Explosion atomique

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Une explosion atomique ou explosion nucléaire, est le résultat de l'explosion d'une bombe atomique, ou d'une réaction en chaîne non contrôlée dans une centrale nucléaire. Le terme ne distingue généralement pas l'explosion d'une bombe A (à fission) d'une bombe H (à fusion), en tant qu'il met l'accent sur :

l'énergie libérée (exprimée en kilotonnes ou mégatonnes de TNT — une tonne de TNT développant 10⁹ calories, soit 4,184·10⁹ joules)
les radiations (émises par les deux types de bombe atomique).

Par ces deux facteurs, l'explosion atomique a des conséquences si redoutables et inouïes, qu'il n'en a suffit que de deux seulement (à Hiroshima, puis à Nagasaki) pour faire basculer, dans la seconde moitié du XX^e siècle, tout à la fois la géopolitique, la philosophie, et l'art, dans l'ère nucléaire.

Test d'une bombe atomique américaine de 23 kilotonnes, le 18 avril 1953

[modifier] Anatomie d'une explosion atomique

Déroulement chronologique pour une explosion en plein air :

Largage :

L'efficacité de l'explosion dépend de son altitude. À Hiroshima et Nagasaki, les bombes ont explosé respectivement à 580 et 500 m au-dessus du sol, hauteurs déterminées par des calculs préliminaires pour maximiser les effets.

Instant de l'explosion :
- dégagement d'intense chaleur (au sens énergie thermique), la température de l'air au moment de la détonation dépasse le million de degrés Celsius
- dégagement de radiations
- formation d'une onde de choc
- apparition d'une boule de feu (masse de gaz incandescents)
Dans les secondes qui suivent :

La boule de feu atteint son diamètre maximal (autour de 300 m pour une explosion de 10 kt, 4 km pour 10 Mt), et continue ensuite d'émettre un fort rayonnement de chaleur.

Dans les minutes qui suivent :

L'explosion a généré un nuage qui s'élève rapidement du fait de sa chaleur. Si son sommet atteint la stratosphère (environ 10 km d'altitude), il s'écrase horizontalement et forme le champignon atomique.

Pour référence, l'énergie dissipée par l'explosion nucléaire de Hiroshima (environ 1/60 mégatonne de TNT, soit plus de 69 terajoules) s'est partagée en :

15% de radiations ;
35% de chaleur ;
50% d'onde de choc.

[modifier] Physique de l'explosion

[modifier] Déroulement

L'explosion atomique se déroule en plusieurs phases :

réaction en chaîne (de 0 à 10^-6 seconde)
boule de feu / surpression (10^-6 jusqu'à 1/10^e de seconde)
extension de la surpression, refroissement progressif de la boule de feu (0,1 à 10 secondes)
formation du champignon (entre plusieurs secondes voire minutes)
élevation et dissipation du champignon, retombées, pluie noire (de quelques minutes jusqu'à plusieurs mois pour les retombées)

La durée de ces phases peut fortement varier en fonction de l'intensité, de l'altitude, de la nature de la bombe, des conditions météorologiques et de la nature du terrain dans le cas d'une explosion souterraine ou à faible altitude.

[modifier] Libération de l'énergie

Lorsque la masse critique est atteinte, que ce soit dans le cas du plutonium ou de l'uranium, une réaction en chaîne se déclenche. Les neutrons libérés atteignent alors une vitesse d'environ 1,4x10⁷ m/s et traversent la masse de matière fissile d'environ 10 à 20 centimètres de diamètre en seulement 10^-8 secondes. Le temps moyen entre deux fissions est de 10^-8 secondes. La matière radioactive destinée à une utilisation militaire doit ainsi libérer au moins deux neutrons à chaque collision afin d'atteindre une réaction suffisante. Une bombe avec environ 2x10²⁴ fissions produit une énergie équivalente à 20 kilotonnes de TNT (soit un peu plus que la puissance de la bombe atomique sur Hiroshima). En considérant que 2 neutrons sont libérés à chaque fission, on peut approximativement déterminer le nombre de générations nécessaires pour obtenir cette puissance de 20 kT (en partant d'un neutron initial) :

$n = \log_2 (2\cdot10^{24})+1 \approx 81{,}7$

Si la réaction n'est pas interrompue, la libération de l'énergie est terminée après 0,8 microsecondes. Comme cette progression suit une loi exponentielle, la plus grande partie de l'énergie est produite durant les dernières générations. Pendant les 60 premières générations, l'énergie est équivalente à la charge explosive conventionnelle nécessaire pour lancer l'explosion atomique, après 77 générations elle atteint environ 1000 tonnes de TNT (1 kT). Le 95% de l'énergie de la bombe est produit durant les cinq dernières générations.

