Nucléaire : il n'y a pas de risques de prolifération avec les réacteurs actuels

[Tribune] Hervé Nifenecker

Dieu merci il est difficile de construire une bombe atomique. Il faut d'abord se procurer ou fabriquer le matériau : uranium très enrichi ou plutonium de bonne qualité. Puis il faut mettre l'explosif nucléaire sous forme métallique, lui donner la forme adéquate sans provoquer d'accident de criticité, mettre au point les explosifs classiques et les mettre en place. Ceci est, bien sûr valable pour les états qui désirent acquérir des armes nucléaires. Ce ne l'est pas pour les organisations terroristes qui pourraient voler des armes.

Dieu merci il est difficile de construire une bombe atomique. Il faut d’abord se procurer ou fabriquer le matériau : uranium très enrichi ou plutonium de bonne qualité. Puis il faut mettre l’explosif nucléaire sous forme métallique, lui donner la forme adéquate sans provoquer d’accident de criticité, mettre au point les explosifs classiques et les mettre en place. Il faut aussi pouvoir procéder à des essais, ou, à défaut, disposer de programmes de simulation très évolués. Il faut donc des neutroniciens, des métallurgistes, des artificiers, des chimistes et des spécialistes des mesures nucléaires. Ceci est, bien sûr valable pour les états qui désirent acquérir des armes nucléaires. Ce ne l’est pas pour les organisations terroristes qui pourraient voler des armes.

Les sources des explosifs nucléaires

Les matières premières pour la fabrication d’une arme nucléaire sont l’uranium 235 enrichi à au moins 90 % et le plutonium 239. La bombe de Hiroshima faisait appel à l’uranium 235. Cette bombe était du type « canon » dans lequel la réunion d’un « obus » et d’une cavité en uranium 235 suffit pour provoquer une explosion nucléaire. La masse d’uranium 235 dans ce type d’engin était de l’ordre de 60 kg.Il est impossible d’utiliser la technique du canon pour le plutonium 239 car celui-ci est toujours accompagné de plutonium 240 qui est un fort émetteur de neutrons du fait d’une probabilité élevée de fission spontanée. Pour le plutonium « militaire », le nombre de neutrons émis par seconde est de 63, alors que pour l’uranium 235, il est de 0,0003.

Composition isotopique du plutonium optimisé pour les armes et extrait des réacteurs de type REP La réalisation d’un engin utilisant du plutonium exige d’utiliser un système d’implosion, beaucoup plus difficile à mettre au point que le système « canon ».

La séparation de l’uranium 235

La première séparation de l’uranium 235 a été faite aux USA, dans le cadre du projet Manhattan grâce à une batterie de séparateurs isotopiques, les calutrons, (une sorte de cyclotron, construit par E.O.Lawrence). La consommation électrique de ces équipements était considérable et la technique fut abandonnée au bénéfice de la diffusion gazeuse. Seul l’Irak de Saddam Hussein lança un programme de séparation basé sur 90 calutrons consommant 140 MW [1]. La suite du programme américain fut réalisé grâce aux usines de diffusion gazeuse d’Oak Ridge. Il faut remarquer que les calutrons de Saddam n’avaient pas été détectés par les experts de l’AIEA avant la fin de la première guerre d’Irak. La technique des calutrons ne présente pas de difficultés majeures.Les usines de séparation par diffusion gazeuse ne sont pas aussi discrètes et se prêtent mieux à une détection par la mesure de l’activité alpha due à des émissions d’uranium. De plus la taille des usines de diffusion gazeuse se prête à une détection aérienne. Par contre, la technique de centrifugation qui est désormais le standard pour la séparation isotopique rend très difficile la détection d’installations clandestines.

La production de plutonium

Le plutonium peut être produit dans des réacteurs de recherche ou dans des réacteurs de production. Il est pratiquement impossible de dissimuler un réacteur. Pour les inspecteurs de l’AIEA, il peut être important de savoir quand les combustibles sont déchargés d’un réacteur. Un programme clandestin de production de plutonium peut utiliser des réacteurs de recherche pour irradier des cibles d’uranium naturel. Ces cibles peuvent être extraites réacteur en marche, et donc sans attirer l’attention des inspecteurs.Il en est de même pour les réacteurs pourvus d’une machine de déchargement en marche comme les réacteurs CANDU. De plus l’extraction de l’uranium irradié peut se faire de telle manière que le plutonium produit ait la qualité militaire. Au contraire, les réacteurs de puissance de type REP ou REB ne peuvent être déchargés qu’à l’arrêt. Une surveillance par satellite permet de détecter l’état de marche ou d’arrêt de ces réacteurs grâce à leur plus ou moins grande émission infrarouge. Une fois extrait le combustible irradié, il est nécessaire de le retraiter pour obtenir le plutonium. La première opération consiste à cisailler l’élément combustible. De ce fait, le krypton 85 qui a une période de 10,7 ans et qui est produit dans la fission est relâché et sa détection est assez facilement réalisée. Sa production est d’autant plus importante que le combustible a été plus irradié et, bien sûr que la quantité de combustible retraité est plus importante. En conclusion la détection d’une production clandestine de plutonium est beaucoup plus facile que celle d’un enrichissement clandestin en uranium 235.

