium n’est autre qu’une version obèse de l’hydrogène, environ deux fois plus lourd. Alors que le noyau d’hydrogène ne possède qu’un proton, le noyau de deutérium dispose, lui, d’un proton et d’un neutron. Un neutron qui fait toute la différence.

🚧 Freiner pour mieux sauter

Au même titre que l’uranium, l’eau lourde constitue une ressource prioritaire pour les recherches de Joliot sur les conditions pour obtenir une réaction en chaîne contrôlée. Alors que l’uranium naturel jouera le rôle de combustible, l’eau lourde celui de modérateur, c’est-à-dire de « ralentisseur » de neutrons. En effet, les neutrons émis lors de la fission d’un noyau d’uranium sont trop rapides pour engendrer suffisamment de nouvelles fissions. Il est donc nécessaire de les ralentir pour provoquer de nouvelles fissions et obtenir une réaction en chaîne. Dans le premier des cinq brevets, déposé le 1ᵉʳ mai 1939, Joliot évoque plusieurs modérateurs possibles.

Pour réduire la vitesse de tout ou partie des neutrons émis, on introduit au sein de la masse d’uranium […] des éléments très légers tels que l’hydrogène, le deutérium par exemple, libres ou combinés, ou des éléments légers tels que le glucinium [béryllium], le carbone, l’oxygène par exemple, libres ou combinés.

Sur le papier, l’eau légère semble idéale : de l’hydrogène et de l’oxygène à profusion. Mais si elle ralentit efficacement les neutrons, les essais montrent qu’elle en absorbe aussi une part trop importante, ce qui rend toute réaction en chaîne impossible avec de l’uranium naturel. L’utilisation de l’eau légère nécessiterait d’enrichir l’uranium naturel en son isotope 235, un processus complexe que Joliot considère alors hors de portée.

D’autres essais sont réalisés avec du carbone sous forme de graphite, mais les résultats ne sont pas probants. Fin 1939, l’équipe Joliot opte pour l’eau lourde qui semble présenter les caractéristiques nécessaires pour obtenir une réaction en chaîne avec de l’uranium naturel. Le choix de l’eau lourde n’est d’ailleurs pas sans lien avec Halban qui avait étudié en 1937 la capture des neutrons lents dans les éléments légers (dont l’eau lourde) aux côtés du physicien autrichien Otto Frisch, à l’Institut de physique théorique de Niels Bohr, à Copenhague.

🤯 [Pour les Curie-eux] Vous avez dit modérateur ?
L’uranium naturel est composé principalement de deux isotopes, l’uranium 235 représentant environ 0,72 % et l’uranium 238 environ 99,28 %. Contrairement à l’uranium 238, l’uranium 235 est fissile, c’est-à-dire qu’il peut subir une fission quelle que soit l’énergie (vitesse) des neutrons incidents. La probabilité d’avoir une fission est d’autant plus grande que la vitesse des neutrons est faible. Dans la mesure où la proportion d’uranium 235 dans l’uranium naturel est infime, il devient nécessaire de ralentir les neutrons avec un modérateur pour obtenir une réaction en chaîne (la probabilité de fission avec des neutrons lents est multipliée par plusieurs centaines, ce qui compense la faible fraction d’uranium fissile). Le ralentissement des neutrons provient des collisions de ces derniers avec les noyaux des atomes du modérateur.

Le ralentissement est optimal lorsque les noyaux du modérateur ont une masse proche de celle des neutrons incidents. La masse du neutron étant presque égale à celle du proton, l’hydrogène — constitué uniquement d’un proton — possède un excellent pouvoir de ralentissement. Ainsi, l’eau légère ralentit mieux les neutrons que l’eau lourde (le nombre moyen de chocs pour ralentir un neutron de 2 MeV à 0,025 eV est de 19 pour l’eau légère contre 35 pour l’eau lourde). Mais l’hydrogène capture bien plus volontiers les neutrons que le deutérium (sa section efficace d’absorption est environ six cents fois celle du deutérium). Par conséquent, l’eau légère absorbe davantage les neutrons que l’eau lourde. En résumé, l’eau légère ralentit mieux les neutrons mais les absorbe trop pour obtenir une réaction en chaîne avec de l’uranium naturel ; c’est donc l’eau lourde qui devra jouer le rôle de modérateur.