En pratique ce phénomène n'est pas discret mais continu : une fission antérieure poursuit son action alors même qu'une nouvelle fission est en cours. Des modèles plus précis permettent d'obtenir une meilleure idée de la durée du phénomène et du nombre de fission.

[modifier] Conséquences

[modifier] Préambule

Voici un extrait de la déclaration de paix de la ville de Nagasaki ^[1] publié le 9 août 2002 :

« Il y a 57 ans jour pour jour, le 9 août 1945, la ville de Nagasaki fut soudainement transformée en un champ de ruines. Larguée depuis une altitude de 9 600 mètres, une seule bombe atomique explosa à 500 mètres au-dessus du sol, émettant des rayonnements de chaleur de plusieurs milliers de degrés Celsius et provoquant un souffle d'une force terrible, frappant la population civile et notamment les femmes, les personnes âgées et les enfants sans défense. Quelque 74 000 personnes furent tuées et 75 000 furent blessées. Depuis, les cas de cancer et de leucémie provoqués par les radiations ont fait de nombreuses autres victimes. Même plus d'un demi-siècle après, les survivants de la bombe atomique souffrent encore d'une anxiété constante quant à leur état de santé et se sentent traqués par la mort ».

[modifier] Conséquences pour la population

Voir aussi l'article : Radioactivité - Conséquences pour la santé

[modifier] Population subissant une explosion

Chaque facette de l'explosion atomique provoque ses dégâts :

Rayonnement de chaleur de l'explosion :

Une explosion de 10 kt provoque des brûlures au second degré dans un rayon de 2,5 km, nécessitant des soins intenses. Une explosion de 10 Mt peut provoquer des brûlures légères jusqu'à 30 km autour du point d'impact. Lors de l'explosion de Hiroshima, la chaleur a brûlé toute peau humaine exposée dans un rayon de 3,5 km. En dessous de 1,2 km, les tissus profonds et les organes internes étaient brûlés aussi.

Flash lumineux :

Leurs rétines sont endommagés ou brûlées, les individus peuvent dans le pire des cas devenir aveugles.

Onde de choc et surpression :

Des milliers de personnes sont tuées ou blessées par le souffle, ensevelies sous les décombres. Le verre des vitres brisées s'incruste profondément dans les corps. À Hiroshima, des survivants se faisaient encore retirer du corps des morceaux de verre, des années après l'explosion. Le changement brusque de la pression atmosphérique peut provoquer également le percement des tympans, voire des dommages aux poumons et au thorax.

Radiations (émises lors de l'explosion, par les retombées, et aussi les radiations résiduelles) :
- affaiblissement du système immunitaire,
- perte des cheveux,
- destruction des cellules et organes hématopoïétiques (où se forment les globules rouges : moelle osseuse, etc.),
- dysfonctionnements des organes internes,
- hémorragies sous-cutanées.

Effets à long terme :
- chéloïdes (boursouflures ramifiées se formant autour des cicatrices, abîmant les corps et défigurant les visages)
- leucémie,
- tumeurs malignes,
- exposition in-utero des fœtus encore à naître au moment de l'explosion.

Bien sûr, tous ces effets diminuent en s'éloignant du lieu de l'explosion. Mais en raison de la puissance des explosions nucléaires, les zones de sécurités se trouvent à plusieurs kilomètres du point zéro.

[modifier] Descendance de la population irradiée

C'est ici l'altération des cellules germinales qui est en cause.

Celle-ci peut provenir de l'irradiation externe, ou interne, c'est-à-dire provoquée par les éléments radioactifs incorporés au corps.

Il se trouve que les effets mutagènes de l'irradiation externe sur l'espèce humaine sont extrêmement difficiles à préciser : elle a une fécondité trop faible pour les méthodes statistiques et est exposée continuellement, naturellement et artificiellement, à une multitude de facteurs entraînant des mutations ou lésions chromosomiques, et enfin peut altérer d'elle-même les données statistiques des anomalies (par avortement).

Quant aux conséquences mutagènes de l'irradiation interne, les données fiables manquent encore à cet article.

[modifier] Reste de la population

Entre 1945 et 1971, les essais nucléaires atmosphériques ont libéré plus de cinq cent mégatonnes. À partir de 1963, des traités internationaux vont réduire les occurrences de ces essais, et les puissances nucléaires vont d'elles-mêmes éviter les tirs atmosphériques pour leur préférer des tirs souterrains ou en eau profonde.

