‘Oppenheimer’ : Oui, il y avait vraiment un réacteur nucléaire sous un terrain de football.

Vous pouvez visiter le site du tout premier réacteur nucléaire artificiel à Chicago.

Pendant deux ans de mon temps en tant qu’étudiant à l’Université de Chicago, mon dortoir, ma cafétéria et la bibliothèque où je travaillais se trouvaient tous sur le même bloc que le site du tout premier réacteur nucléaire artificiel au monde.

À première vue, vous ne sauriez pas vraiment à quel point cette étendue de terre de Hyde Park à Chicago a façonné l’ère atomique. Entre l’agitation des étudiants, vous pourriez être plus distrait par les couleurs vives des dortoirs Max Palevsky, l’imposante architecture brutaliste de la bibliothèque Regenstein ou même le dôme de verre de la bibliothèque Mansueto. Regardez au-delà de ceux-ci, cependant, et vous verrez une statue en bronze d’Henry Moore, intitulée « Énergie nucléaire », commémorant la construction du réacteur – et le moment en 1942 où il est devenu critique.

Ce même réacteur nucléaire fait une apparition très brève dans Oppenheimer de Christopher Nolan, lorsque le physicien J. Robert Oppenheimer (Cillian Murphy) se rend à Chicago pour vérifier les progrès de ses collègues du projet Manhattan. Il rencontre des physiciens comme Enrico Fermi (Danny Deferrari) et Leo Szilard (Máté Haumann), qui confirment qu’ils ont réussi à concevoir la première réaction nucléaire artificielle. Comment ont-ils fait ? Avec Chicago Pile-1, ou CP-1 : un réacteur en briques de graphite, construit sous un terrain de football sur un campus universitaire actif.

La scène prend à peine du temps dans l’épopée de trois heures qu’est Oppenheimer, mais la science derrière elle est cruciale pour la création de la bombe atomique. Non seulement cela, mais la construction de CP-1 est suffisamment fascinante pour qu’elle puisse facilement être son propre film. Comment cela a-t-il fonctionné ? A-t-il laissé des radiations sur le campus de UChicago ? Et peut-être le plus étrange de tous, pourquoi a-t-il été construit sous un terrain de football ?

Qu’est-ce que le CP-1 et pourquoi était-il important pour le projet Manhattan ?

Lorsque le projet Manhattan a démarré, plusieurs choses sont devenues évidentes. Tout d’abord, les scientifiques devaient déterminer s’il était même possible de contrôler une réaction nucléaire en chaîne.

Le principe d’une réaction en chaîne était déjà bien compris par ce point. « Si des noyaux très lourds – dans ce cas de l’uranium – absorbent un neutron, ils se fissionneront, et ils se briseront en morceaux et donneront une certaine quantité d’énergie pour que les noyaux s’envolent et que tout devienne plus chaud », a expliqué Peter Littlewood, président du département de physique de UChicago, à Indigo Buzz lors d’un entretien téléphonique. « Pour chaque noyau qui se fissure, vous générez trois neutrons supplémentaires. Et si ces neutrons sont capturés par un autre, alors vous en obtenez neuf et vous continuez à construire. C’est ce que nous appelons une réaction en chaîne. »

En plus de déterminer comment contrôler une telle réaction, les scientifiques avaient également besoin de suffisamment de matières fissiles, telles que du plutonium ou de l’uranium, à placer dans la bombe d’essai, ainsi que les bombes que le gouvernement américain continuerait à larguer sur Hiroshima et Nagasaki.

Entrez CP-1. En novembre 1942, Fermi et d’autres membres du laboratoire métallurgique de l’UChicago – qui a étudié le plutonium – ont construit le CP-1 sur un court de squash sous les tribunes de football ouest du terrain Stagg de l’université. Stagg était autrefois l’hôte de l’équipe de football d’UChicago. Cependant, Fermi et ses collègues n’avaient pas à se soucier d’interférer avec les matchs de football ou les entraînements étant donné que le président de l’université, Robert Maynard Hutchins, avait mis fin au programme de football universitaire assez dominant en 1939.

« Je pense que c’est une bonne chose pour le pays d’avoir une université importante qui arrête le football », a déclaré Hutchins aux étudiants dans un discours de 1940. « Il ne fait aucun doute que, dans l’ensemble, le jeu a été un handicap majeur pour l’éducation aux États-Unis. » (Le sport est revenu en 1969, bien qu’à ce moment-là, l’ancien Stagg Field ait été remplacé par la bibliothèque Regenstein.)

Grâce à l’aversion soudaine d’UChicago pour l’athlétisme, la construction du CP-1 s’est poursuivie jusqu’au 2 décembre 1942, lorsque le réacteur a produit la première réaction nucléaire en chaîne auto-entretenue d’origine humaine. Sachant qu’une telle réaction était possible, la construction d’un réacteur nucléaire a commencé à Hanford, Washington, où a eu lieu la production de plutonium pour la bombe Trinity Test et la bombe larguée sur Nagasaki. CP-1 lui-même n’était pas responsable de la production de plutonium.

