En août 2013, un chercheur américain met la main sur un étrange cube d’uranium. Le cube est accompagné d’un mot qui indique : « Pris du réacteur que Hitler a tenté de construire. »

Le chercheur va mener une enquête incroyable et remonter dans le temps pour mettre en lumière le programme de recherche nucléaire du Troisième Reich.

C’est un petit cube très lourd, un peu plus de deux kilos pour cinq centimètres de côté. Il se trouvait dans un sac en papier, enveloppé d’une note énigmatique lorsqu’il est tombé entre les mains de Timothy Koeth, professeur associé et chercheur à l’université du Maryland, à l’été 2013.


« Pris en Allemagne en provenance du réacteur nucléaire que Hitler a essayé de construire. Cadeau de Ninninger, » disait la note.

Timothy Koeth ne connaît pas de Ninninger, mais identifie rapidement la nature du métal. De l’uranium naturel, trop faiblement radioactif pour présenter un danger. Mais d’où venait exactement ce cube, comment était-il arrivé dans le Maryland, qui était Ninninger? Autant de questions auxquelles le chercheur décide de répondre.

Avec Miriam Hiebert, doctorante dans le même département d’ingénierie et de science des matériaux de l’université, il se lance dans la quête de l’uranium perdu d’Hitler. Le résultat de cette enquête scientifique est digne d’un bon polar.

Le monde est entré dans l’ère nucléaire lorsque la bombe Trinity a explosé le 16 juillet 1945 près d’Alamogordo, au Nouveau-Mexique.

L’origine de l’âge peut être retracée à travers un petit cube d’uranium métal et 663 autres similaires. Le projet Manhattan et l’immense pouvoir libéré par les armes qu’il produisait ont été créés en réponse aux craintes que les scientifiques de l’Allemagne nazie travaillaient sur leur propre arme. Le cube, un composant du « réacteur qu’Hitler a essayé de construire », représente l’effort raté des Allemands qui a catalysé l’ère nucléaire.

Certaines questions demeurent. Comment un morceau d’uranium d’Allemagne s’est-il retrouvé dans le Maryland 70 ans plus tard ? Combien y en a-t-il comme ça ? Qu’est-il arrivé au reste?

Des années de recherche sur le cube et son histoire ont révélé une histoire complexe, intrigante et incomplète. De nos recherches, nous avons découvert de nouvelles informations sur le programme nucléaire allemand lui-même : les Allemands auraient pu construire un réacteur nucléaire.

Le réacteur qu’Hitler a essayé de construire

Notre enquête sur l’origine du cube a commencé par l’évidence. Si Timothy Koeth n’avait pas immédiatement reconnu le cube à partir de vieilles photos granuleuses dans des livres sur l’histoire nucléaire, la première phrase de la note d’accompagnement a fourni un point de départ. « Tiré du réacteur qu’Hitler a essayé de construire » faisait sans aucun doute référence au programme de recherche nucléaire entrepris par des scientifiques allemands pendant la Seconde Guerre mondiale à la recherche de l’énergie nucléaire et, potentiellement, d’une arme nucléaire.

Plusieurs physiciens allemands ont participé à ce programme de recherche ; le plus connu était peut-être Werner Heisenberg.

Plutôt que de travailler ensemble sous une direction centrale comme le feraient finalement les scientifiques du projet Manhattan, les chercheurs nucléaires allemands ont été divisés en trois groupes qui ont chacun mené une série d’expériences distincte. Chacune portait le nom de code de la ville dans laquelle les expériences ont eu lieu : Berlin (B), Gottow (G) et Leipzig (L).

Bien que les Allemands aient commencé leurs travaux près de deux ans avant le début des efforts américains sérieux, leurs progrès vers la création d’un réacteur nucléaire durable étaient extrêmement lents. Les raisons du retard étaient variées et complexes et comprenaient une concurrence féroce pour des ressources limitées, des rivalités interpersonnelles amères et une gestion scientifique inefficace.

Au cours de l’hiver 1944, alors que les Alliés commençaient leur invasion de l’Allemagne, les chercheurs nucléaires allemands tentaient désespérément de construire un réacteur capable d’atteindre la criticité. Ignorant les immenses progrès réalisés par le projet Manhattan, les Allemands espéraient que même s’ils allaient presque certainement perdre la guerre, ils seraient en mesure de sauver la réputation de leur communauté de physiciens en étant les premiers à réaliser un réacteur nucléaire autonome.

