QUE SAIS-JE ?

L’arme nucléaire

BRUNO TERTRAIS

Maître de recherche à la Fondation
pour la recherche stratégique

Du même auteur

L’Asie nucléaire, Paris, IFRI, 2001 (avec Isabelle Cordonnier).

La guerre sans fin, Paris, Le Seuil, 2004.

Dictionnaire des enjeux internationaux, Paris, Éd. Autrement, 2006.

La France et la dissuasion nucléaire, Paris, La Documentation française, 2007.

Iran : la prochaine guerre, Paris, Le Cherche Midi Éd. 2007.

Bibliographie thématique

« Que sais-je ? »

Paul Reuss, L’énergie nucléaire, n° 317

Jean-Luc Mathieu, La défense nationale, n° 2028

Philippe Braillard, Mohammad-Reza Djalili, Les relations internationales, n° 2456

Olivier Lepick, Les armes chimiques, n° 3472

Olivier Lepick, Patrice Binder, Les armes biologiques, n° 3599

978-2-13-061570-5

Dépôt légal — 1re édition : 2008, février

© Presses Universitaires de France, 2008
6, avenue Reille, 75014 Paris

Introduction

L’arme nucléaire a suscité une rupture profonde dans l’Histoire. La bombe d’Hiroshima avait autant de puissance que tous les engins lancés pendant la campagne aérienne du Blitz, mais fit deux fois plus de victimes. La révolution nucléaire naît de la capacité de destruction inégalée, instantanée, et certaine, de l’arme atomique, avec des effets encore mystérieux à l’époque pour le grand public (radioactivité). Ce n’était pas la première fois que la population d’une ville était ainsi décimée : les Alliés avaient multiplié les bombardements massifs au cours de la guerre, dont certains particulièrement meurtriers (Dresde, Tokyo...). Mais c’était la première fois qu’une attaque contre un centre urbain était perpétrée de manière aussi soudaine et massive, avec un engin mille fois plus puissant que la plus grosse bombe alors en service. Associée au missile balistique intercontinental, l’arme nucléaire permet de faire peser, pour la première fois dans l’histoire de l’humanité, une menace de destruction totale sur n’importe quel point de la planète.

L’arme nucléaire fait ainsi partie des « armes de destruction massive », expression forgée par l’ONU en 1946, qui recouvre également les moyens chimiques, biologiques et radiologiques. Pourtant, les armes nucléaires se distinguent à bien des égards. Juridiquement, d’abord : contrairement aux armes chimiques et biologiques, elles ne font pas l’objet d’un traité d’interdiction généralisée. Techniquement, ensuite : elles sont les seules à produire des effets massifs à la fois sur les infrastructures et les matériels (comme les explosifs conventionnels) et sur les êtres humains (comme les armes chimiques, biologiques et radiologiques). Stratégiquement, enfin : elles sont les seules à être à ce point associées à la dissuasion, c’est-à-dire à la prévention de la guerre.

C’est le 2 août 1939 que commence véritablement l’histoire de la Bombe : Albert Einstein écrit au président Roosevelt pour l’alerter sur le risque de voir l’Allemagne nazie se doter d’une arme dont le principe de fonctionnement reposerait sur la fission de l’atome. Ce principe est décrit pour la première fois de manière précise dans le mémorandum Frisch-Peierls, écrit par deux physiciens britanniques en mars 1940. Le projet Manhattan, gigantesque effort conduit à partir de 1942 dans le plus grand secret, sous la houlette du général Leslie Groves, par Robert Oppenheimer et son équipe, débouche au matin du 16 juillet 1945 sur l’explosion expérimentale (Trinity) d’un engin dénommé Gadget, près d’Alamogordo (Nouveau-Mexique), au lieu-dit Jordana del Muerte. Il s’agit d’un engin au plutonium d’environ 21 kilotonnes, du même type que celui qui sera utilisé sur Nagasaki quelques jours plus tard¹.