Contrairement à l’eau légère, il ne suffit pas d’ouvrir grand les robinets pour disposer d’eau lourde. Les besoins pour les expérimentations sont importants et les stocks du Collège de France faibles (quelques millilitres). Ainsi, Joliot propose de s’en procurer auprès de la Société norvégienne de l’azote et de forces hydro-électriques (Norsk Hydro) dont l’usine de Vemork est la seule au monde à en produire en quantité notable. La production repose sur un procédé d’électrolyse permettant d’isoler l’eau lourde présente en quantité infime dans l’eau légère (une molécule D₂O pour 41 millions de molécules H₂O).

🛢️ Un arrière-goût de fjord

En février 1940, convaincu de la qualité et de la nécessité des travaux de Joliot, le ministre de l’Armement Raoul Dautry obtient l’accord d’Édouard Daladier, président du Conseil et ministre de la Défense nationale et de la Guerre, pour négocier secrètement l’acquisition du stock mondial d’eau lourde détenu par la Norsk Hydro en Norvège. Mais la France n’est pas seule sur le coup : l’Allemagne nazie, engagée depuis avril 1939 dans un programme atomique, convoite elle aussi ce stock. C’est la première bataille de l’eau lourde.

Cette mission est confiée à Jacques Allier, mobilisé en 1939 au Service des Poudres puis détaché au cabinet de Raoul Dautry. Allier est avant tout fondé de pouvoir à la Banque de Paris et des Pays-Bas (devenue Paribas) et chargé des relations avec la société Norsk Hydro, dont la banque est actionnaire majoritaire depuis sa fondation en 1905. Il est l’homme idéal pour cette négociation.

Allier quitte Paris le 28 février 1940 et arrive à Oslo le 3 mars. Dès le lendemain, il rencontre le directeur de la Norsk Hydro, Axel Aubert, dont le nom ferait presque oublier qu’il est norvégien. Favorable aux Alliés (et a fortiori à Allier), Aubert accepte de mettre à disposition du gouvernement français — un prêt avec option d’achat — la totalité du stock d’eau lourde, soit environ 185 kilogrammes. Il dira à Jacques Allier son immense fierté d’apporter ce soutien.

Veuillez dire de ma part à M. le président Daladier que ma société ne veut pas recevoir un centime, jusqu’à la victoire de la France, pour le produit que vous allez lui apporter. Quant à moi, je sais que si les expériences dont vous m’avez entretenu réussissent, et si plus tard, par malheur, la France devait perdre la guerre, je serais fusillé pour avoir fait ce que je fais aujourd’hui. Mais c’est une fierté pour moi de courir ce risque.

L’eau lourde est acheminée en voiture depuis l’usine de Vemork jusqu’à Oslo, distante d’environ 180 kilomètres, par le directeur de l’usine en personne. Pour la suite du périple, l’eau lourde est répartie en 26 petits bidons contenant 6 à 7 litres chacun, selon le mode de conditionnement que Joliot avait lui-même précisé à Allier lors de leur entretien du 20 février. Afin de tromper les services de renseignement allemands présents sur place, Allier et trois agents du renseignement français en soutien à l’opération (le lieutenant Mossé, le capitaine Muller et le civil Knall-Demars) montent un ingénieux stratagème.

Ils réservent de multiples vols vers Amsterdam et vers Perth, en Écosse, sur plusieurs jours consécutifs. Faisant mine d’embarquer sur un vol vers Amsterdam, Allier et Mossé s’envolent le 12 mars vers Perth󠁧󠁢󠁳󠁣󠁴󠁿 avec dix bidons. Muller et Knall-Demars les imitent deux jours plus tard avec le reste de la cargaison. Les précautions prises s’avéreront payantes puisque le vol vers Amsterdam sera intercepté par la Luftwaffe et contraint de se poser à Hambourg. Après avoir transité par Londres󠁧󠁢󠁥󠁮󠁧, Allier et son équipe rejoignent la France mi-mars avec la précieuse cargaison qui est ensuite entreposée dans les locaux du Collège de France.

La France remporte ainsi la première bataille de l’eau lourde. Ce succès intervient à peine un mois avant l’invasion de la Norvège par le Troisième Reich (campagne de Norvège du 9 avril au 10 juin 1940) qui aura désormais la mainmise sur l’usine jusqu’à la fin de la guerre.

