Physique de guerre : La bataille de l'eau lourde
La bataille de l’eau lourde
Cependant, il ne suffit pas de disposer de neutrons. Encore faut-il que ces particules rencontrent suffisamment de noyaux d’uranium pour entretenir la réaction. Et ce qui complique diablement la situation, c’est que tous les noyaux d’uranium ne sont pas égaux devant la fission. L’uranium contient, en effet, deux isotopes principaux, l’uranium 238, qui constitue 99,3 % du mélange naturel, et l’uranium 235, présent en quantité beaucoup plus faible (0,7 %), dont l’existence n’est connue que depuis 1935. Tous deux sont capables de fissionner sous l’impact de neutrons rapides, mais avec une probabilité si faible qu’elle exclut toute possibilité de réaction en chaîne. Dans une étude théorique du tout nouveau phénomène de fission, Niels Bohr vient de montrer que c’est l’isotope 235, le moins abondant, qui est fissile, c’est-à-dire que c’est lui, et lui seul, qui subit la fission sous l’impact de neutrons ralentis à l’extrême.
Dans l’esprit de Joliot, la situation est claire. Faute de pouvoir utiliser des mélanges enrichis en 235U, voire de l’uranium 235 pur, ce qui est hors de portée des physiciens en cette année 1939, il faut tenter d’entretenir une réaction en chaîne « douce » à partir de l’uranium naturel. Mais cela n’est envisageable qu’à la condition expresse de disposer de quantités importantes de ce précieux combustible, et de ralentir efficacement les neutrons. Joliot effectue en hâte des démarches auprès d’une compagnie belge, pour se procurer de l’oxyde d’uranium. En ce qui concerne les ralentisseurs de neutrons, il parvient à la conviction que les deux éléments les plus efficaces sont l’hydrogène et le carbone. En effet, les neutrons ne peuvent être ralentis que par collision élastique avec des noyaux atomiques, et, selon les lois de la mécanique ce sont les noyaux les plus légers qui emporteront le plus d’énergie au cours de tels chocs.Mais les expériences de Fermi ont montré que certains de ces noyaux absorbent très facilement les neutrons en produisant des isotopes radioactifs, ce qu’il faut éviter à tout prix. Partant de là, l’hydrogène et le carbone semblent constituer le meilleur choix. C’est d’ailleurs pourquoi la paraffine, composé hydrogéné du carbone, ralentit si efficacement les neutrons sans les absorber.Compte tenu de l’élévation de température prévisible dans un réacteur où la fission libérera de grandes quantités d’énergie, la paraffine ne pourrait évidemment pas convenir, mais l’eau et le carbone graphite sont des ralentisseurs possibles. Et dès l’été 1939, l’équipe du Collège de France parvient à réaliser des réactions en chaîne dans des sphères contenant de l’oxyde d’uranium mélangé à de l’eau. Mais, avec ses fidèles collaborateurs, le prix Nobel français se rend compte que l’eau n’est pas le meilleur ralentisseur possible parce que l’hydrogène possède encore une trop grande probabilité d’absorber les neutrons, ce qui réduit leur flux. L’isotope lourd de l’hydrogène, le deutérium, connu depuis 1932, ne présente pas cet inconvénient. L’eau deutérée, encore appelée « eau lourde », où le deutérium remplace l’hydrogène, constituerait donc le ralentisseur idéal. Mais l’eau lourde est très longue à préparer. Il faut électrolyser de l’eau pendant des années pour voir peu à peu le résidu des cuves s’enrichir en eau deutérée.
Joliot est certain que l’énergie de la fission va devenir très vite un des enjeux de la guerre qui vient d’être déclarée en cet automne 1939. Or, les seuls stocks importants d’eau lourde existant au monde sont en Norvège, où l’électrolyse de l’eau constitue depuis longtemps une industrie florissante, en raison du faible coût de l’énergie hydroélectrique. Il ne faut pas qu’ils tombent entre les mains des Allemands. Frédéric Joliot persuade les autorités françaises d’acheter le précieux liquide et de monter une véritable opération de commando pour le mettre en lieu sûr. C’est une des grandes épopées du conflit mondial, et c’est une réussite. En mars 1940, 26 bidons, contenant les 185 kilogrammes constituant le stock mondial d’eau lourde, sont transférés en grand secret d’Oslo à Édimbourg, en Écosse, à bord de deux avions affrétés successivement pour ce transport très spécial. Cette opération a été effectuée après un simulacre de chargement de ces bidons dans un autre appareil, en partance pour Amsterdam, appareil intercepté par la chasse allemande et dûment fouillé, les services secrets allemands ayant été informés de cette mission. Quelques jours plus tard, les 26 bidons d’eau lourde arrivent à Paris où ils sont réceptionnés par Joliot lui-même. Cette aventure constitue le thème du film, « La bataille de l’eau lourde », tourné peu après la guerre, en 1947, et dans lequel Joliot et ses principaux collaborateurs tiennent leur propre rôle.
Malheureusement, les expériences utilisant l’eau lourde comme ralentisseur de neutrons ne purent être accomplies en France. Après deux mois de préparation, elles durent être abandonnées le 16 mai 1940, les troupes allemandes ayant percé le front de Sedan. L’équipe du Collège de France allait être dispersée, et l’eau lourde reprit son voyage. Elle fut d’abord entreposée dans les caves de la Banque de France à Clermont- Ferrand, puis dans une cellule de la prison de Riom ! De là, elle fut bientôt transférée vers Bordeaux, et embarquée avec Halban et Kowarski à bord d’un cargo en partance pour l’Angleterre. Craignant que le bateau ne fût coulé par une torpille ennemie, les savants français firent charger les bidons d’eau lourde sur un radeau qui fut pris en remorque. Le capitaine y plaça également une caisse contenant des diamants industriels en provenance d’Anvers, qui constituaient, avec l’eau deutérée, la part la plus précieuse de son chargement !
Arrivés en Angleterre, Halban et Kowarski tentèrent de poursuivre leurs expériences. Malgré le temps perdu en négociations, ils parvinrent finalement, en décembre 1940, à démontrer qu’il était possible d’obtenir une réaction en chaîne à partir d’uranium naturel et d’eau lourde. Ils avaient suivi le protocole expérimental mis au point avec Joliot avant leur départ. Ils conclurent également que la quantité d’eau lourde dont ils disposaient était 30 fois trop faible pour entretenir une réaction continue à l’échelle industrielle. Néanmoins, le stock mondial d’eau lourde avait bien rempli son rôle. Il avait permis une nouvelle avancée scientifique et surtout, malgré la guerre, il maintenait les chercheurs français dans la mouvance de ces recherches qui devaient mener à l’énergie nucléaire.
Frédéric Joliot, pour sa part, avait décidé de rester dans son laboratoire. Celui-ci fut placé sous le contrôle d’un physicien allemand. Mais, ce n’était pas un ennemi. C’était Wolfgang Gentner qui, par solidarité avec ses collègues français, s’était porté candidat pour cette mission. Le jeune chercheur, qui avait si opportunément introduit le compteur Geiger parmi les équipements de l’institut du radium en 1934, et qui admirait beaucoup Joliot, devait s’efforcer d’adoucir cette mise sous tutelle pendant les années d’occupation. Il parvint à protéger efficacement son collègue et ami. Celui-ci ne tarda pas à entrer dans la résistance, et poursuivit cette double activité jusqu’au début de 1944, date à laquelle il entra dans la clandestinité.
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