La crevette qui fait sauter les fusibles : Castle Bravo et le lithium
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La "Crevette" (Shrimp) en cours d’acheminement à Bikini une semaine avant le tir. Crédits photo : Los Alamos Nuclear Laboratory, Alex Wellerstein (à l'origine de la requête de déclassification) |
L’essai Castle Bravo, effectué à Bikini (Îles Marshall) le 1er Mars 1954 est le tir nucléaire américain le plus puissant jamais effectué, développant une puissance de 15 mégatonnes d’équivalent de TNT. Ce tir est également particulièrement notable de par les conséquences radiologiques et humaines étendues. Il est intéressant de pointer que l’une des raisons de ces conséquences tient du fait que la puissance attendue était de 5 mégatonnes, bien inférieure à ce qui fut libéré lors de l’essai.
L’essai et ses conséquences sont le sujet du 2e épisode d’une série de podcasts de Radio France animés par Thomas Snégaroff et Renaud Meltz. Au sein d’une capsule courte (de 15 minutes), les implications et conséquences de l'essai sont bien soulignées.
La cause technique de cet accident, qui voit ainsi la sous-estimation de la puissance de l’engin testé, n'est pas évoquée. Il paraît évident qu’il fallait que cette capsule reste brève et simple. De plus, cette question technique n’est pas très pertinente dans la vision générale d’une série sur l’arme nucléaire et de ses conséquences. L’intérêt porté à l'ambiguïté de l’attitude des institutions au dépend des populations a pris le dessus, ce qui est un choix plus que compréhensible. Cela ne manque donc pas dans le podcast.
Il peut cependant être intéressant de parler de cette cause, car elle permet d’évoquer le fonctionnement des armes thermonucléaires, surtout les questions sur le combustible destiné à la fusion nucléaire ainsi que sa production. La réaction de fusion utilisée par les armements thermonucléaires est la fusion du deutérium et du tritium, deux isotopes de l’hydrogène (d'où le fait qu’on parle de la “Bombe H"). Cette réaction de fusion peut être déclenchée par l’énergie d’une petite bombe A servant de détonateur.
Les premières réactions de fusion engendrées par un processus humain eurent lieu en mai 1951, lors de l’opération américaine Greenhouse. L’essai Greenhouse George (220 kilotonnes) fut un test de démonstration impliquant une bombe A entourée de deutérium et de tritium à température cryogénique, alors que l’essai Greenhouse Item (45 kilotonnes) a permis de tester un engin à fission dopée, en injectant du deutérium et du tritium dans le coeur nucléaire lors de la détonation dans le but de créer une réaction de fusion. La fusion Deutérium-Tritium crée un neutron, celle-ci peut donc permettre de “doper” la fission d’un cœur fissile et tirer plus d’énergie de celui-ci (sans dopage, l'engin Item n'aurait eu qu'une puissance d'environ 30 kilotonnes[1]). Dans les deux cas, les réactions de fusion thermonucléaire seules ont créé une quantité négligeable d’énergie, mais les mesures ont montré que des neutrons de très haute énergie ont été repérés, confirmant ainsi que des réactions thermonucléaires ont eu lieu.
Ce n’est que l’année suivante, lors de l’opération Ivy qu’un véritable engin thermonucléaire, Ivy Mike fut testé. Impliquant du deutérium à températures cryogéniques dans une grosse installation, cet essai (atteignant une puissance de 10 mégatonnes) relevait plus de l’expérience que du véritable test militaire. Les applications pratiques d’un tel engin étaient impossibles à mettre en service, à moins de compter sur une bombe ressemblant à un thermos géant comme la Mk-16, bombe thermonucléaire intérimaire "d'urgence" pesant 18 tonnes !
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| La "saucisse" d'Ivy Mike (gauche) et les instruments de mesure (droite). Crédits photo : US Department of Energy |
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La campagne d'essais nucléaires Castle avait pour but de tester (au sol) des engins pouvant être beaucoup plus facilement transportés par avion, et donc militarisables. Castle Bravo impliquait un engin (surnommé “SHRIMP”, crevette en français) de 10,6 tonnes dont le combustible “fusible” était composé de deutérure de lithium. Ce composé solide à température ambiante tire son utilité du fait que le lithium-6, présent à hauteur de 7% dans le lithium naturel, peut être fissioné en tritium lorsque bombardé de neutrons. Ceci permet ainsi de disposer d’un précurseur stable et "sec" de tritium, qui a une demi-vie relativement courte (12 ans). L’approvisionnement en lithium-6 était compliqué à ce moment, les capacités de séparation isotopiques spécialisées étant en cours de construction. Seulement 40% du lithium présent dans la bombe était l’isotope recherché. Le reste était composé de lithium-7, présent à hauteur de 93% dans le lithium naturel, alors considéré comme totalement inerte.
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Un échantillon de deutérure de lithium. Crédits photo : NASA Le lithium-7 peut cependant fissioner en tritium lorsque bombardé par des neutrons à haute énergie, comme ceux issus d’une fusion thermonucléaire. Beaucoup plus de tritium a donc été libéré dans la détonation de l’arme, permettant ainsi d’augmenter la puissance de l’essai, qui ira même détruire des bunkers ou des instruments de mesure étaient stockés.
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Les capacités de séparation isotopique de lithium n’étaient donc pas encore développées totalement. Les efforts pour industrialiser des processus ont été commencés en 1950. Trois procédés ont été ainsi expérimentés, ayant comme point commun d'utiliser l’affinité du Lithium-6 pour créer des amalgames avec le mercure : ELEX (Electrical Exchange), OREX (Organic Exchange) et COLEX (Column Exchange). L’engin de Castle Bravo a été fabriqué à un moment où seul le procédé ELEX est complètement opérationnel, avec une ligne pilote mise en service dès 1951, et une ligne de production fonctionnant à partir d'août 1953. Le procédé OREX voit la construction de deux lignes pilotes différentes en 1951 et 1953, qui furent finalement arrêtées, le procédé n’atteignant pas les objectifs promis. Le procédé COLEX, qui eu le plus de succès, a été expérimenté par une usine pilote dès 1952, avant la mise en service de deux lignes de production en 1955.
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| L'extérieur de la machinerie COLEX, à Oak Ridge, lors des opérations de dépollution. Crédits photo : US Department of Energy |
Castle Bravo a eu un impact humain considérable, que ce soit sur les populations, les militaires américains présents ou l’équipage du thonier japonais Daigo Fukuryū Maru. La puissance de l'explosion a contaminé et projeté des quantités de poussières, de sédiments et de vapeur. Si la fusion du deutérium et du tritium donne de l’hélium stable comme produit, les neutrons qu’elle engendre peuvent irradier d’autres éléments. Cette particularité est d’ailleurs utilisée afin d’obtenir encore plus de puissance, en ajoutant un troisième étage à fission dans des armements thermonucléaires. Les neutrons issus de la fusion thermonucléaire peuvent fendre l'uranium appauvri, rendant ainsi "peu onéreux" l'augmentation de puissance en utilisant un isotope "moins" utile. La compression du carburant fusible nécessite également du plutonium et de l’uranium enrichi, en plus du détonateur à fission. La bombe à hydrogène n’est donc pas plus propre que la bombe A, loin de là.
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Notes :
[1] : Hansen, page 258, vol.II
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Bibliographie/Sitographie
HANSEN, Chuck, Swords of Armageddon: U.S. Nuclear Weapons Development since 1945, 2e édition, Chukelea Publications, 2007.
LOBNER Peter, "Timeline for Cold War era lithium enrichment at the Oak Ridge Y-12 Plant", Lyncean Group of San Diego, 2020
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