Informatie kerncentrales

Leipziger Uranmaschine Mine d'uranium à Lumumbashi (Katanga) Tubes d'insertion des sondes à neutrons Cheminée de remplissage du réservoir intérieur Chaudière en aluminium Paroi extérieure en béton Blocs d'uranium Réservoir intérieur en magnésium Eau lourde Source de neutrons Poutres de fixation du réservoir intérieur Graphite Eau déminéralisée Démantèlement d'un réacteur surgénérateur allemand en avril 1945 (Haigerloch). C'était juste avant que les Américains ne lancent leur bombe atomique sur le Japon.

Les Américains ont lancé la première bombe atomique (et la seconde) sur le Japon. Mais l’Allemagne travaillait déjà au développement de la bombe atomique avant même le début de la Seconde Guerre mondiale. «Leipzig L-IV» fut une explosion survenue dans un réacteur d’essai, non pas due à une réaction en chaîne incontrôlée, mais à une réaction chimique entre la vapeur d’eau, l’air et l’uranium lors de l’ouverture de la cuve du réacteur.

Werner Heisenberg fut le principal physicien qui contribua aux tentatives de mise au point de la bombe atomique allemande. Pour fabriquer une bombe nucléaire, il faut disposer d’une quantité suffisante de matière fissile, mais aussi en concentration élevée, sinon la réaction en chaîne ne peut pas se déclencher, et même si elle se déclenchait, elle s’arrêterait immédiatement. L’uranium est composé de différents isotopes, dont la radioactivité varie. Il faut utiliser l'uranium 235, un isotope présent en très faible quantité dans l'uranium naturel.

e ce fait, la fabrication d'une bombe nucléaire nécessite plusieurs étapes. Les scientifiques allemands pensaient alors qu'isoler l'uranium 235 serait impossible dans les années à venir. Le procédé est en effet très complexe et a un très mauvais rendement. Pour fabriquer une bombe nucléaire, l'uranium 235 doit être fort concentré car la fission nucléaire doit se produire très rapidement. Si la réaction est trop lente, le combustible nucléaire se disperse sous l'effet de la chaleur, ce qui interrompt la fission. Même dans une bombe nucléaire moderne, seulement 2% de l'uranium subit une fission.

Il est devenu évident pour les scientifiques (et les militaires) que la fabrication d'une bombe prendrait au moins cinq ans, et l'armée s'est progressivement désintéressée de la fission nucléaire. L'Allemagne n'avait plus les moyens de fabriquer une bombe nucléaire. Une grande partie de l'uranium extrait à Lumbumbashi (Union Minière) fut transférée à l'armée (l'uranium était déjà utilisé dans la fabrication de munitions en raison de sa très haute densité). Les quantités restantes étaient insuffisantes pour fabriquer des armes nucléaires.

Les recherches furent transférées à un autre institut, puis à un autre, et ainsi de suite. Les compétences furent réparties entre différents centres de recherche, et les objectifs restèrent flous. Les allemands se limitèrent finalement à construire un réacteur nucléaire classique afin d'approfondir leurs connaissances en physique nucléaire. Après la guerre, on découvrit que les physiciens allemands s'étaient complètement trompés dans leurs calculs.

Aux États-Unis, l'uranium naturel était enrichi afin d'obtenir une réactivité suffisante (une réaction nucléaire pouvait ainsi être déclenchée plus facilement). L'uranium naturel étant moins radioactif, il nécessitait l'utilisation d'eau lourde comme modérateur, au lieu d'eau ordinaire (cette dernière absorbant trop de neutrons). C'est pourquoi l'Allemagne a eu besoin d'eau lourde pendant la Seconde Guerre mondiale. Le dilemme était simple : enrichir l'uranium naturel (difficile) ou utiliser de l'eau lourde (faisable).

La construction d'un réacteur nucléaire («Uranmaschine») semblait, dans tous les cas, une option plus réaliste. Ce réacteur fonctionnerait avec de l'uranium naturel, l'enrichissement étant jugé trop complexe. Cela impliquait l'utilisation d'eau lourde au lieu d'eau «normale». L'eau lourde sert de modérateur, elle ralentit les neutrons afin qu'ils puissent initier la fission nucléaire. L'eau normale ralentit également les neutrons, mais elle en capture un trop grand nombre, empêchant ainsi toute réaction nucléaire avec l'uranium naturel. Le nombre de neutrons est tout simplement insuffisant pour atteindre la criticité : des neutrons sont libérés lors de chaque fission nucléaire, mais pas en nombre suffisant pour entretenir la fission.

