Pendant la Seconde Guerre mondiale, les États-Unis se sont précipités pour développer la bombe atomique, en partie par crainte que l’Allemagne nazie en construise une en premier. Mais à quel point l’Allemagne est-elle réellement parvenue à atteindre cet objectif ? Une nouvelle enquête scientifique suggère que le programme nucléaire nazi était bien plus loin du succès que ne le prétendait son éminent physicien.
En examinant les cubes d’uranium survivants et les preuves historiques précédemment documentées, les chercheurs ont découvert des limites majeures dans le dernier réacteur nucléaire expérimental allemand. Leurs conclusions indiquent que le projet ne manquait pas simplement de quelques matériaux. Le réacteur aurait nécessité bien plus d’uranium et d’eau lourde que ce dont l’Allemagne disposait pendant la guerre.
La course pour construire une bombe atomique
Le projet Manhattan, l’effort secret américain visant à développer des armes nucléaires pendant la Seconde Guerre mondiale, était motivé en partie par la possibilité que l’Allemagne nazie puisse d’abord réaliser une percée similaire. Les scientifiques savaient que celui qui réussirait pourrait obtenir un avantage militaire sans précédent.
Une voie possible vers une bombe atomique impliquait la construction d’un réacteur nucléaire capable de produire du plutonium, un élément radioactif pouvant être utilisé dans les armes nucléaires. À l’intérieur d’un réacteur, les atomes d’uranium subissent une fission nucléaire, un processus au cours duquel leurs noyaux se divisent et libèrent de l’énergie ainsi que des particules supplémentaires appelées neutrons. Dans de bonnes conditions, ces neutrons déclenchent d’autres réactions de fission, créant ainsi une réaction en chaîne soutenue.
Bien que l’Allemagne nazie ait poursuivi ses recherches nucléaires dans le cadre d’un programme connu sous le nom d’Uranprojekt, les historiens ont longtemps débattu de la mesure dans laquelle ses scientifiques étaient parvenus à développer un réacteur fonctionnel.
La dernière tentative de l’Allemagne fut un réacteur expérimental connu sous le nom de pile B8, construit en 1945 sous la direction du physicien Werner Heisenberg. L’appareil utilisait des cubes d’uranium naturel en suspension dans de l’eau lourde, une substance spécialisée qui jouait un rôle essentiel dans le contrôle de la réaction nucléaire.
Pourquoi l’eau lourde était essentielle au réacteur de l’Allemagne nazie
L’eau lourde ressemble beaucoup à l’eau ordinaire, mais ses atomes d’hydrogène contiennent un neutron supplémentaire. Cette différence subtile le rend particulièrement utile dans certains réacteurs nucléaires.
Dans un réacteur, l’eau lourde sert de modérateur de neutrons, c’est-à-dire qu’elle ralentit les neutrons libérés lors de la fission. Les neutrons plus lents sont plus susceptibles de déclencher des réactions de fission supplémentaires dans l’uranium, contribuant ainsi à maintenir la réaction en chaîne nécessaire au fonctionnement d’un réacteur.
Mais pour l’Allemagne, obtenir suffisamment d’eau lourde représentait un obstacle majeur.
Pendant la guerre, la seule installation européenne capable de fournir l’eau lourde nécessaire au programme allemand était la centrale Norsk Hydro de Vemork, en Norvège. L’Allemagne a pris le contrôle de l’installation après avoir occupé la Norvège en avril 1940.
Conscientes de son importance pour les ambitions nucléaires de l’Allemagne, les forces alliées ont ciblé la centrale au moyen d’opérations de sabotage et de bombardement. Un important bombardement américain frappa Vemork le 16 novembre 1943, contribuant à l’arrêt éventuel de la production d’eau lourde dans cette région.
Des scientifiques réexaminent le dernier réacteur nucléaire d’Hitler
Lorsque les forces américaines ont découvert et démantelé le réacteur B8 en 1945, celui-ci n’avait jamais atteint son niveau critique. En physique nucléaire, la criticité fait référence au point auquel une réaction en chaîne devient auto-entretenue, chaque génération de réactions de fission produisant suffisamment de neutrons pour entretenir la suivante.