🧭 Cap à tribord

L’équipe Joliot dispose désormais de l’eau lourde nécessaire pour poursuivre ses recherches. Cocorico. Mais la joie est de courte durée : en mai 1940, l’armée allemande envahit à son tour la France (👉 La bataille de France). Malheureusement, l’expérience consistant à réaliser une réaction en chaîne n’est pas encore prête. Le 16 mai, Dautry téléphone à Joliot pour lui indiquer que le front est percé à Sedan ; l’eau lourde doit être mise en sûreté sur-le-champ. Le jour même, Joliot charge son collaborateur Henri Moureu de la convoyer jusqu’à Clermont-Ferrand. Entreposée dans un premier temps dans une succursale de la Banque de France, elle est transférée le 24 mai, non loin de là, dans une cellule de la prison de Riom.

Le 16 juin, à la demande de Dautry, Allier se rend à Clermont-Ferrand, où se trouvent déjà Joliot, Halban et Kowarski, pour les convaincre d’exfiltrer les matières stratégiques vers Londres. Si Joliot choisit de rester en France pour des raisons personnelles, Halban et Kowarski acceptent de quitter le pays, leurs origines juives ayant sûrement pesé dans la balance. Le 17 juin, ils rallient Bordeaux, où le chef de cabinet de Dautry leur remet un ordre de mission. Antidaté au 16 juin afin de précéder la démission, ce même jour, du gouvernement de Paul Reynaud, cet ordre de mission enjoint aux deux physiciens de poursuivre les recherches outre-Manche, dans le plus grand secret. Un gouvernement au sein duquel un certain général de Gaulle était alors sous-secrétaire d’État à la Défense nationale et à la Guerre…

C’est ainsi que le 18 juin 1940, date célèbre s’il en est, le charbonnier anglais SS Broompark quitte Bassens (le port en eau profonde de Bordeaux, en aval de la ville) avec à son bord Halban, Kowarski et le stock mondial d’eau lourde. Le navire descend la Gironde en convoi, gagne le large le lendemain et atteint Falmouth, en Cornouailles, le 21 juin. La cargaison est d’abord entreposée dans la prison de Wormwood Scrubs à Londres, puis au château de Windsor avant de rejoindre finalement le laboratoire Cavendish de Cambridge dans lequel Halban et Kowarski travailleront à partir de l’été 1940. L’exfiltration est un succès et la course atomique des Français peut désormais continuer outre-Manche.

🚀 Épilogue

De la Norvège à l’Angleterre, l’eau lourde fut au cœur d’une épopée dont les succès sont multiples. La mission Allier permit de mettre la main sur le stock mondial d’eau lourde au profit des recherches de l’équipe Joliot et d’en priver l’Allemagne nazie. Son exfiltration hors de France par Halban et Kowarski en priva de nouveau l’Allemagne et permit de poursuivre les recherches en Angleterre puis au Canada.

L’ordre de mission du 16 juin, qui enjoignait aux deux physiciens de poursuivre leurs travaux en territoire allié tout en imposant qu’ils demeurent dans un cadre français, marqua la première coopération nucléaire internationale de l’histoire. De son exécution allait dépendre le maintien d’une présence française dans le domaine nucléaire pendant toute la guerre. En revendiquant le caractère pionnier des recherches entreprises au Collège de France, ce document préparait déjà l’après-guerre.

À l’instar de celle de l’uranium, la mise à l’abri de l’eau lourde hors de France fait partie de ces événements méconnus dont la portée est considérable. Acte de résistance majeur, cette opération témoigne de l’abnégation sans faille d’hommes politiques, de fonctionnaires, d’industriels, de scientifiques… patriotes et résistants de la première heure.

Ce jour-là, des atomes ont écrit l’histoire.

📰 Au prochain numéro

La première moitié du XXᵉ siècle est le théâtre d’avancées majeures dans la compréhension de l’atome et de son noyau. En 1938, les chimistes allemands Otto Hahn et Fritz Strassmann réalisent une découverte historique qui fait basculer le monde dans l’ère nucléaire… 👉 Une nouvelle ère

💡 Sources (redde Caesari quae sunt Caesaris)

➡️ Otto Frisch, Hans Halban, Jørgen Koch, Capture of Slow Neutrons in Light Elements, Nature, Volume 140, 1937.
➡️ Bertrand Goldschmidt, Pionniers de l’atome, Stock, 1987.
➡️ U.S. Department of Energy, DOE Fundamentals Handbook, Nuclear Physics and Reactor Theory, Volume 1 of 2, DOE-HDBK-1019/1–93, 1993.
➡️ Michel Pinault, Frédéric Joliot-Curie, Odile Jacob, 2000.
➡️ Céline Jurgensen, Dominique Mongin, Résistance et Dissuasion — Des origines du programme nucléaire français à nos jours, Odile Jacob, 2018.
➡️ Site internet histoire.bnpparibas, Un banquier dans la guerre secrète : Jacques Allier.
➡️ Site internet hydro.com, 1904: A project of caliber.