Plus de soixante ans après les événements de 1945, l’ombre portée de l’arme nucléaire sur les relations internationales est toujours aussi imposante. Le choc des attentats du 11 septembre 2001 a fait passer le risque terroriste au premier plan des considérations de sécurité, et le développement des technologies donne aux moyens dits conventionnels une place de nouveau centrale dans les stratégies militaires. Mais près de vingt ans après la fin de la guerre froide, l’arme nucléaire continue d’être le socle des dispositifs de défense des pays occidentaux (États-Unis, Royaume-Uni, France, Israël), et a acquis un rôle primordial dans les politiques de sécurité de la Russie, de la Chine, de l’Inde, du Pakistan et de la Corée du Nord. C’est dire à quel point elle résiste aux transformations du contexte stratégique. Initialement conçue pour la guerre contre l’Allemagne nazie, utilisée contre le Japon impérial, censée éviter la guerre contre la Russie soviétique, elle est aujourd’hui considérée dans les pays occidentaux comme une double assurance contre les risques liés à la prolifération et l’hypothèse de résurgence d’une menace majeure. Pour d’autres pays, en revanche, elle est devenue un instrument politique d’influence, de puissance et d’affirmation de soi.

L’attrait de l’arme nucléaire est donc intact, et les questions nucléaires font aujourd’hui l’objet de controverses passionnées. Cet ouvrage se propose de donner les clés nécessaires à la compréhension de ces débats. Il présente d’abord la technologie et les effets des armes (chap. I), bases nécessaires à la compréhension du concept de dissuasion nucléaire et de ses déclinaisons (chap. II). Il fournit ensuite un état des lieux de la « planète nucléaire » et analyse l’impact de l’arme nucléaire sur la scène politique mondiale (chap. III). Enfin, il décrit les efforts de limitation des dangers nucléaires, c’est-à-dire la maîtrise des armements et la lutte contre la prolifération (chap. IV)².

Chapitre I

Technologie des moyens nucléaires

I. – La fabrication et le fonctionnement des armes

1. La technologie des armes. – La formule d’une arme à fission (bombe A) rudimentaire est passée dans le domaine public depuis très longtemps, et elle est à la portée d’une équipe de physiciens et d’ingénieurs même relativement inexpérimentée, à condition, bien sûr, de disposer de la matière nécessaire, ce qui reste un obstacle essentiel. En revanche, les armes thermonucléaires (bombes H) modernes des arsenaux occidentaux, dont le principe de fonctionnement fait intervenir non plus la fission mais la fusion des atomes, sont des réalisations extraordinairement sophistiquées.

Les armes nucléaires ont recours à des matières dites fissiles³. Il s’agit d’éléments de la famille des actinides, essentiellement l’isotope 235 de l’uranium (U-235) et l’isotope 239 du plutonium (Pu-239). L’énergie développée par la réaction de fission provient du bombardement du noyau de l’atome par des neutrons. La fission libère des neutrons, qui à leur tour vont bombarder d’autres noyaux, etc. – d’où l’expression « réaction en chaîne ». Les matières fissiles proviennent du traitement de l’uranium, mais il existe deux filières possibles pour obtenir une bombe : celle de l’uranium enrichi et celle du plutonium.

L’uranium que l’on trouve à l’état naturel est composé à 99,3 % d’U-238 et seulement à 0,7 % d’U-235. Il est nécessaire de le traiter pour augmenter le taux d’U-235. Le minerai est d’abord concentré en une pâte de couleur jaune (d’où son nom de yellowcake), composée à 80 % d’oxyde d’uranium (U3O8), qui va subir une série de traitements chimiques pour être transformé en tétrafluorure d’uranium (UF4). Le résultat final de ce processus de conversion est un composé gazeux appelé hexafluorure d’uranium (UF6). Celui-ci va alors subir un processus de raffinement appelé enrichissement : les isotopes U-235 et U-238 sont séparés pour pouvoir disposer du concentré le plus riche possible en U-235.

