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Discours de Paul Brouzeng : de la découverte d'Henri Becquerel aux premières applications énergétiques

Professeur, directeur du Groupe d'Histoire et de Diffusion des Sciences d'Orsay

Biographie :

BROUZENG Paul

Compte rendu :

Transcription :


17 octobre 1997 Le devenir d'une découverte: des découvertes de la radioactivité et de la fission aux applications énergétiques de l'atome

Discours de Paul Brouzeng :



Cette intervention se donne pour objectif de mettre en évidence les événements principaux qui ont jalonné l'histoire depuis la découverte du phénomène de la radioactivité jusqu'aux premières applications énergétiques (militaires puis industrielles) au cours de la première moitié du XXe siècle (plus précisément de 1896 à 1958). Nous tenterons de préciser comment se sont imbriqués les progrès des connaissances et des techniques dans les changements, bouleversements et grandes tragédies qui ont marqué l'histoire de la civilisation au cours de cette période. Nous privilégierons le rôle des hommes confrontés à de nouveaux défis et contraints à des choix difficiles, parfois contradictoires (destruction ou développement durable), déterminants pour l'avenir. L'accent sera mis sur le caractère inédit des rapports qui se sont établis entre scientifiques et membres des communautés sociales dans un contexte où à certains moments, interviennent de manière décisive, "le politique" et le "militaire". Nous analyserons les comportements des scientifiques "pris dans la tourmente", face aux enjeux et la manière dont ils ont assumé leurs responsabilités.

Avant d'entrer dans le vif du sujet, nous ferons deux remarques :

La première concerne le choix du nucléaire civil retenu pour illustrer le thème des entretiens 'Science et Ethique". L'approche historique permet de mieux comprendre l'état des connaissances et de mieux appréhender les interrogations contemporaines en ce domaine. Vous comprendrez que ce regard porté sur l'évolution du savoir et des innovations technologiques en ce qui concerne la radioactivité et l'atome déborde largement la dimension "civile" des disciplines concernées. Nous serons conduits naturellement à traiter ici également des aspects militaires qui, à partir du début des années 40, ont contribué de manière essentielle et déterminante au développement des recherches et des applications dans les laboratoires et les industries.

Ma deuxième remarque porte sur l'intitulé du thème de la journée : "De la découverte aux applications".

Pour dire d'abord qu'il est parfaitement pertinent en ce qui concerne les disciplines de la radioactivité (et de l'atome) où, il est vrai, les découvertes ont précédé les applications et les ont même provoquées. Il fallait évidemment que la science fondamentale fût suffisamment avancée pour que l'on imaginât d'utiliser la formidable quantité d'énergie contenue dans les noyaux des atomes (et inscrite dans les formules depuis quelques décennies) avant de réaliser les premières applications militaires et civiles.

Ce cheminement, "exemplaire" en quelque sorte, allant de la théorie aux applications, est loin d'être suivi dans d'autres champs disciplinaires, où au contraire, bien des applications industrielles ont précédé les explications et les justifications théoriques J'en prendrai pour seul exemple celui de l'énergétique. Dans ce cas, les interactions science-technique sont plus complexes : la machine à vapeur a transformé (pour ne pas dire créé) l'activité industrielle bien avant que les scientifiques théoriciens n'énoncent les lois qui régissent leur fonctionnement. La première machine - certes expérimentale et rudimentaire - date de 1700, les lois et principes qui expliquent les phénomènes d'échange entre travail et chaleur ont été établis dans la première moitié du XIXe siècle plus précisément entre 1 824 (publication des Réflexions sur la puissance motrice du feu de Sadi Carnot) et 1 842 (vérifications expérimentales du premier principe par Joule et Mayer notamment). Et bien que n'étant pas spécialiste de l'histoire de la biologie, je crois pouvoir affirmer que les imbrications de la théorie et des applications dans les disciplines qui la constituent sont tout aussi complexes.

Le travail de l'historien ne peut se passer de repères chronologiques. Ceux qui vous sont proposés dans les tableaux joints ne prétendent pas à l'exhaustivité. Ils ont été choisis en fonction du sujet traité. Les grandes périodes qu'ils distinguent correspondent à des modes de fonctionnement différents et clairement identifiés. On trouvera évidemment dans chacune d'entre elles, des événements annonciateurs des mutations ultérieures ainsi que la persistance d'éléments caractéristiques de fonctionnements antérieurs. Néanmoins, ce découpage n'a rien d'arbitraire. Il correspond à des changements significatifs dans l'évolution du domaine concerné.