Atteindre ce seuil est une condition fondamentale pour exploiter un réacteur nucléaire conventionnel. Malgré son nom, la criticité ne signifie pas qu’un réacteur est sur le point d’exploser. Cela signifie simplement que la réaction nucléaire en chaîne peut se poursuivre sans recourir à une source externe de neutrons.
Heisenberg, qui a dirigé l’effort allemand en matière de réacteur, a soutenu que l’expérience B8 était sur le point d’atteindre cette étape. Il a fait valoir que le dispositif n’avait besoin que d’une augmentation relativement modeste de son approvisionnement en uranium pour devenir opérationnel.
Mais une nouvelle étude menée par Timothy Koeth et ses collègues remet en question cette évaluation.
Les chercheurs ont examiné deux cubes d’uranium naturel survivants qui avaient été utilisés dans le projet nucléaire allemand. Ils ont également étudié les documents historiques, les rapports techniques, la correspondance et d’autres documents d’archives pour reconstituer les capacités du réacteur et déterminer ce qui aurait été nécessaire pour qu’il fonctionne.
Leurs conclusions dressent un tableau très différent des progrès nucléaires de l’Allemagne.
Une pénurie massive d’uranium et d’eau lourde
Selon les calculs des chercheurs, le réacteur B8 aurait nécessité environ deux fois plus d’uranium et plus de deux fois plus d’eau lourde qu’il n’en contenait réellement pour réaliser une réaction nucléaire en chaîne soutenue.
Les quantités requises dépassaient les matériaux dont disposait l’Allemagne pendant la guerre. En particulier, la quantité d’eau lourde nécessaire au bon fonctionnement du réacteur dépassait de loin la quantité que le programme allemand pouvait obtenir de son approvisionnement norvégien.
Les chercheurs ont également examiné si des scientifiques allemands auraient pu éviter la grave pénurie d’eau en utilisant du graphite, une forme de carbone qui peut également ralentir les neutrons dans les réacteurs nucléaires.
Cette approche a fonctionné pour les scientifiques américains, qui ont réalisé la première réaction nucléaire en chaîne contrôlée et soutenue au monde en utilisant un réacteur modéré au graphite en 1942.
Cependant, le graphite disponible sur le territoire sous contrôle allemand contenait des impuretés qui le rendaient impropre au même usage. En particulier, des traces de bore pourraient absorber des neutrons qui autrement contribueraient à entretenir la réaction, empêchant ainsi le réacteur d’atteindre le niveau critique.
Cela signifiait que l’Allemagne ne pouvait pas simplement remplacer l’eau lourde par du graphite pour résoudre ses problèmes d’approvisionnement.
Pourquoi le programme nucléaire de l’Allemagne nazie était voué à l’échec
Les résultats suggèrent qu’Heisenberg a considérablement sous-estimé la quantité de matériau supplémentaire qu’aurait nécessité son réacteur.
Plutôt que de se trouver sur le point de disposer d’un réacteur nucléaire fonctionnel, les scientifiques allemands ont été confrontés à des pénuries qu’ils ne pouvaient pas surmonter avec les ressources dont ils disposaient.
La recherche fournit également une explication plus claire de la raison pour laquelle le programme nucléaire allemand n’a pas réussi à passer de la conception de réacteurs expérimentaux à un réacteur fonctionnel capable de produire des matériaux pour une bombe atomique.
Sur la base des conceptions et des matériaux disponibles pendant la Seconde Guerre mondiale, les chercheurs concluent que l’Allemagne nazie manquait des ressources nécessaires pour rendre opérationnels son réacteur à eau lourde ou une alternative à base de graphite.
Plus de huit décennies après la guerre, les cubes d’uranium survivants ont contribué à résoudre une question historique de longue date, révélant à quel point l’Allemagne nazie était encore loin d’avoir franchi une étape cruciale vers la construction d’une bombe atomique.