L’enrichissement peut se faire de plusieurs manières, mais la plus courante aujourd’hui est l’enrichissement par ultracentrifugation en phase gazeuse. L’UF6 est introduit sous forme de gaz dans des centrifugeuses installées en cascades qui, l’une après l’autre, séparent les deux types de matières, processus rendu possible par la différence de poids entre les deux isotopes. Ces centrifugeuses sont des machines complexes et sensibles, dont la fabrication requiert un usinage de haute précision et l’emploi de matériaux très résistants. Leur fonctionnement exige une grande stabilité physique (sol) et électrique (alimentation).

C’est ici que divergent les chemins du nucléaire civil et du nucléaire militaire. S’il s’agit de produire du combustible pour les centrales nucléaires, on arrête le processus d’enrichissement vers 3-5 % d’U-235 (uranium faiblement enrichi, UFE). Mais, s’il s’agit de fabriquer une arme nucléaire, le processus d’enrichissement doit aller au-delà de 20 %, et idéalement jusque vers 93 % (uranium hautement enrichi, UHE). Pour des raisons techniques, cette deuxième phase peut d’ailleurs aller assez vite – l’essentiel est fait lorsque l’on a atteint un seuil de quelque 5 %.

Les armes à l’UHE peuvent être de deux types différents. Le premier est dit à rapprochement (gun type) : une explosion rassemble deux blocs d’UHE, la masse surcritique est atteinte et la réaction de fission démarre. Cette formule simple permet la fabrication d’armes fiables mais lourdes et encombrantes, car elle nécessite une grande quantité d’explosif. Le second, qui est devenu classique, est dit « à implosion » : la matière métallique, sous forme sphérique, est comprimée par une série d’explosions simultanées, et cette compression permet d’atteindre la masse sur-critique. Le bon démarrage de la réaction suppose la présence d’un « initiateur » qui injecte un flux de neutrons au moment de l’implosion⁴.

En fonction de la sophistication de la formule, la quantité de matière nécessaire à une arme de 15 à 20 kilotonnes (comparable à celle d’Hiroshima) varie entre 5 et 50 kg. La technologie de l’arme à implosion est complexe, et requiert la maîtrise d’un grand nombre de paramètres physiques très sensibles. Si ses principes de base sont passés dans le domaine public, la réalisation de l’arme exige un haut degré de technicité (la forme du cœur de l’arme doit être aussi parfaite que possible) et un tour de main qui ne s’acquiert qu’à l’expérience. Pour prendre une comparaison triviale : ce n’est pas parce que l’on dispose d’une recette élaborée par un grand chef que l’on peut nécessairement reproduire le même résultat dans sa cuisine...

L’autre filière possible est celle du plutonium (Pu). Cette matière, qui n’existe quasiment pas à l’état naturel, apparaît par transmutation de l’isotope U-238 sous l’effet d’un bombardement de neutrons. C’est un élément au comportement physique et chimique très particulier, et sa métallurgie est à la fois complexe et dangereuse. On obtient le plutonium par retraitement des barres de combustible brûlé dans certains types de réacteurs nucléaires, ou par irradiation d’une cible d’uranium naturel. Un processus de séparation (retraitement) à l’aide de bains chimiques permet de séparer les différentes matières qui composent le combustible irradié. Pour produire du plutonium de qualité militaire (très riche en isotope Pu-239, de l’ordre de 93 %), il faut que le combustible provienne de réacteurs spécifiques dits à graphite-gaz ou à eau lourde, dont le combustible est l’uranium naturel (non enrichi)⁵.

Pour des raisons physiques, le plutonium permet seulement la réalisation d’armes à implosion. À énergie égale, il faut trois à cinq fois moins de plutonium que d’uranium enrichi pour faire une arme nucléaire. Une arme de 15 à 20 kilotonnes peut donc être réalisée avec quelques kilos de matière. Toutes les armes nucléaires modernes (celles des pays occidentaux et de la Russie) sont des armes à implosion ayant recours au plutonium, car seule cette formule permet d’obtenir des engins de faible poids et d’encombrement limité. En raison des propriétés physiques et chimiques très particulières du plutonium, sa métallurgie est extraordinairement difficile.