Dans l'eau lourde, l'hydrogène est remplacé par du deutérium, un isotope de l'hydrogène. Là encore, le pourcentage de deutérium est très faible par rapport à l'hydrogène normal, mais le rendement d'enrichissement est plus élevé. Du fait de leur nature isotopique, la séparation ne peut être réalisée chimiquement mais uniquement physiquement. La différence de masse importante entre le protium (hydrogène normal) et le deutérium facilite grandement cette séparation. La séparation de l'eau lourde a eu lieu en Norvège, mais les installations étant fréquemment bombardées, les Allemands n'ont eu accès qu'à des quantités limitées d'eau lourde.

En réalité, le graphite aurait également pu servir de modérateur, mais les impuretés présentes dans la matière première utilisée dans les dispositifs expérimentaux ont conduit les chercheurs à conclure que le graphite ne pouvait pas être utilisé. Le graphite utilisé comme modérateur contenait du bore et du cadmium, deux substances qui absorbent fortement les neutrons. De nos jours, le graphite purifié est le modérateur le plus couramment utilisé dans les centrales nucléaires et on injecte du bore dans l'eau du circuit primaire s'il faut stopper le réacteur d'urgence.

Plusieurs réacteurs expérimentaux furent construits, mais souvent détruits par les bombardements avant d'avoir pu donner des résultats. Le dernier réacteur qui tenait compte des essais avec les versions précédentes, fut construit dans une grotte à Haigerloch. Sa construction débuta en janvier 1945, alors que tout espoir de victoire allemande était depuis longtemps perdu.

Le réacteur se composait d'un cylindre en béton contenant une cuve en aluminium de 210cm de diamètre, remplie d'eau. À l'intérieur de cette cuve se trouvait une seconde cuve de 124cm de diamètre. Environ 10 tonnes de graphite, destinées à servir de réflecteur de neutrons, étaient placées entre les deux cuves. Il s'agissait d'ailleurs de vestiges d'autres installations expérimentales dont le fonctionnement était interrompu par les bombardements.

Dans la cuve intérieure, des blocs d'uranium étaient suspendus à des câbles en aluminium. Ce dispositif inhabituel ne correspond pas aux réacteurs nucléaires modernes où les pastilles de combustible nucléaire sont placées dans des cylindres. Les blocs d'uranium pesaient en tout environ 1,5 tonne.

Une source de neutrons (radium-béryllium) a été introduite pour amorcer les réactions nucléaires. L'uranium naturel n'est pas suffisamment radioactif pour déclencher une réaction nucléaire. Des barres ont également été prévues pour accueillir les instruments de mesure. Aucun dispositif pour bloquer les réactions nucléaires n'était prévu (absence de barres de contrôle).

La chambre de réaction a ensuite été remplie d'eau lourde par une cheminée. L'eau lourde, servant de modérateur, permet aux neutrons produits de fissionner d'autres noyaux d'uranium. La réactivité était en effet déterminée par la quantité d'eau lourde présente dans le cœur.

Réacteur à Haigerloch

Des calculs ultérieurs ont montré que le réacteur aurait dû être 1,5 fois plus grand pour y parvenir. Le CP-1 (Chicago Pile 1, utilisé pour la recherche aux États-Unis) utilisait 4,9 tonnes d'uranium naturel.

Et puis, bien sûr, les Américains étaient brusquement sur place sans y être invités et les expériences ont dû être interrompues. Les mesures effectuées par la suite indiquent qu'aucune trace de plutonium n'a été trouvée dans les blocs d'uranium, signe que les réactions nucléaires se déroulaient à un niveau très faible.

La différence entre l'Allemagne et l'Angleterre est particulièrement frappante sur cette photo prise en 1939. Alors que l'Allemagne travaillait à la mise au point de la bombe atomique, l'Angleterre (et la France) s'attendaient à une guerre de tranchées comme celle de 1914-1918, et non à une guerre éclair (Blitzkrieg). Ce sont des abris antiatomiques individuels qu'on voit sur la photo.

L'Angleterre et la France n'ont pu développer de centrales nucléaires que grâce au soutien des États-Unis.