Un rapport américain du CDC ^[2], étudiant les effets sur la population américaine des radiations externes provoquées par les essais américains et les autres nations, cite le cancer comme conséquence certaine, et d'autres maladies, affectant par exemple la glande thyroïde, comme conséquences encore mal évaluées. Plus précisément, leur exposition moyenne de 1,2 mGy provoquera 11 000 morts par cancer parmi les résidents présents entre 1951 et 2000, étalées des années 1950 au début du XXI^e siècle. 10% environ de ces cancers seront des leucémies. À titre de comparaison, c'est 40 millions de morts par cancer qui interviennent en 75 ans dans ce pays.

Ce même rapport parle, pour les radiation internes, de 550 morts par leucémie, et entre 11 300 et 212 000 cas de cancer de la thyroïde (entre 1 000 et 21 000 morts).

Ce rapport est en train (2003) d'être revu ^[3]par l'Académie nationale des sciences des États-Unis.

Quant aux effets sur le nombre d'occurrences de maladies génétiques, les données fiables manquent encore à cet article.

[modifier] Conséquences pour l'environnement

[modifier] Conséquences climatiques

À partir de 30 kt, le nuage de l'explosion peut atteindre la stratosphère, où non seulement il forme le fameux champignon, mais surtout diffuse les matériaux qu'il a emportés dans ses courants ascendants. Les plus légers peuvent avoir le temps de se laisser entraîner par les courants stratosphériques.

Là dessus, des hypothèses ont été émises concernant les atteintes au climat terrien.

Parmi elles, on relèvera que lors d'une guerre nucléaire, les énormes quantités de poussières et de fumées rejetées auraient des conséquences comparables ou supérieures à celles d'une éruption volcanique cataclysmique, telle celle du Krakatoa en 1883 ou (moins documentée) du Santorin antique.

nuisance à la couche d'ozone provoquant un accroissement du rayonnement ultraviolet,
installation d'un écran aux rayons solaires provoquant la disparition des plantes et l'apparition d'un climat glacial (aussi nommé hiver nucléaire).

[modifier] Conséquences sur la faune et la flore

L'examen au microscope de spécimen de plantes ayant poussé à la fin de l'été 1945 sur les terres dévastées de Hiroshima révélait des cellules agrandies et déformées.

Concernant plus spécifiquement et théoriquement les altérations génétiques, la dose doublante, qui entraîne un doublement des anomalies par rapport à la fréquence des anomalies spontanées, est estimée entre 0,5 et 2,5 gray sur des espèces d'élevage bien connues telles que les souris ou les drosophiles. Ces chiffres peuvent être mis en relation avec le chiffre de 4 gray au minimum reçus dans un rayon de 1 km autour du point d'impact de la bombe de Hiroshima.

[modifier] Hiroshima et Nagasaki

Hiroshima donne 140 000 morts à la fin 1945 ; Nagasaki, 74 000 morts et 75 000 blessés lors de l'explosion.

Plusieurs facteurs empêchent de fournir des statistiques fiables du nombre de victimes à ce jour, entre autres, le fait que nombre de victimes sont sorties d'elles-même des statistiques officielles, telles ces Coréens rentrés en Corée après la guerre (10% de l'ensemble des victimes étaient coréennes, selon les estimations japonaises).

De fait, en 2003, ces deux villes sont engagées dans deux combats : le premier, mis en avant, pour la paix; le second, pour le soutien aux victimes, les hibakusha, n'a pas été relayé au niveau national.

[modifier] Protection

Voir aussi l'article : Abri anti-atomique

[modifier] Arrêt des essais

Les nombreux inconvénients des essais nucléaires les font progressivement remplacer par les simulations informatiques. Ces simulations permettent de poursuivre le développement d'armes nucléaires sans avoir recours à des explosions de test.

[modifier] Disparition des bombes atomiques

L'alternative consistant à supprimer les bombes nucléaires de la surface du globe est l'objet d'un débat propre à l'ère nucléaire.

[modifier] Glossaire

Des expressions et mots nouveaux sont apparus, en conséquence directe des explosions nucléaires:

Hibakusha : victimes atomisées (littéralement « personnes ayant subi le bombardement »),
Pikadon : synonyme de bombardement atomique, (littéralement en japonais: eclair-explosion; pika-don)
Syndrome des atomisés : sens variable — synonyme de leucémie, ou de tout désordre mal identifié provoqué par l'irradiation,
Hiver nucléaire : abaissement hypothétique de la température du climat terrestre, suite à une guerre nucléaire.

[modifier] Références

[modifier] Bibliographie

Notes de Hiroshima, de Kenzaburo Oé
Effects of A-bomb Radiation on the Human Body 1992, Ed. Hiroshima International Council for Medical Care of the Radiation-exposed, Bunkodo
Edita Morris, Les fleurs d'Hiroshima, aux éditions J'ai lu

[modifier] Liens externes

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Catégorie : Arme nucléaire