Les découvertes initiales : la science désintéressée

L'aventure commence un matin d'hiver 1896 dans le bureau d'Henri Becquerel, professeur de physique au Muséum d'Histoire Naturelle. Il avait, la veille, rangé dans le même tiroir des sels d'uranium et une plaque photographique recouverte d'un cache noir, tout cela évidemment à l'abri du soleil. Il découvre que la plaque est impressionnée par un rayonnement mystérieux qui ressemble aux rayons X découverts l'année précédente par le physicien allemand Wilhelm Roentgen.
La suite met en scène Marie et Pierre Curie qui, dès 1898, cherchent à déterminer d'abord l'intensité du rayonnement et constatent que cette intensité est beaucoup plus importante lorsqu'il est émis par des minerais d'uranium que par de l'uranium pur. Ces recherches aboutirent à la découverte du polonium puis du radium. En 1906 après la mort accidentelle de Pierre Curie, fut créé pour Marie Curie un véritable laboratoire à la faculté des sciences de Paris : l'Institut du Radium.

Ainsi, conformément a une caractéristique du fonctionnement de la science au début de ce siècle les travaux, qui aboutiront à la découverte de la fission, commencés par des savants isolés, disposant de moyens rudimentaires, vont être poursuivis par de petites équipes de physiciens et de chimistes regroupés autour d'un chef d'école et travaillant principalement dans les grands centres intellectuels européens de Paris, de Cambridge, de Berlin et plus tard de Copenhague, Rome et Göttingen.

Il n'y a pas lieu de refaire en détail tout le chemin parcouru par ces équipes. Néanmoins, au cours de cette période qui va de 1898 à 1933, on assiste à la montée en puissance de la science atomique, indissociable de celle de la radioactivité, à une formidable accumulation de connaissances et à des découvertes capitales parmi lesquelles il faut retenir, par exemple celle du noyau de l'atome, des isotopes, au Cavendish Laboratory de Cambridge dirigé par Ernest Rutherford et qui devaient aboutir à la description du modèle planétaire de l'atome (Niels Bohr 1913).

Le tableau signale également quelques événements importants des avancées théoriques réalisées dans le cadre d'une relation entre scientifiques des divers pays faite de collaborations, d'échanges réciproques, d'émulation féconde partiellement remise en cause cependant après la première guerre mondiale par la mise à l'écart temporaire de la communauté des savants allemands jusqu'à la fin des années 20.

A noter également les premières applications des découvertes notamment en biologie et en médecine, fondée en particulier sur l'action destructrice des rayonnements sur les cellules cancéreuses mise en évidence dès le début du siècle. Cette découverte avait également contribué, malgré certains accidents observés à la suite d'ingestions ou de manipulations d'éléments radioactifs, à l'immense intérêt porté à la science de l'atome et à la radioactivité devenus objets de prestige et de publicité. On peut parler, à l’époque d'âge d'or de la radioactivité.

De la science "pure" aux choix technologiques

La période de 1933 Ã 1939 est une période charnière dans la science de l'atome. Elle est particulièrement riche en découvertes, la plus remarquable étant celle de la radioactivité artificielle en 1934. On la doit principalement à Irène et Frédéric Joliot-Curie. Ils montrèrent que certaines transmutations, au lieu de donner comme résultat de la réaction des noyaux stables existant dans la nature, aboutissaient à la formation de noyaux radioactifs n'existant pas dans la nature. Ces noyaux se transforment au cours du temps en noyaux stables connus en émettant des rayonnements d'électrons positifs ou négatifs. Pour cela, il fallait bombarder la matière à transformer avec des projectiles rayons X ou mieux, des neutrons (découverts par James Chadwick en 1932) parce que plus efficaces.

S'ouvrent dès lors des perspectives annoncées par Frédéric Joliot dans la conclusion de sa conférence Nobel en 1935 :
« Nous sommes en droit de penser que les chercheurs brisant ou construisant les atomes à volonté sauront réalisés des réactions nucléaires en chaînes explosives. Si de telles transmutations arrivent à se propager dans la matière, on peut concevoir l'énorme énergie utilisable qui sera libérée. »

Ces réactions en chaîne provoquées par le bombardement de neutrons sur des noyaux d'uranium émettant eux-mêmes des neutrons allant rompre d'autres noyaux d'uranium, en libérant une énergie considérable, permettent dès lors d'imaginer la réalisation d'une machine thermique à uranium ou d'un puissant explosif.