Dans ses mémoires Pionniers de l’atome, Bertrand Goldschmidt nous fait vivre de l’intérieur des épisodes marquants de l’histoire de l’énergie nucléaire civile et militaire. Un récit captivant.

L’odyssée du modérateur was originally published in Une brève histoire de l’atome on Medium, where people are continuing the conversation by highlighting and responding to this story.

🗓️ 10 mai 1940

Ce jour-là, la « drôle de guerre » prend fin et laisse place à une blitzkrieg dont le nom résonne encore douloureusement : la bataille de France. Retour sur cet épisode fondateur de la France d’aujourd’hui.

🤹‍♂️ La drôle de guerre

Entre le 3 septembre 1939, date à laquelle la France et le Royaume-Uni déclarent la guerre à l’Allemagne après l’invasion de la Pologne, et le 10 mai 1940, qui marque le début de la bataille de France, la guerre sur le front occidental se résume à quelques escarmouches. L’inaction des armées alliées est manifeste : les troupes françaises demeurent retranchées derrière la ligne Maginot. Cette période singulière de la guerre, qui n’en est pas vraiment une, sera bientôt baptisée la « drôle de guerre ».

Ce terme proviendrait de l’expression utilisée par les Anglais phoney war (fausse guerre) et qui aurait été reprise par les Français (incompréhension ou jeu de mots ?) en funny war (drôle de guerre). Du côté allemand, c’est le terme sitzkrieg (guerre assise) qui entrera dans les livres d’histoire. En résumé, le calme avant la tempête.

🟨 Le plan jaune

Le 10 mai 1940, le Troisième Reich passe à l’offensive sous la forme d’une guerre éclair (blitzkrieg). Le plan jaune (Fall Gelb), élaboré sur la base des propositions du général von Manstein, est déclenché. Dès son lancement, le groupe d’armées B du général von Bock envahit les Pays-Bas et la Belgique afin d’attirer les forces alliées vers le nord. Pensant revivre le plan Schlieffen de 1914, l’état-major français mord à l’hameçon et lance alors le plan Dyle consistant à intervenir militairement en Belgique. Cette manœuvre vise à fixer la ligne de front hors des frontières françaises. Ainsi, le général Gamelin donne l’ordre d’envoyer les troupes françaises dans les plaines belges pour contrer l’offensive allemande.

Dans le même temps, la Wehrmacht s’engouffre dans les Ardennes avec le groupe d’armées A du général von Rundstedt, un massif réputé infranchissable par un état-major français visionnaire… Entre le 10 et le 16 mai, la décisive percée de Sedan ouvre la route de l’ouest. Le 20 mai, les blindés allemands atteignent Abbeville et coupent les forces alliées en deux. Piégées dans la poche de Dunkerque, les armées britanniques et françaises n’ont d’autre choix que l’évacuation. L’opération Dynamo, dirigée par le vice-amiral britannique Bertram Ramsay, permet le retour de plus de 300 000 hommes en Angleterre. La bataille de Dunkerque, qu’il serait opportun de renommer la retraite de Dunkerque, s’achève le 4 juin.

🟥 Le plan rouge

Dès le lendemain, le 5 juin, l’armée allemande déclenche le plan rouge (Fall Rot) consistant à envahir la France. Le général Maxime Weygand, qui remplace depuis le 19 mai le général Maurice Gamelin à la tête des armées françaises (ce dernier ayant été congédié pour sa gestion des premiers jours de la bataille de France), constitue une ligne de défense le long de la Somme et de l’Aisne.

Mais entre le 7 et le 10 juin, lorsque la « ligne Weygand » s’effondre, plus rien ne peut arrêter l’offensive allemande. Paris se vide en quelques jours. Le 10 juin, le gouvernement français quitte précipitamment Paris pour Tours, avant de se replier sur Bordeaux le 14 juin. Afin d’éviter sa destruction, Paris est déclarée « ville ouverte ». L’armée allemande y défilera d’ailleurs ce même jour.