Il existe donc plusieurs manières d’obtenir les matières nécessaires à la fabrication de la Bombe, et les filières nucléaires civile et militaire s’entrecroisent à plusieurs reprises. Toutefois, les seules installations véritablement duales (civil/militaire) sont celles d’enrichissement de l’uranium – d’où la controverse sur la finalité de l’usine iranienne de Natanz. Les centrales nucléaires à eau légère destinées à la production d’électricité ne peuvent pas produire du plutonium de qualité militaire⁶. Le combustible irradié dans ces centrales contient trop de Pu-240, isotope caractérisé par une forte tendance à fissionner de manière spontanée. Il n’est certes pas impossible de faire une arme nucléaire avec une telle matière, mais ce serait un engin dangereux, à la fiabilité douteuse, et de faible énergie. De tels critères ne sont généralement pas ceux qui sont recherchés par les États. Quant aux groupes terroristes, ils devraient non seulement se saisir des barres de combustible irradié, mais aussi disposer des moyens de retraitement, et être à même de travailler dans un environnement extrêmement toxique (car le combustible irradié est très radioactif). Seuls quelques États nucléaires ont développé, après essais, des formules d’armes quasiment insensibles à la composition isotopique du plutonium.

Presque tous les programmes nucléaires modernes ont emprunté rapidement la voie du plutonium ; seuls certains États, par manque de moyens et en raison des restrictions appliquées par les pays occidentaux à partir du milieu des années 1970, ont expérimenté la filière de l’uranium enrichi (Afrique du Sud, Irak, Pakistan, Libye...).

Les armes thermonucléaires sont des engins encore plus complexes, et dont la réalisation n’est pas à la portée de n’importe quel pays nucléaire. L’on a coutume de dire que, si la fabrication de l’arme nucléaire est essentiellement un problème d’ingénierie, celle de l’arme thermonucléaire est, elle, un problème de physique, particulièrement ardu à résoudre. La fusion est le processus inverse de la fission. Au lieu d’être dégagée par la fission de noyaux d’éléments lourds, l’énergie provient de la fusion de noyaux d’éléments légers (isotopes de l’hydrogène). À quantité égale de matière, elle dégage une énergie dix fois supérieure à celle de la fission. Ainsi, alors que les premières armes nucléaires étaient d’une gamme d’énergie équivalente à quelques dizaines de milliers de tonnes (kilotonnes, kt) de trinitrotoluène (TNT), les armes thermonucléaires peuvent, elles, dégager des énergies allant jusqu’à plusieurs dizaines de millions de tonnes (mégatonnes, Mt) de TNT⁷. La réaction de fusion est celle qui produit l’énergie dégagée par le soleil, et que les pays industrialisés tentent aujourd’hui de maîtriser à travers le programme International Thermonuclear Research Reactor. Il y a au moins deux parties distinctes dans la formule thermonucléaire : une bombe à fission dont la détonation sert d’amorce (primary), et un « étage de puissance » (secondary), ensemble complexe au cœur duquel se trouve un mélange gazeux (généralement deutérium et lithium) au sein duquel se produit la fusion.

On parle souvent de pays atteignant ou franchissant le « seuil nucléaire ». Mais, entre la mise en route d’un programme nucléaire à vocation militaire (ou la divergence d’un programme nucléaire vers la voie militaire) et la possession d’une force nucléaire crédible, la notion de seuil nucléaire peut s’appliquer à plusieurs étapes différentes : l’obtention de la quantité de matière suffisante pour au moins une arme ; la fabrication d’un engin expérimental ; la militarisation de celui-ci (mise au point d’une bombe ou d’une tête de missile) ; et la mise en place de systèmes d’armes pouvant emporter l’arme sur le territoire adverse. La réalisation d’un essai est symboliquement l’étape la plus importante. Encore faut-il rappeler que certains pays n’ont pas effectué d’essai nucléaire (Israël, en tout cas officiellement), que d’autres ont réalisé un engin expérimental mais ne sont pas tout de suite passés à la voie de la militarisation (cas de l’Inde après 1974), et que d’autres enfin n’ont pas tout de suite réalisé une formule d’arme crédible (cas, sans doute, de la Corée du Nord).

