Quelques légendes autour de la bombe atomique

Chaque année, au mois d’août, on a droit à des documentaires sur l’origine de l’arme nucléaire et ses conséquences, documentaires généralement d’origine américaine et propageant de nombreuses idées fausses, des légendes qu’il serait utile de dénoncer.

La première légende concerne l’origine des recherches que l’on attributs uniquement au projet américain dit de « Manhattan », en 1941. Or les premières études sur la possibilité d’utiliser la fission nucléaire, découverte fin 1938 par Lise Meitner sous la direction d’Otto Hahn, l’ont été en France par Frédéric Joliot et son équipe après leur découverte de la réaction en chaîne début 1939, ce qui donnera lieu au dépôt de plusieurs brevets.

Après la défaite de juin 1940, ces études seront poursuivies en Grande Bretagne dans le cadre du Maud Commitee sous le nom de projet « Tube alloy » (avec la participation des physiciens français). Ce n’est que plus tard que les USA se lanceront dans l’aventure, à laquelle les britanniques et les français se joignirent (en particulier au centre de Chalk River au canada). Le rôle prépondérant de la France est presque toujours oublié ou omis.

Une autre légende concerne la possibilité d’une bombe atomique nazi qui aurait justifié la naissance du projet Manhattan. Or l’Allemagne n’a jamais eu l’intention de fabriquer la Bombe ! Elle n’en avait ni les possibilités industrielles, ni économiques ni scientifique ! La plupart des physicien allemands s’était réfugié aux USA, seuls Heisenberg et quelques physiciens travaillaient sur un projet de réacteur (qui sera réalisé à la fin de la guerre mais qui, trop petit, n’a jamais pu provoquer de réaction en chaîne). La réalisation d’une bombe avait été évoquée mais abandonnée, car jugée irréaliste. En réalité, Heisenberg n’avait aucune idée de la valeur de la masse critique que l’on estimait à l’époque de l’ordre de plusieurs tonnes. Il ignorait la découverte faite en 1940 à l’université de Birmingham par 2 physiciens allemands, Rudolph Pierce et Otto Frisch qui avaient estimé la masse critique associée à l’isotope 235 à environ 600 g (en réalité plusieurs kg). Il ignorait également la découverte faite en 1940 par Glenn Seaborg de l’élément 94, baptisé « plutonium » beaucoup plus efficace que l’235U comme explosif nucléaire. De toute façon, la séparation isotopique de l’235U aurait dépassé les capacités industrielles de l’Allemagne, de même la production du plutonium qui aurait nécessité des réacteurs nucléaires que l’Allemagne n’avait pas.

A l’origine du projet Manhattan, on évoque la lettre qu’Albert Einstein avait envoyée au président Roosevelt. Cette lettre a été en réalité rédigée en 1939 par Leo Szilard et Eugen Wigner à la suite de la découverte par F. Joliot de la réaction en chaîne.

Cette lettre faisait état des travaux menés en France et aux USA par Enrico Fermi et de la possibilité de fabriquer une bombe atomique (bombe qu’il jugeait trop grosse pour être transportée par avion). Il ne fait pas allusion à une possible bombe nazie, il signale simplement en fin de lettre que l’Allemagne semble s’intéresser aux ressources en uranium. Pour être plus crédible, Szilard la fera signer par son ami Einstein (signature qu’il regrettera par la suite). Ce n’est que 3 ans plus tard, en 1941, que le projet Manhattan sera mis en place.

Cela nous conduit à une légende très fréquente, celle du rôle qu’aurait joué Albert Einstein dans la bombe atomique, qui est qualifié même quelquefois de « père de la bombe » ! Son seul et unique rôle a été de signer la lettre ! Aucun de ses travaux n’a porté sur l’énergie nucléaire ! Ne pas oublier qu’en 1905 lorsqu’il publie ses travaux sur la relativité restreinte la notion d’atome est encore en discussion, et en 1915, année de la relativité générale on vient seulement de comprendre la structure dite « planétaire » avec un noyau central dont on ignore la composition.

En fait tout vient de sa fameuse équation de la relativité restreinte E=mc2.

Cette équation (qu’il serait plus logique d’écrire m=Ec-2) exprime tout simplement que la masse est une propriété intrinsèque de l’énergie et non de la matière ! En effet dans la masse d’un proton ou d’un neutron, la masse des constituants (les 3 quarks) ne représente que quelques % de la masse totale, constituée presque exclusivement de l’énergie liée à la force nucléaire forte. De plus, dans le modèle standard des particules, celles-ci (quarks, électrons, neutrinos, bosons…) n’ont pas de masse intrinsèque, certaines d’entre elles ne les acquièrent que grâce à l’énergie d’interaction avec le champ scalaire de Higgs- Brout-Englert.