🌧 La résignation

Le 17 juin, le maréchal Pétain, devenu président du Conseil après la démission de Paul Reynaud, appelle à déposer les armes. L’armée française est exsangue. Entre 50 000 et 100 000 soldats sont morts ou disparus sur le front et 1,8 million faits prisonniers. Les populations sont également durement touchées avec plusieurs millions de personnes sur les routes fuyant l’invasion allemande dans le dénuement le plus total.

L’annonce du maréchal Pétain appelant à cesser le combat est perçue comme un soulagement par certains et comme une trahison pour d’autres. C’est dans ce contexte si particulier que des citoyens se lèvent et appellent à résister, comme Daniel Cordier (futur Compagnon de la Libération) ou Edmond Michelet, qui diffusent des tracts dénonçant la capitulation.

⛅ L’espoir

Ce même 17 juin, le général de Gaulle part pour Londres, emportant avec lui « l’honneur de la France » comme l’écrira Winston Churchill dans ses Mémoires sur la Deuxième Guerre mondiale. Le lendemain, la voix du général résonne sur les ondes de la British Broadcasting Corporation (BBC) où il appelle les officiers et soldats français, ingénieurs et ouvriers qui se trouvent en territoire britannique à se mettre en rapport avec lui pour continuer le combat contre l’Allemagne. Connu sous le nom d’appel du 18 juin, c’est l’acte fondateur de la France libre. Aucun enregistrement de cet appel n’a été conservé. Le texte dont nous disposons aujourd’hui est une retranscription publiée dans la presse britannique le 19 juin 1940. Il est probable qu’il diffère légèrement des paroles effectivement prononcées par le général de Gaulle la veille.

Les chefs qui, depuis de nombreuses années, sont à la tête des armées françaises, ont formé un gouvernement.
Ce gouvernement, alléguant la défaite de nos armées, s’est mis en rapport avec l’ennemi pour cesser le combat.
Certes, nous avons été, nous sommes submergés par la force mécanique, terrestre et aérienne de l’ennemi.
Infiniment plus que leur nombre, ce sont les chars, les avions, la tactique des Allemands qui nous font reculer. Ce sont les chars, les avions, la tactique des Allemands qui ont surpris nos chefs au point de les amener là où ils en sont aujourd’hui.
Mais le dernier mot est-il dit ? L’espérance doit-elle disparaître ? La défaite est-elle définitive ? Non !
Croyez-moi, moi qui vous parle en connaissance de cause et vous dis que rien n’est perdu pour la France. Les mêmes moyens qui nous ont vaincus peuvent faire venir un jour la victoire.
Car la France n’est pas seule ! Elle n’est pas seule ! Elle n’est pas seule ! Elle a un vaste Empire derrière elle. Elle peut faire bloc avec l’Empire britannique qui tient la mer et continue la lutte. Elle peut, comme l’Angleterre, utiliser sans limites l’immense industrie des États-Unis.
Cette guerre n’est pas limitée au territoire de notre malheureux pays. Cette guerre n’est pas tranchée par la bataille de France. Cette guerre est une guerre mondiale. Toutes les fautes, tous les retards, toutes les souffrances n’empêchent pas qu’il y a, dans l’univers, tous les moyens pour écraser un jour nos ennemis. Foudroyés aujourd’hui par la force mécanique, nous pourrons vaincre dans l’avenir par une force mécanique supérieure. Le destin du monde est là.
Moi, Général de Gaulle, actuellement à Londres, j’invite les officiers et les soldats français qui se trouvent en territoire britannique ou qui viendraient à s’y trouver, avec leurs armes ou sans leurs armes, j’invite les ingénieurs et les ouvriers spécialistes des industries d’armement qui se trouvent en territoire britannique ou qui viendraient à s’y trouver, à se mettre en rapport avec moi.
Quoi qu’il arrive, la flamme de la résistance française ne doit pas s’éteindre et ne s’éteindra pas.
Demain, comme aujourd’hui, je parlerai à la Radio de Londres.

Contrairement à une idée reçue, l’appel du 18 juin 1940 passe relativement inaperçu au moment de sa diffusion. Nombre de Français qui rejoignent l’Angleterre dans les jours et les semaines qui suivent le font sans l’avoir entendu. Le 22 juin, jour de la signature de l’armistice, le général de Gaulle prononce un nouveau discours à la BBC, inspiré de celui du 18 juin mais sensiblement remanié. C’est de cette allocution du 22 juin que provient le célèbre enregistrement sonore, souvent associé, à tort, à l’appel du 18 juin.