Au cours du temps, les pays industrialisés ont affiné leurs formules d’armes. La gamme des engins réalisés depuis 1945 va de la minuscule Mark-54⁸ américaine (0,01 kt), en service entre 1961 et 1971, jusqu’à l’énorme engin expérimental russe Tsar Bomba conçu par Andreï Sakharov et testé le 30 octobre 1961 (60 Mt). Aujourd’hui, la gamme des armes en service s’est resserrée et va de quelques kilotonnes à 1 Mt. Les craintes parfois exprimées d’un effacement du seuil entre armes nucléaires et armes conventionnelles n’ont pas lieu d’être, en raison du différentiel de puissance qui existe entre les deux catégories⁹. Il n’existe aucun projet connu de réalisation d’armes nucléaires d’une énergie équivalente à celle des armes conventionnelles, c’est-à-dire de quelques tonnes. Cela n’aurait d’ailleurs aucun sens : pourquoi faire des armes nucléaires aux effets semblables à celles des armes classiques, qui sont, elles, « utilisables » ?

Les raffinements apportés à la conception des armes nucléaires depuis 1945 concernent la sécurité et la sûreté des armes, leur poids et leur taille, ainsi que leurs effets. Il est possible d’accroître la puissance d’une arme à fission par un phénomène dit d’exaltation (adjonction d’un générateur de neutrons au deutérium/tritium). La mise en place d’une ou plusieurs couches additionnelles de métaux lourds (béryllium, tungstène...) sous forme d’un tampon ou d’un réflecteur autour du cœur de l’arme permet d’optimiser la réaction nucléaire. Pour augmenter l’énergie des armes thermonucléaires, on peut également jouer sur la composition des différentes couches de l’arme, et par exemple ajouter un étage de fission. À l’inverse, pour réduire l’énergie d’une arme sans faire évoluer sa formule, l’étage de puissance peut être « détimbré » (remplacement d’une partie du mélange fusible par un gaz inerte) ou « dégavé » (remplacement d’une couche de matière fissile par une matière inerte), etc. D’autres techniques peuvent être employées pour augmenter la part du rayonnement neutronique de l’arme (bombe à neutrons), ce qui permet alors de diminuer son énergie. Il est également possible de moduler les effets d’une arme donnée en jouant sur l’altitude de sa détonation.

2. Les essais nucléaires. – Plus de 2 000 essais nucléaires ont été conduits dans le monde depuis 1945 (dont environ la moitié par les États-Unis). Ces essais avaient un double but : il s’agissait, bien sûr, de tester les formules d’armes imaginées par les ingénieurs, ainsi que le vieillissement de certains composants après plusieurs années, mais aussi, pour les États détenteurs, d’affirmer de manière visible leur capacité de dissuasion. Les deux pays qui n’ont pas procédé ouvertement à des essais sont ceux qui n’ont jamais affirmé leur statut nucléaire : l’Afrique du Sud, qui avait mis au point des armes « à rapprochement » de type Hiroshima (formule qui n’a pas besoin d’être testée tellement elle est fiable) ; et Israël, qui a toutefois peut-être procédé à une telle expérience en 1979 dans l’océan Indien.

Les effets des essais nucléaires sur les populations et sur l’environnement font l’objet de débats d’experts et parfois de procédures judiciaires. La plupart des États nucléaires ont effectué leurs essais aériens dans des zones isolées, et les retombées ont généralement été minimes en raison de la dispersion rapide des particules radioactives dans l’atmosphère. Toutefois, dans certains cas, par négligence ou manque de connaissance à l’époque des phénomènes induits par les essais, des populations locales ou des unités militaires ont pu être exposées à des doses radioactives dangereuses. Ce fut le cas notamment aux États-Unis ou en URSS (où les populations ont également été affectées par les pollutions chimiques associées aux essais). Les essais souterrains, en revanche, n’ont eu, dans leur majorité, aucun effet nocif connu pour les populations et la biosphère, car les explosions étaient confinées dans des milieux géologiques...