En gardant cet espoir, les autorités ont déplacé les expériences du réacteur de Berlin dirigées par Heisenberg vers le sud avant l’invasion alliée. Ils ont finalement atterri dans une grotte sous un château, illustré à la figure 1, dans la petite ville de Haigerloch au sud-ouest de l’Allemagne.

Figure 1. L’entrée du laboratoire de l’expérience du réacteur B-VIII se trouvait sous un château à Haigerloch, en Allemagne. Le site abrite aujourd’hui le musée Atomkeller. (Avec l’aimable autorisation des Archives visuelles AIP Emilio Segrè, Collection Goudsmit.)

Dans ce laboratoire troglodytique, l’équipe de Heisenberg a construit sa dernière expérience : B-VIII, la huitième expérience du groupe basé à Berlin. Heisenberg a décrit la configuration du réacteur dans son livre de 1953 sur la physique nucléaire .

Le réacteur nucléaire expérimental comprenait 664 cubes d’uranium, pesant chacun environ cinq livres. Un câble d’avion a été utilisé pour enchaîner les cubes ensemble dans de longues chaînes suspendues à un couvercle, comme le montre la figure 2.

Figure 2. Un schéma et une photo montrant la construction du réacteur B-VIII. Les 664 cubes d’uranium étaient enchaînés à l’aide de câbles d’avion. Les distances entre les cubes de chaque chaîne et les chaînes elles-mêmes ont été calculées avec précision, et dans la conception finale du réacteur, l’ensemble de l’appareil a été descendu dans une fosse remplie d’eau lourde. (Schéma de la réf. 4; photo de LepoRello, CC BY-SA 3.0 .)

Le sinistre lustre en uranium était immergé dans un réservoir d’eau lourde entouré d’une paroi annulaire de graphite. Cette configuration était la meilleure conception que le programme allemand ait réalisée jusqu’à présent, mais elle n’était pas suffisante pour obtenir un réacteur critique autonome.

Le cube

Notre cube, montré dans la figure 3, faisait partie de l’expérience B-VIII de Heisenberg. Les faces du cube contiennent de grands vides provenant de bulles qui se sont formées lors d’un processus de coulée grossière. Ces caractéristiques sont cohérentes avec les premières méthodes de traitement de l’uranium où les composants métalliques étaient coulés individuellement.

Figure 3. Notre cube d’uranium illustré ici pèse cinq livres et mesure deux pouces de côté. Aucune de ses faces n’est parfaitement parallèle. Les grands vides se sont probablement formés à partir de bulles formées lors de la coulée grossière caractéristique des premières méthodes de traitement de l’uranium-métal. (Avec l’aimable autorisation de Timothy Koeth, Université du Maryland.)

Deux des bords du cube ont des encoches qui ont été minutieusement limées à la main. Ils auraient servi de rails pour maintenir en place le câble de l’avion qui servait à suspendre les cubes aux longues chaînes du montage B-VIII.

Nous avons utilisé des techniques d’analyse non destructives et la criminalistique nucléaire sur le cube du réacteur B-VIII pour confirmer son identité plus en détail. La spectroscopie gamma à haute résolution du cube a montré que sa composition est celle de l’uranium naturel, non appauvri ni enrichi, comme le montre la figure 4.

Figure 4. En spectroscopie gamma , un pic à 662 keV indique la présence de césium-137, un produit de fission omniprésent de l’uranium-235. Le pic est présent dans le spectre rouge obtenu à partir d’un morceau du réacteur Chicago Pile-1, qui a atteint la criticité ; la pièce fait partie d’une collection du Smithsonian National Museum of American History. Cependant, l’absence notable du pic dans le spectre obtenu à partir de notre cube (noir) confirme qu’il n’a jamais fait partie d’un réacteur à chaîne critique.

La spectroscopie a également confirmé que le cube d’uranium n’avait jamais fait partie d’un réacteur ayant atteint la criticité ; il ne contenait aucun produit de fission révélateur, tel que le césium-137. Les deux résultats sont cohérents avec ce qui a été documenté sur l’uranium utilisé dans le fonctionnement du réacteur B-VIII, ce qui nous amène à conclure que le cube est en effet un authentique de l’expérience de Heisenberg.