L'éclatement du noyau des éléments les plus lourds (uranium) en noyaux d'éléments légers, c'est-à-dire la fission s'accompagne d'une grande masse d'énergie correspondant à une déperdition de masse (1/1000 environ pour l'uranium) conformément à la relation d'équivalence masse-énergie énoncée par Einstein en 1905 (E = mc2). Sans négliger les contributions de premier plan, des savants allemands (Otto Hahn,), italiens (Enrico Fermi), danois (Niels Bohr) et bien d'autres, c'est au Collège de France, en mars 39, que Frédéric Joliot, Hans Halban et Lew Kowarski ont mis en évidence et justifié théoriquement cette possibilité en ouvrant ainsi la voie à des applications dont les effets allaient se révélés sans précédent.

Ainsi, quarante ans après la découverte du radium, la physique atomique cessait d'être du seul domaine de la recherche fondamentale et l'apanage de chercheurs isolés ou de petites équipes de savants. Une nouvelle ère allait s'ouvrir, une nouvelle organisation de la science allait se mettre en place, mobilisant toutes les forces d'un pays, puis de plusieurs nations.

Le choix de la technologie militaire : la bombe A

La découverte de la fission permettait d'envisager toutes les anticipations :
- la centrale électrique atomique,
- la bombe,
- le moteur de sous-marins etc ...
Ce sont les conditions créées par le déclenchement de la seconde guerre mondiale qui vont déterminer le choix de la fabrication de la bombe à fission (ou bombe A).

Devant le danger de voir les allemands s'investir dans le même projet, les Etats-Unis créent en 1940 un "comité consultatif de l'uranium". La lettre d'Einstein adressée à Roosevelt datée du 2 août 1939 a fini de convaincre le Président américain de la nécessité de s'engager dans cette voie. En voici un extrait :
"Certains travaux récents d’Enrico Fermi et Léo Szilard, dont les manuscrits m'ont été communiqués, m'amènent à penser que l'élément uranium peut devenir une nouvelle et importante source d'énergie dans un avenir immédiat. Divers aspects de la situation paraissent appeler la vigilance, et, le cas échéant, une action rapide de la part du gouvernement. Je crois donc de mon devoir de porter ce qui suit à votre attention.
Il est désormais concevable que l'on puisse construire des bombes, d'un type nouveau, extrêmement puissantes. Une seule bombe de ce genre, transportée par bateau ou explosant dans un port, pourrait fort bien détruire tout le port ainsi qu'une partie du territoire environnant. De telles bombes risquent fort, cependant, de se révéler trop lourdes pour être transportées par avion... "

Plus tard, le savant devait avouer : "Ma participation à la production de la bombe atomique consistait en une action unique : je signais une lettre au Président Roosevelt, dans laquelle j'insistais sur la nécessité d'organiser des expériences sur une vaste échelle pour rechercher la possibilité de produire une bombe atomique.
Je me rendais parfaitement compte du terrible danger que la réussite de cette entreprise présentait pour l'humanité. Mais la probabilité que les allemands étudiaient le même problème et avaient la chance de réussir, m'a forcé à faire cette démarche. Je ne pouvais pas faire autrement, bien que j'aie toujours été un pacifiste convaincu. Tuer à la guerre ne vaut guère mieux, à mon avis, que de commettre un meurtre ordinaire ".

Les autres équipes de savants qui, dans les pays industriellement développés avaient contribué à ces recherches, furent ou fragilisées ou démantelées. Beaucoup de scientifiques allemands, italiens, hongrois fuyant le nazisme et le fascisme qui avaient émigré aux Etats-Unis, furent associés aux recherches américaines et notamment au fameux projet Manhattan.

En France, Joliot qui souhaitait sauvegarder ce qui pouvait l'être de la recherche française dans le pays occupé, transfère son laboratoire à Clermont-Ferrand avant de confier à Halban et Kowarski le soin d'éviter que l'eau lourde ne tombe dans les mains de l'occupant. Ces derniers poursuivirent les expériences d'abord en Angleterre puis au Canada avec d'autres scientifiques parmi lesquels Pierre Auger, Maurice Guéron, Bertrand Goldsmidt.