Charles De Gaulle, paroles publiques - Appel du 22 juin 1940 - Ina.fr

🧱 Une défaite fondatrice

La bataille de France mit à genoux tout un pays en à peine six semaines. Une défaite brutale dont les causes sont multiples. Certaines semblent plutôt évidentes : impéritie de l’état-major (erreurs tactiques et stratégiques), impréparation généralisée (faiblesse de l’armement et de l’équipement) et supériorité de l’armée allemande. Toutefois, les origines de la débâcle (tout comme l’existence même du concept de blitzkrieg d’ailleurs) font toujours l’objet d’âpres discussions entre historiens.

Quelles qu’en soient les causes, cette débâcle eut deux conséquences majeures. D’abord, une réaction épidermique, une France qui se soulève, un mouvement de résistance inédit, la France libre. Ensuite, au sortir de la guerre, elle posa les bases d’une réflexion plus globale sur les solutions pour éviter de revivre un tel désastre. C’est en partie dans une logique du « Plus jamais ça ! » que la France s’orienta, plus tard, sur le chemin de la dissuasion nucléaire, un choix aux causes multiples, sur lequel Céline Jurgensen et Dominique Mongin reviennent largement (voir sources). En tout état de cause, cette défaite douloureuse guida profondément les choix politiques d’après-guerre et participa à façonner sans nul doute la France d’aujourd’hui.

Ce jour-là, l’histoire a écrit l’atome.

💡 Sources (redde Caesari quae sunt Caesaris)

➡️ Charles de Gaulle, Discours et messages — Pendant la guerre (1940-1946), Plon, 1970.
➡️ Dominique Lormier, La bataille de France jour après jour — mai-juin 1940, Le Cherche Midi, 2010.
➡️ Céline Jurgensen, Dominique Mongin, Résistance et Dissuasion — Des origines du programme nucléaire français à nos jours, Odile Jacob, 2018.
➡️ Michel Nassiet, Olivier Wieviorka, Les causes fondamentales de la défaite de 1940, Magazine L’Histoire, 2020.
➡️ Site internet lepoint.fr, Du 17 juin au 18 juin 1940 — De la résignation à l’espoir.
➡️ Site internet revuedesdeuxmondes.fr, 14 juin 1940 : Les Allemands entrent dans Paris.

🗓️ 17 juin 1940

Ce jour-là, un jeune physicien français de 33 ans, Serge Gorodetzky, embarque à bord d’un cargo dans le port de Bordeaux, cap sur le Maroc. Il emporte en guise de bagages quelque 130 caisses d’une précieuse cargaison. L’objectif est simple : éviter qu’elle ne tombe aux mains des Allemands. Car, rappelons-le, au mois de juin 1940, l’amitié franco-allemande n’est pas à son apogée. Retour sur l’homérique mise à l’abri des matières stratégiques françaises lors de la bataille de France (épisode 1).

🤦‍♂️️ La débâcle

Après la déclaration de guerre de la France et du Royaume-Uni à l’Allemagne le 3 septembre 1939, en réponse à l’invasion de la Pologne le 1ᵉʳ septembre, la guerre sur le front occidental se réduit à quelques escarmouches, illustrant l’inaction patente des armées alliées en ce début de conflit. Mais le 10 mai 1940, la « drôle de guerre » prend fin et laisse place à une blitzkrieg dont le nom résonne encore douloureusement : la bataille de France. En moins d’un mois, les revers s’enchaînent pour les armées alliées face à l’offensive allemande et la défaite devient inéluctable (pour les passionnés 👉 La bataille de France).

À l’approche de la Wehrmacht, l’éminent physicien et chimiste français Frédéric Joliot (prix Nobel de chimie 1935, titulaire de la chaire de chimie nucléaire au Collège de France depuis 1937) et le ministre de l’Armement Raoul Dautry s’accordent sur la nécessité de mettre à l’abri les matières stratégiques dont dispose la France. La décision est prise de les évacuer sans délai.

🌍 Un voyage inattendu

Début juin, un stock hautement stratégique composé de 130 caisses quitte Paris dans des camions militaires, direction Clermont-Ferrand. À la mi-juin, ce stock reprend la route vers Bordeaux, où le gouvernement français s’est replié à partir du 14 juin devant l’avancée des troupes allemandes. Muni d’un ordre de mission du général Maxime Weygand l’autorisant à se rendre au Royaume-Uni, Serge Gorodetzky hérite de la lourde tâche d’achever cette exfiltration.