Le projet Manhattan et la mission Alsos

La question suivante à considérer était de savoir comment un composant de l’expérience allemande du réacteur nucléaire s’est retrouvé du côté ouest de l’océan Atlantique. La réponse réside dans un aspect bien étudié et largement documenté de l’histoire de la Seconde Guerre mondiale : la mission Alsos.

Le Projet ALSOS, à l’origine du projet Paperclip

En 1944, alors que les forces alliées commençaient à pénétrer dans le territoire occupé par les Allemands, Leslie Groves, commandant du projet Manhattan, ordonna à une mission secrète nommée Alsos (mot grec pour « bosquets ») d’emmener un petit nombre de militaires et de scientifiques pour les premières lignes en Europe pour recueillir des informations sur l’état du programme scientifique allemand. La mission visait globalement à collecter des informations et potentiellement à capturer des données et des instruments de toutes les disciplines scientifiques, de la microscopie à l’aéronautique. La tâche la plus urgente était d’apprendre jusqu’où les physiciens allemands étaient parvenus dans leur étude des réactions nucléaires.

La première étape de la mission Alsos a commencé en Italie et s’est déplacée en Allemagne alors que les forces militaires alliées déferlaient vers le sud. 6Parmi les hommes impliqués dans la mission se trouvait Samuel Goudsmit. Après la guerre, il est devenu le premier rédacteur en chef de l’American Physical Society et le fondateur de Physical Review Letters .

Alors que les Alliés se rapprochaient du sud de l’Allemagne, les scientifiques de Heisenberg ont rapidement démonté le B-VIII. Les cubes d’uranium ont été enterrés dans un champ voisin, l’eau lourde a été cachée dans des barils et certains des documents les plus importants ont été cachés dans des latrines. (Goudsmit a eu l’honneur douteux de récupérer ces documents.)

Lorsque l’équipe Alsos est arrivée à Haigerloch fin avril 1945, les scientifiques travaillant sur l’expérience ont été arrêtés et interrogés pour révéler l’emplacement des matériaux du réacteur. Heisenberg s’était échappé plus tôt en s’enfuyant vers l’est à vélo sous le couvert de la nuit avec des cubes d’uranium dans son sac à dos.

Le 27 avril 1945, les 659 cubes d’uranium restants ont été déterrés du terrain (voir figure 5) et expédiée, avec l’eau lourde, à Paris et plus tard aux États-Unis sous le contrôle du Combined Development Trust. 8Le CDT était une organisation de collaboration établie plus tôt par Groves entre les États-Unis et le Royaume-Uni pour empêcher des pays adversaires tels que l’Union soviétique d’obtenir suffisamment de matières nucléaires pour développer leur propre programme nucléaire.

Figure 5. Les cubes de l’ expérience du réacteur B-VIII pendant la Seconde Guerre mondiale ont été enterrés dans un champ près du laboratoire souterrain. Les membres de la mission américaine Alsos en Allemagne les ont trouvés et déterrés. Michael Perrin (extrême gauche), Samuel Goudsmit (troisième à partir de la gauche) et d’autres sont montrés ici en train de récupérer les cubes du sol. (Photographie de Samuel Goudsmit, avec l’aimable autorisation des Archives visuelles AIP Emilio Segrè, Collection Goudsmit.)

Si ces cubes ont été expédiés aux États-Unis, que leur est-il arrivé après leur arrivée et comment s’est-il retrouvé entre les mains de Koeth? L’utilisation la plus évidente de grandes quantités d’uranium métal naturel à cette époque était l’enrichissement d’armes au laboratoire national d’Oak Ridge.

Cependant, étant donné l’état impeccable de notre cube, quelque chose d’autre a dû se produire.

Peut-être qu’après leur arrivée à New York, certains cubes se sont retrouvés entre les mains d’un ou plusieurs responsables du projet Manhattan en tant que butin de guerre presse-papiers. Essayer de déterminer qui aurait pu distribuer notre cube et d’autres similaires nous a conduits aux Archives nationales de College Park, dans le Maryland, où nous avons découvert une autre facette de l’histoire.