« Le CP-1 a été conçu comme une expérience. Il n’a pas été conçu pour faire autre chose que prouver que le principe fonctionnait », a déclaré Peter Littlewood, président du département de physique de UChicago, à Indigo Buzz lors d’un entretien téléphonique. « Mais ils étaient si convaincus que cela fonctionnait qu’ils avaient déjà conçu le réacteur de Hanford avant la fin de l’expérience. » La construction sur Hanford n’a duré que 18 mois.

Comment fonctionnait le CP-1 ?

Fermi lui-même a décrit le CP-1 comme « un tas brut de briques noires et de bois de construction ». Alors, comment une structure aussi « grossière », large de 20 pieds et haute de 25 pieds, a-t-elle pu créer une réaction en chaîne monumentale ?

En plus des blocs de graphite, CP-1 contenait également de plus petites pastilles d’uranium, ce qui aiderait à initier la réaction en chaîne en premier lieu. Le graphite a servi de « modérateur » pour la réaction. « Il ralentit les neutrons et les rend plus faciles à absorber par les atomes d’uranium », a expliqué Littlewood dans un e-mail.

Mais la forme ultime de contrôle se présentait sous la forme de longues tiges de bois recouvertes de cadmium, qui absorbaient les neutrons. « Lorsque les barres de contrôle sont toutes enfoncées, rien ne se passe », a déclaré Littlewood. « Ensuite, vous retirez les barres de contrôle, et chaque fois que vous faites cela, il y a une petite bouffée d’énergie. » Fermi et son équipe ont surveillé ces rafales d’énergie, observant la puissance s’accumuler et calculant jusqu’où il fallait tirer les barres de contrôle jusqu’à ce que l’énergie soit auto-entretenue.

Les expériences CP-1 étaient-elles sûres ?

En apprenant que je passais une grande partie de mon temps à UChicago à traîner sur le site d’un ancien réacteur nucléaire, j’ai été légèrement alarmé. Est-ce que je serais diplômé de l’école avec une tête supplémentaire ?

D’une part, chaque groupe de touristes passant devant la statue de Moore est assuré que le site ne présente pas de danger radioactif. D’un autre côté, un ancien professeur à moi a un jour raconté à ma classe une rumeur selon laquelle le café de la bibliothèque Regenstein avait été déplacé du sous-sol au premier étage en raison de traces de radiation trouvées dans le sous-sol. (Pour mettre les choses en perspective: moi et de nombreux autres étudiants de UChicago avons passé plus de temps dans ce sous-sol de la bibliothèque que Cillian Murphy à regarder directement la caméra à Oppenheimer.)

Heureusement, Littlewood m’a assuré que ce n’était pas le cas. « J’ai entendu cette rumeur, mais pas vraiment d’une source fiable, donc je ne l’achète pas. »

Il a poursuivi: « L’autre chose est que les radiations sont partout, et c’est très facile à trouver. Y aurait-il eu une contamination radioactive permanente? Cela dépendrait de la façon dont ils ont nettoyé les matières fissiles ou de ce qu’ils en ont fait. À l’époque, et certainement plus tard pendant la guerre froide, nous étions extraordinairement laxistes dans la prise en charge des matières radioactives … Mais la quantité de rayonnement créée par CP-1 aurait probablement été assez infime.  » Le graphite aurait également pu absorber une partie du rayonnement, agissant comme une protection dans un environnement qui autrement manquait de blindage.

Ajouter à ces assurances? Dans un article du NPR de 2019, le responsable de la radioprotection d’UChicago, James Marsicek, a utilisé un compteur Geiger pour mesurer le rayonnement autour de ce qui était autrefois Stagg Field. Le compteur mesurait constamment 0,02 millirems par heure, captant simplement le rayonnement de fond qui se produit naturellement autour de nous.

Rien de tout cela n’est une information que vous obtiendrez dans Oppenheimer – un film déjà rempli à ras bord de décennies de science – mais il est crucial de comprendre à quel point les efforts ont été consacrés au projet Manhattan. Un rapide aperçu de CP-1 dans le film cache des histoires de terrains de football abandonnés, de centrales électriques construites à la hâte et même des inquiétudes (maintenant apaisées) concernant les bibliothèques radioactives. Mais Littlewood s’empresse de souligner que le rôle du CP-1 dans le projet Manhattan n’est qu’une partie de son impact.

Lorsque le CP-1 est devenu critique, Littlewood a déclaré qu ‘«il est devenu clair, à ce moment-là, que vous pouviez utiliser l’énergie nucléaire pour produire de l’énergie. Après la guerre, le gouvernement a travaillé pour le faire.

Quant aux réflexions du département de physique de UChicago sur Oppenheimer ? « Nous sommes des physiciens, nous n’avons donc pas l’habitude d’être excités », a déclaré Littlewood. « Je suis sûr que nous en ferons probablement une projection privée à un moment donné pour nos étudiants.

Oppenheimer est maintenant en salles.