Le projet Manhattan : la science maltraitée

Le projet Manhattan, créé en 1942, projet gigantesque, mobilise des moyens considérables. L’investissement budgétaire se compte en millions de dollars et les moyens humains sont à la mesure : 150 000 ouvriers, techniciens, savants, ingénieurs répartis dans trois grands centres
- Oak-Ridge dans la vallée du Tennessee,
- Handford dans l’Etat de Washington,
- Los Alamos dans le Nouveau Mexique.
C'est la première fois que de tels moyens sont concentrés sur un projet exigeant des compétences scientifiques et techniques aussi vastes et diversifiées.
C'est la première fois que la science est placée directement et officiellement sous tutelle militaire, le général Groves assumant la direction générale, la direction scientifique étant assurée par Robert Oppenheimer.

"Manhattan" servira plus tard de référence à la mise en œuvre de grands projets exigeant de multiples compétences. Il préfigure les structures créées, après le conflit, pour mener à bien, diriger et contrôler la réalisation de grands défis technologiques.

Le caractère militaire de l'opération avait amené une forte opposition des savants qui craignaient que l'esprit militaire ne nuisit au degré de liberté indispensable à l'épanouissement de la recherche scientifique. Et, de fait les règles du secret furent renforcées. Les consignes militaires s'appliquèrent à la recherche scientifique. La plus extraordinaire était celle qui classait secrets les principaux ouvrages de référence de l'uranium qui garnissaient avant la guerre les bibliothèques de tous les grands laboratoires scientifiques. La compartimentation devint si sévère qu'elle constitua une gêne sérieuse pour les chercheurs qui étaient conduits parfois à faire certains travaux en double ou qui arrivaient difficilement à raccorder entre elles des recherches connexes. Néanmoins l'organisation n'empêcha pas de définir les priorités indispensables à l'avancement rapide des réalisations techniques. L'aboutissement, ce fut évidemment la mise au point de la première bombe A, l'essai à Alamagordo et le lancement que l'on sait le 6 Août 1945 sur Hiroshima et le 8 sur Nagasaki. La décision avait été prise par le ministre de la guerre le 1er Juin. L'attitude des savants fut contrastée. Certains comme Léo Szilard et James Franck avaient exprimé dès le mois de Juin 1945, avant Hiroshima, dans un rapport remis au Secrétaire d’Etat à la guerre, leur crainte devant le désastre que produirait une explosion programmée sur le Japon. D'autres comme Oppenheimer, Fermi, Lawrence et Compton semblèrent favorables.

De la bombe aux applications civiles - la science interpellée

Les conséquences d'Hiroshima sont incalculables. Les destructions, les pertes en vies humaines, les séquelles souvent atroces chez les survivants ... provoquent chez nombre de scientifiques des réactions extrêmement hostiles à la bombe et à la poursuite des recherches militaires. Elles s'exprimeront plus tard, notamment sous forme d'appels à la destruction complète des armes nucléaires et à l'arrêt des travaux pour mettre au point la bombe H. Dès 1950, Albert Einstein manifestera sa vive opposition à la fabrication de la bombe H. Plus tard, en 1955, à la demande du philosophe et mathématicien anglais Bertrand Russell, il signe une déclaration connue sous le nom de "Manifeste Russel-Einstein" posant la question : "Va-t-on condamner la race humaine, ou bien l'humanité doit-elle renoncer à la guerre ?" et appelant les intellectuels de tous les pays à se regrouper pour dénoncer le risque d'une nouvelle guerre mondiale. Cet appel sera entendu et donnera naissance au mouvement Pugwash.

En Europe, l'appel de Stockholm mobilise des millions de personnes opposées à la course effrénée aux armements à l'initiative de Frédéric Joliot notamment. Le savant exprimait, dans l'allocution prononcée au Congrès qui lança l'appel, la volonté de voir l'atome utilisé à d'autres fins qu'à des fins de destruction.
"Nous exigeons l'interdiction absolue de l'arme atomique, arme d'agression et d'extermination massive des populations. Nous exigeons l'établissement d'un rigoureux contrôle international pour assurer l'application de cette mesure d'interdiction" et il ajoutait "Les scientifiques acquièrent chaque jour de plus en plus le sens de leur responsabilité sociale. Comme je l'ai déjà dit maintes fois, les scientifiques ne doivent pas être les complices de ceux qu'une mauvaise organisation sociale laisse exploiter les résultats de leurs travaux à des fins égoïstes et malfaisantes. Les scientifiques et les techniciens ne font pas partie d'une petite élite détachée des contingences pratiques. Ils doivent, comme citoyens de la grande communauté des travailleurs, militer avec ceux-ci pour assurer une pleine utilisation de la science en vue de la paix et du bien-être des hommes".