Pourquoi le plutonium est-il difficile à utiliser ?

Nous avons vu que l’utilisation du plutonium rendait nécessaire le recours à la technique de l’implosion. Nous allons essayer d’expliquer pourquoi. Le principe de l’explosion nucléaire est de créer une configuration la plus super-critique possible et d’y déclencher une réaction en chaîne. Une réaction en chaîne ne peut être initiée que par la présence de neutrons. Pratiquement, on essaye de réaliser la configuration super-critique et dès qu’elle est atteinte d’injecter une impulsion de neutrons. Au fur et à mesure que la réaction en chaîne se développe, de l’énergie est produite dans l’explosif nucléaire, la température et la pression augmentent, ce qui conduit à une perte d’uranium ou de plutonium par « évaporation ». Cette perte entraîne une diminution du facteur de multiplication neutronique jusqu’à ce que la réaction en chaîne s’arrête. Pour atteindre un bon rendement de l’engin, il faut donc que le développement de la réaction en chaîne se fasse aussi vite que possible.

Le plutonium extrait des réacteurs REP peut-il servir à fabriquer une bombe ?

Le plutonium issu des réacteurs se distingue du plutonium militaire de deux points de vue : une diminution du facteur de multiplication neutronique d’environ 10 %, d’une part, une augmentation de l’émission spontanée de neutrons, d’autre part. La diminution du facteur de multiplication n’est sans doute pas rédhibitoire.Par contre, la multiplication par 6 du nombre de neutrons spontanés multiplie par près de 6 la probabilité d’un tir faisant long feu, c’est à dire que cette éventualité arriverait une fois sur deux. Par ailleurs, la présence de plutonium 238, de période égale à 86 ans dans le plutonium extrait des réacteurs REP causerait un échauffement 4 à 5 fois plus élevé que dans le cas du plutonium militaire, ce qui poserait des problèmes avec les explosifs. Enfin, le plutonium 241 se transforme en Américium 241 avec une période de 14,4 années. L’américium 241 est un poison neutronique réduisant encore de 10 % le coefficient de multiplication neutronique. Les américains ont fait exploser un engin utilisant du plutonium extrait d’un réacteur anglais de type Magnox.En résumé, il semble possible mais compliqué d’utiliser du plutonium extrait de réacteurs pour fabriquer un engin explosif. Mais la vraie question est de savoir pourquoi les états désirant acquérir l’arme nucléaire devraient faire compliqué alors qu’ils peuvent faire simple, en enrichissant l’uranium avec des centrifugeuses, ou en produisant du plutonium avec de petits réacteurs de recherche. Il faut souligner qu’avec la facilité d’enrichir l’uranium que donnent les centrifugeuses, la voie du plutonium, même de qualité militaire, apparaît bien compliquée. C’est ce que semblent avoir compris les Iraniens.

Et le danger terroriste ?

Il est très peu probable que des groupes terroristes puissent acquérir la technologie des bombes à plutonium. Ce ne serait pas impossible pour les bombes à uranium, mais cela demande de grosses quantités d’uranium 235.En réalité, le danger qui paraît le plus grave est celui de groupes terroristes se procurant une bombe opérationnelle grâce à des complicités dans les structures militaires de certains états comme le Pakistan. Je ne vois malheureusement pas comment conjurer ce danger, si ce n’est grâce à des services secrets efficaces. Ajoutons qu’il existe des techniques qui permettent de détecter des engins explosifs. On peut, en effet, coupler détection de rayons cosmiques et détection de neutrons pour révéler la présence de corps dans un camion, un container et, plus difficilement, dans un bateau. Encore faudrait-il qu’il y ait suffisamment de systèmes de détection installés, et encore, faudrait-il savoir où… [1] 1http://en.wikipedia.org/wiki/CalutronIngénieur et docteur ès sciences, Hervé Nifenecker est conseiller scientifique à l’Institut des sciences nucléaires (ISN) de Grenoble jusqu’en 2008. Président du collectif Sauvons le climat, qu’il a créé en 2004, il participe activement au débat citoyens sur l’EPR et le traitement des déchets nucléaires. Il a organisé le pré-Grenelle de l’environnement, qui s’est tenu le 10 octobre 2007 au Sénat.