Le 17 juin, il embarque sur un cargo à destination de Casablanca qui, pour les moins calés en géographie, se situe au Maroc et non au Royaume-Uni. En effet, devant les difficultés pour se rendre outre-Manche, Gorodetzky se résout à rejoindre le protectorat français, alors exercé sur une grande partie du Maroc (1912-1956). Après avoir échappé à un bombardement dans le port de Bordeaux, le cargo accoste à « Casa » une dizaine de jours plus tard. Mais passer inaperçu avec des bagages aussi encombrants relève vite de l’utopie, d’autant que leur masse très élevée intrigue les dockers marocains. Une solution doit être trouvée avant que la mission ne perde son caractère clandestin.

Avec l’aide du scientifique et homme politique Jean Perrin (père du physicien Francis Perrin qui travaille avec Joliot), Serge Gorodetzky rencontre Jean Marçais, géologue à l’Institut scientifique chérifien de Rabat. Ce dernier joue les intermédiaires et met Gorodetzky en relation avec Jacques Bondon qui travaille à la Division des mines et de la géologie du protectorat. Cet ingénieur du Corps des Mines, âgé d’à peine 34 ans, la mine chevillée au corps et l’âme patriote, va jouer un rôle décisif.

Il organise en secret le transfert ferroviaire des 130 caisses vers une mine de l’Office chérifien des phosphates (OCP), située à Khouribga, à 120 kilomètres au sud-est de Casablanca. La cargaison est dissimulée dans une galerie désaffectée qui est ensuite murée. Pour conclure magistralement cette rocambolesque mission, Bondon fait établir un nouveau plan de la mine dans lequel la galerie n’apparaît tout simplement plus. Jusqu’à sa récupération en 1946, la cargaison disparaît des radars. L’opération est un succès.

💎 Un minerai stratégique

Cette opération hors norme l’est notamment par le contenu hautement stratégique de la cargaison : huit tonnes d’oxyde d’uranium naturel, réparties dans 130 caisses.

🤯 [Pour les Curie-eux] Vous avez dit uranium ?
L’uranium est un élément radioactif présent dans la croûte terrestre (500 à 1 000 fois plus abondant que l’or) ainsi que dans les océans. Son numéro atomique est 92, son symbole chimique U : c’est l’élément le plus lourd existant à l’état naturel en quantité significative. Découvert en 1789 par le chimiste prussien Martin Klaproth dans de la pechblende, il doit son nom à la planète Uranus, découverte huit ans plus tôt par l’astronome William Herschel. On parle d’uranium naturel lorsque la composition isotopique est celle que l’on trouve dans la nature : 99,2742 % d’uranium 238, 0,7204 % d’uranium 235 et 0,0054 % d’uranium 234. À l’inverse, on parle d’uranium enrichi lorsque la composition isotopique a été modifiée artificiellement afin d’augmenter sa teneur en uranium 235 (l’isotope fissile), processus indispensable à la réalisation de réacteurs nucléaires à eau légère ou de bombes atomiques utilisant de l’uranium.

L’uranium naturel est un émetteur α : ses noyaux vont se transformer avec une certaine probabilité en noyaux de thorium en émettant simultanément des particules α, c’est-à-dire des noyaux d’hélium. L’uranium naturel ne présente pas de danger vis-à-vis de l’exposition externe (exposition à des rayonnements ionisants à partir d’une source se trouvant à l’extérieur de l’organisme), contrairement à l’exposition interne (source ayant pénétré à l’intérieur de l’organisme par ingestion ou inhalation par exemple) pour laquelle il présente une toxicité radiologique et surtout chimique. C’est pourquoi Gorodetzky et ses compagnons ont pu transporter ce stock d’uranium naturel sans risque, à condition bien sûr de ne pas en consommer au petit déjeuner.

Mais pourquoi la France disposait-elle d’un tel stock d’uranium ? Fin 1938, les chimistes allemands Otto Hahn et Fritz Strassmann mettent en évidence la fission nucléaire, aussitôt interprétée par la physicienne autrichienne Lise Meitner (👉 Une nouvelle ère). La fission nucléaire est un processus au cours duquel un noyau lourd, visiblement peu attaché à son intégrité, se scinde en deux noyaux plus légers après avoir absorbé un neutron. Ce processus s’accompagne du dégagement d’une grande quantité d’énergie. Joliot et son équipe lancent, dès 1939, une série d’expériences sur la fission de l’uranium et notamment les conditions pour maîtriser la réaction en chaîne.