Conscients de leur responsabilité, convaincus du rôle spécifique qu'ils doivent assurer dans la communauté des citoyens, de nombreux scientifiques s'engagent en faveur de l'utilisation exclusivement pacifique des applications de la science. Le contexte n'est guère favorable. En effet, le second conflit mondial à peine terminé, la guerre froide entre les deux blocs perpétue les recherches engagées pour mettre au point des armes encore plus terrifiantes. En même temps, cependant, émergent les premières applications industrielles civiles avec l'accès de nombreux pays à la science atomique. On voit se multiplier les réalisations des piles atomiques, premier stade du développement de l'industrie nucléaire. Les grands pays se dotent de structures chargées d'organiser et de coordonner les recherches et les applications civiles et militaires. En France, le C.E.A. (Commissariat à l'Energie Atomique) est créé dès 1 945-1 946. Il témoigne de la volonté du pays de retrouver le rang qu'il tenait avant-guerre dans le concert des nations.

Enfin, les organismes internationaux (Organisation des Nations-Unies) tentent de contenir les excès de la course aux armements par la mise en place d'agences chargées de surveiller la production des bombes et d'en limiter les essais. Ils favorisent également les coopérations et les entreprises communes, y compris pour former des techniciens spécialistes dans la construction de centrales. L'Euratom et l'Agence Européenne de l'Energie Nucléaire (créée en 1958) affirment ces objectifs au plan régional. La recherche fondamentale exige, elle aussi, des moyens considérables. Le C.E.R.N. (Centre Européen de Recherches Nucléaires) fondé dès 1953 mais véritablement opérationnel en 1957 regroupe douze pays européens. Les thèmes de recherche ne relèvent pas exclusivement de l'énergie nucléaire proprement dite. Le C.E.R.N. se donne plutôt pour objectif de poursuivre les recherches en physique fondamentale de l'atome et du noyau. Le premier accélérateur de particules géant sera construit à la frontière franco-suisse, à Genève en 1959. Nous avons choisi d'interrompre notre itinéraire à 1958. Pour des raisons symboliques : cette date correspond en effet aux premières et timides manifestations d'une "détente" dans la guerre froide. On assiste, avec l'accord anglo-américano-soviétique de suspendre les essais nucléaires aux premières fractures dans la stratégie dite de "l'équilibre de la terreur". 1958 marque également l'engagement de la France dans la production d'électricité d'origine nucléaire avec les premiers kilowatts produits à Marcoule (G1) et l'entrée en force de l'économie et du monde de l'entreprise dans ce secteur.

Enfin, face aux enjeux anciens et nouveaux, s'amplifie et se précise l'intervention d'un nouveau partenaire jusque-là ignoré (parce que supposé ignorant ?) auquel les scientifiques, les militaires et les industriels vont être confrontés : l'opinion publique qui commence à s'interroger et manifeste de plus en plus vigoureusement son intention d'être informée sur les conséquences des options définies en dehors d'elle.

Après Hiroshima, les peuples portent sur la science - et surtout certaines de ses applications - un regard critique et souhaitent être directement associés aux choix qui déterminent leur avenir. Les politiques, les militaires, les industriels sont désormais interpellés par les autres membres de la communauté sociale non scientifique ("professionnellement", s'entend). Dans ce contexte, les scientifiques "professionneIs", chercheurs, ingénieurs techniciens travaillant dans les laboratoires, les entreprises et les grands organismes sont investis de responsabilités nouvelles. A ce sujet, citons encore Frédéric Joliot, qui affirmait en 1953 à propos des armes nucléaires :
"Il est du devoir des scientifiques d'informer sérieusement l'opinion publique sur ces immenses dangers et il est de leur devoir d'être au premier rang de tous ceux qui sont résolus à les chasser à jamais. Les scientifiques savent tout ce que la science a déjà apporté de bien à l'humanité ; ils savent aussi tout ce qu'elle pourrait dès maintenant lui apporter dans un monde rendu à la paix. Ils ne veulent plus que l'on puisse dire : La science nous conduit à la destruction par la bombe atomique, par la bombe H".

Dès lors, le décor est planté pour ainsi dire ; une nouvelle ère s'ouvre. La période qui nous sépare de 1958 va voir émerger des interrogations diverses, plus complexes parce qu'elles ne se réduisent pas à l'alternative "guerre ou paix", même si celle-ci perdure longtemps et encore. Nous allons, souhaitons-le, au cours de ces deux jours, éclairer ces expériences difficiles, malaisées et parfois périlleuses qui participent de la conquête de la démocratie et de l'accès à une véritable citoyenneté.