Il y avait plus de cubes

De nombreux chercheurs ont longtemps pensé que les scientifiques allemands n’auraient pas pu créer un réacteur nucléaire fonctionnel parce qu’ils n’avaient pas assez d’uranium pour faire fonctionner le réacteur B-VIII. Selon les propres mots de Heisenberg, « L’appareil était encore un peu trop petit pour soutenir une réaction de fission indépendamment, mais une légère augmentation de sa taille aurait été suffisante pour démarrer le processus de production d’énergie.

Cette affirmation a été récemment confirmée à l’aide de la modélisation Monte Carlo de particules N du cœur du réacteur B-VIII. 11Le modèle montrait que les analyses grossières réalisées par les Allemands en 1945 étaient correctes : le cœur du réacteur tel qu’il était conçu n’aurait pas été en mesure de réaliser une réaction nucléaire en chaîne auto-entretenue étant donné la quantité d’uranium et sa configuration. Mais la conception aurait pu fonctionner si les Allemands avaient mis 50% de cubes d’uranium en plus dans le noyau.

En cherchant des informations sur l’endroit où les 659 cubes Haigerloch sont allés, Koeth est tombé sur une boîte aux Archives nationales étiquetée «Uranium allemand». Plutôt que de contenir des informations sur la localisation des cubes aux États-Unis, la boîte contenait des centaines de documents récemment déclassifiés sur d’autres cubes d’uranium en Allemagne.

Environ 400 cubes supplémentaires de la taille et de la forme exactes de ceux de Haigerloch se trouvaient en Allemagne dans le cadre d’une autre expérience de réacteur abandonnée plus tard dirigée par Kurt Diebner du groupe d’expérimentation Gottow. L’inventaire combiné aurait été plus que suffisant pour atteindre la criticité dans le réacteur B-VIII.

De nombreux facteurs contributifs ont probablement été impliqués dans la séquence d’événements qui en a résulté, mais la révélation de l’existence des cubes supplémentaires montre clairement que si les Allemands avaient mis en commun plutôt que divisé leurs ressources, ils auraient été beaucoup plus proches de la création d’un réacteur fonctionnel avant la fin de la guerre.

Les cubes ont alimenté un marché noir d’uranium dans toute l’Europe de l’Est après la guerre, colporté par ce que l’officier du renseignement Joseph Chase a décrit dans un communiqué du 16 mars 1951 comme un « gang fantomatique » de chercheurs de profit.

Étant donné que la Commission de contrôle alliée interdisait aux citoyens allemands de posséder une quelconque quantité d’uranium, les marchands du marché noir supposaient que les cubes étaient une denrée rare et prenaient des risques personnels considérables en essayant de les vendre.

Des documents montrent que tous les quelques mois, les responsables américains recevaient des lettres sinistres, comme celle adressée au chef de la Commission de l’énergie atomique, David Lilienthal, présentant des opportunités d’acheter une quantité de cubes pour des centaines de milliers de dollars chacun, de peur qu’ils ne soient vendus à des entités ” pas considéré comme trop amical envers les États-Unis.

Comme les États-Unis ne manquaient pas de minerai d’uranium à ce moment-là en raison du travail de la CDT, les États-Unis ont contré ces offres avec le prix courant de l’uranium métal brut, qui était d’environ six dollars la livre. Les communications des Archives nationales regorgent d’histoires fantastiques d’escrocs et de contrebandiers essayant de faire un profit exceptionnel et de scientifiques désespérés de mettre la main sur de petites quantités de matériaux avec lesquels poursuivre leurs recherches.

Dans l’une de ces histoires, les citoyens allemands Helmut Goltzer et Gisela Nitzke ont été arrêtés et condamnés à la prison à vie en 1952 pour possession d’un cube d’uranium.

Dans les photographies accompagnant l’article de journal sur l’arrestation, l’uranium pris dans leur appartement semble presque identique au cube en notre possession. Après avoir entendu parler de l’uranium confisqué au cours du procès, nul autre que Max von Laue a écrit une lettre à M. Bierman implorant qu’il soit mis en possession du cube pour ses recherches car il représentait “une valeur irrécupérable puisque l’uranium, comme vous le savez, [. ne pouvait] pas être acheté en Allemagne.