En mai 1939, ils déposent trois brevets posant des bases majeures de l’énergie nucléaire (👉 Des brevets visionnaires). Pour mener à bien ses travaux, Joliot a besoin d’une importante quantité d’uranium qui, à cette époque, n’est guère valorisé et n’est récupéré que comme sous-produit de l’extraction du radium, alors très recherché pour ses applications médicales et scientifiques. Il s’approvisionne auprès de l’Union minière du Haut-Katanga (UMHK), un trust belge qui exploite les importants gisements du Katanga, au Congo belge (aujourd’hui République démocratique du Congo). Le 13 mai 1939, Français et Belges arrêtent un projet de convention. Il prévoit que l’UMHK percevra la moitié des redevances sur les brevets français, alors qu’elle ne cède, en échange, qu’une part marginale de son stock d’uranium (à peine plus de 1 %). L’accord ne sera jamais formellement ratifié, mais l’uranium sera bien livré.

Avec ses huit tonnes d’oxyde d’uranium, l’équipe française est la première au monde à disposer d’un tel stock. Dans la course effrénée aux applications civiles et militaires de l’énergie nucléaire, il constitue évidemment un avantage considérable. Mais l’invasion de la France en 1940 met un coup d’arrêt aux recherches pionnières de l’équipe française. Conscients du danger que représente ce stock d’uranium, potentiel candidat à la fabrication de bombes atomiques, Dautry et Joliot proposent à juste titre sa mise à l’abri hors de France. La mission est accomplie avec brio. Libre aux amateurs d’uchronie d’imaginer ce qu’il serait advenu s’il en avait été autrement.

🚀 Épilogue

Cette opération fut compliquée à plus d’un titre. Nul besoin d’être ingénieur du Corps des Mines pour imaginer l’immense tâche que représenta le transfert clandestin de 130 caisses contenant huit tonnes d’oxyde d’uranium depuis Paris jusqu’à la mine de Khouribga au Maroc, en pleine Seconde Guerre mondiale. Et la réussite fut double. Cela permit d’éviter que ce stock d’uranium ne tombe aux mains des Allemands puis, après sa récupération en 1946, de fabriquer la première pile atomique française (divergence de Zoé le 15 décembre 1948).

La mise à l’abri de l’uranium hors de France fait partie de ces événements méconnus dont la portée est considérable. Acte de résistance majeur, cette opération témoigne de l’abnégation sans faille d’hommes politiques, de fonctionnaires, d’industriels, de scientifiques… patriotes et résistants de la première heure.

Ce jour-là, des atomes ont écrit l’histoire.

📰 Au prochain numéro

Le 17 juin 1940, huit tonnes d’oxyde d’uranium quittent le port de Bordeaux, cap sur le Maroc. Mais que s’est-il passé le lendemain, le 18 juin 1940 ? L’appel du général de Gaulle bien sûr, mais pas seulement… 👉 L’odyssée du modérateur

💡 Sources (redde Caesari quae sunt Caesaris)

➡️ Margaret Gowing, Dossier secret des relations atomiques entre alliés 1939-1945, traduction Bertrand Goldschmidt, Plon, 1965.
➡️ Bertrand Goldschmidt, Pionniers de l’atome, Stock, 1987.
➡️ Michel Pinault, Frédéric Joliot-Curie, Odile Jacob, 2000.
➡️ Céline Jurgensen, Dominique Mongin, Résistance et Dissuasion — Des origines du programme nucléaire français à nos jours, Odile Jacob, 2018.
➡️ Site internet irsn.fr, Fiche IRSN-INRS ED 4321, Radioprotection : radionucléides — Uranium naturel.
➡️ Site internet fontenay-aux-roses.cea.fr, La pile Zoé.
➡️ Site internet ciaaw.org, Uranium.

Dans l’excellent ouvrage Résistance et Dissuasion, fruit du colloque éponyme organisé par la Fondation pour la recherche stratégique (FRS) et le Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), les auteurs explorent les fondements de la dissuasion nucléaire et retracent en détail l’aventure nucléaire française. Un véritable ouvrage de référence.

Des bagages radioactifs was originally published in Une brève histoire de l’atome on Medium, where people are continuing the conversation by highlighting and responding to this story.