Cette équation s’applique à toute forme d’énergie, pas uniquement à l’énergie nucléaire et ce qu’on appelle « défaut de masse » n’est simplement que la masse de l’énergie libérée par une réaction quelle soit chimique ou nucléaire. Certes, dans le cas d’une réaction nucléaire, l’énergie libérée est considérablement plus importante que dans le cas d’une réaction chimique. Ainsi par exemple :

Dans le cas des réactions chimiques le défaut de masse (Dm/m) est de l’ordre de 10-11 à 10-10

C + O2 → CO2 + 393 kJ (4 eV) ce qui correspond à « perte de masse » de 4,4 10^-9 g pour une masse totale de 44g, soit un Dm/m de10-10.

Dans le cas des réactions nucléaires le Dm/m est de l’ordre de 10-5 à 10-3.

Fission : 235U → Rb + Cs +2n +180 MeV soit un Dm/m de 8,4 10-4, soit environ 10 millions de fois plus.

Fusion : D + T → 4He + n + 17,6 MeV soit un Dm/m de 3,8 10-3 (40 millions de fois plus).

Dans le cas des réactions chimiques, la libération d’énergie lors de la formation d’une moléculaire est liée à la modification de la structure électronique des électrons de valence qui stabilise la structure moléculaire par rapport aux atomes isolées. Dans une réaction chimique on passe de structures moléculaires à une structure moléculaire plus stable.

Dans les réactions nucléaires, ce sont les énergies de liaisons des nucléons qui sont en jeux. Ces énergies sont données par le diagramme d’Aston qui montre que pour les éléments de masse atomique inférieur au fer, le gain d’énergie est associé à la fusion des noyaux, en revanche pour les éléments plus lourds il est associé à la rupture des noyaux.

On peut aussi appliquer cette équation à tout accroissement d’énergie, comme dans le cas de l’énergie cinétique : Pour une voiture de 1.000 kg se déplaçant à 100 km/h (soit 28 m/s), l’énergie cinétique est de 385,8 kJ. La masse va alors s’accroitre de 4,3.10-12 kg, soit un Dm/m de 4,3.10-15, somme toute plutôt négligeable.

La théorie de la relativité donne directement l’accroissement de la masse en fonction de la vitesse (et donc de l’énergie cinétique) :          ]

Avec ∆𝑚 = 𝑚 − 𝑚₀

Où m0 est la masse au repos et m la masse à la vitesse v. Cet accroissement ne devient effectivement important que pour des vitesses très élevées. Pour une vitesse égale au dixième de celle de la lumière (30.000 km/s), l’accroissement de masse n’est que de 1 %.

Donc en réalité, Albert Einstein n’a eu aucun rôle scientifique actif dans le principe et la conception de la bombe atomique, si ce n’est d’avoir rendu service à son ami Szilard !

Autre légende bien vivace, la bombe atomique a mis fin à la 2ème guerre mondiale !

En juillet 1945, les autorités japonaises cherchaient à négocier la paix avec les USA mais se heurtaient à l’intransigeance américaine renouvelée par la déclaration de Postdam d’Harry Truman (en juillet 1945) exigeant une capitulation sans condition et donc sans garantie sur l’avenir du régime impériale et du sort d’Hiro Hito. Les nombreux et meurtriers bombardements sur la Japon n’ont eu aucun effet.

Après le terrible bombardement de Tokyo qui fera plus de 100.000 morts, et afin de contraindre la Japon à capituler, deux bombes atomiques sont larguées les 6 et 9 août. Le 11 août le Japon capitule. A cause de ces bombes ? C’est en tout cas l’explication qui en sera donnée par les autorités américaines. Cela justifiait aux yeux du public l’emploi de ces bombes et pour les contribuables américains les sommes importantes dépensées. En réalité, c’est l’entrée en guerre de l’Union Soviétique (en dépit des accords de paix entre l’URSS et le Japon) à la suite de la promesse faite par Staline d’entrer en guerre contre la Japon qui va être déterminant. L’invasion de la Mandchourie par l’armée rouge et la défaite des troupes nippones font craindre aux autorités japonaises une invasion et une occupation de pays par les soviétiques. Une occupation par les troupes américaines apparait préférable d’où la capitulation accélérée.

D’une certaine manière on pourrait quasiment dire que la guerre du pacifique a été gagnée par l’armée rouge !

En réalité le but principal des bombardements atomiques était de montrer à Staline la nouvelle puissance des USA afin de l’inciter à une certaine modération. Les bombes nucléaires sur Hiroshima et Nagasaki ne doivent pas être considérées comme l’acte final de la 2ème guerre mondiale mais comme le début de la guerre froide !

Dans l’histoire il y a très souvent une « vérité officielle » qui n’est pas forcément l’exacte vérité historique, et ceci depuis l’origine de l’histoire et des historiens !