Les documents des Archives nationales suggèrent également que la majorité des cubes se sont finalement retrouvés en Union soviétique. Gordon Arneson, assistant spécial du secrétaire d’État, a expliqué dans une communication de 1953 que de temps en temps « une offre nous est faite d’un ou deux kilogrammes d’U-235 pour un million de dollars environ, une menace est lancée que le les matériaux seront vendus à l’URSS à moins que les États-Unis ne les achètent. Il semble qu’une telle menace se soit enfin matérialisée. 17 Ce qui est arrivé aux cubes à leur arrivée en Union soviétique est inconnu.

Cubes aux États-Unis

Des questions restaient sur notre cube. S’il n’était pas traité à Oak Ridge, où était-il pendant les 70 années qui ont suivi, et y en a-t-il d’autres? La deuxième phrase de la note incluse avec notre cube, « Gift of Ninninger », a fourni quelques indices mais peu de réponses substantielles. Dans un étrange coup de chance presque trop beau pour que les esprits scientifiques le croient, Koeth fouillait dans un magasin de livres d’occasion quelques jours après avoir reçu le cube lorsqu’il est tombé sur Minerals for Atomic Energy de Robert D. Nininger, publié en 1954.

Malgré l’apparente faute d’orthographe du nom, Koeth a décidé que l’auteur devait être l’homme référencé dans la note. Bien que Robert Nininger soit décédé à Rockville, Maryland, en 2004, un bref appel téléphonique avec sa veuve a confirmé nos soupçons qu’il était probablement le bon homme. Nininger avait apparemment donné le cube à un ami, et il a encore changé de mains avant d’arriver à Koeth.

En mars 1945, juste un mois avant la saisie de matériaux par Alsos à Haigerloch, Nininger a été nommé directeur des propriétés par intérim pour la région de Murray Hill du projet Manhattan à New York. 18La région de Murray Hill a supervisé les efforts d’approvisionnement en uranium du CDT. Murray Hill était donc probablement l’endroit où les cubes ont été expédiés depuis l’Europe.

Dix autres cubes, dans des collections privées et publiques, ont été identifiés à travers le pays. Chacun a une histoire différente sur la façon dont il est arrivé à son emplacement actuel, bien que la plupart des histoires soient au mieux incomplètes. Nous espérons éventuellement retracer tous les cubes et leurs histoires jusqu’à une source commune.

La Smithsonian Institution en a un dans sa collection aux côtés d’une limace d’uranium du réacteur Chicago Pile-1. (Les deux sont stockés dans la région de Washington, DC, dans une immense installation qui rappelle un film d’Indiana Jones.) Le cube a été offert à sa collection par Merril Eisenbud du New York University Medical Center.

Dans la lettre qu’il écrivit au conservateur de la collection de physique de l’époque, il mentionna qu’il pensait que le cube était le seul de ce type existant. L’université de Harvard a également un cube en sa possession, offert par le professeur et participant à la mission Alsos Edwin Kemble. Ce cube est apparemment passé parmi les étudiants des cours d’introduction à la physique : sa densité le rend étonnamment lourd. On ne sait pas combien de cubes supplémentaires pourraient se trouver dans les musées universitaires, les collections privées et les sous-sols à travers le pays. Si les lecteurs intéressés ont des informations concernant l’un d’eux, les auteurs veulent en entendre parler.

Leçons apprises

Les cubes représentent une époque révolue de la science où les chercheurs commençaient tout juste à découvrir le monde subatomique. Nous espérons qu’en trouvant les cubes et en reconstituant ce qui leur est arrivé, nous restituerons un peu de contexte aux objets oubliés qui ont joué un rôle monumental dans l’histoire de l’humanité. Les cubes et la science qu’ils représentent façonnent encore la vie moderne des décennies plus tard.

Peut-être plus important encore, l’histoire des cubes est une leçon d’échec scientifique, bien qu’un échec mérite d’être célébré. L’expérience dont ils faisaient partie, conçue par certains des plus grands esprits scientifiques de l’époque, n’a pas fonctionné. Heureusement pour nous tous, l’approche compétitive et les ressources scientifiques limitées du programme de recherche nucléaire allemand ont peut-être été ce qui a déjoué Heisenberg et ses collègues dans leur quête de l’énergie nucléaire.

En science, comme dans d’autres activités fondamentalement humaines, nous ferions bien de nous rappeler que nous ne sommes vraiment à notre meilleur et mieux équipés pour relever de grands défis que lorsque nous mettons nos différences de côté et travaillons ensemble.

publié dans la revue Physics Today


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