Le dernier réacteur de Heisenberg n’a jamais frôlé la réaction en chaîne, il lui fallait deux fois plus d’uranium

Décryptage

Avril 1945, dans une cave creusée sous le château de Haigerloch : le dernier réacteur de Werner Heisenberg n’approche pas la réaction en chaîne. Son facteur de multiplication plafonne à 0,94, sous le seuil de 1, selon une simulation publiée dans PNAS Nexus le 29 septembre 2026. Pour s’emballer, ce réacteur baptisé B8 aurait eu besoin d’environ deux fois plus d’uranium et de 2,2 fois plus d’eau lourde.

Le réacteur B8 de Heisenberg aurait eu besoin d’environ 3,1 tonnes d’uranium pour diverger en 1945, alors que toute l’Allemagne nazie n’en détenait que 2,6 tonnes (PNAS Nexus, 29 septembre 2026). Côté eau lourde, il en fallait 1,8 fois plus que le Reich n’en possédait au printemps 1945.

À quel point le réacteur de Haigerloch était-il loin du but ?

Loin du seuil : avec un facteur de multiplication de 0,94, chaque génération de 100 neutrons n’en engendrait que 94 à la suivante. La population de neutrons fondait au lieu de croître, et la réaction mourait. Il en fallait 100, ce que les physiciens notent keff = 1.

Le B8 tenait dans un cylindre de 1,23 mètre de diamètre pour 1,24 mètre de haut, installé dans ce village du sud-ouest de l’Allemagne. Au cœur, 664 cubes d’uranium naturel de 5 centimètres de côté, 1 538 kilos au total, pendaient à des chaînes dans 1 410 litres d’eau lourde. Autour, 40 centimètres de graphite renvoyaient une partie des neutrons vers le centre.

L’eau lourde, dont l’hydrogène est remplacé par du deutérium, ralentit les neutrons sans presque en absorber. C’est elle qui permet à l’uranium naturel, non enrichi, d’entretenir des fissions en cascade.

Pourquoi le B8 restait-il sous le seuil ? La simulation désigne deux défauts. Environ 16 % des neutrons s’échappaient du cœur, faute de volume. Et les cubes étaient trop serrés : le rapport entre volume d’eau lourde et volume d’uranium valait 13,3, quand l’optimum calculé se situe à 18,6. Espacer les cubes ne suffisait pas : il en fallait au moins 1 292, presque le double des 664 suspendus à Haigerloch.

Le Reich avait-il de quoi compléter le B8 ?

Non, ni en uranium ni en eau lourde : l’équipe de Patrick Park (université Columbia) et Timothy Koeth (université du Maryland) a calculé trois manières d’amener le B8 au seuil. La plus équilibrée réclamait 3 111 kilos d’uranium et 3 453 kilos d’eau lourde. Celle qui économise l’uranium en exigeait encore 2 994 kilos. Celle qui économise l’eau lourde en demandait 3 281 kilos, mais au prix de 4 113 kilos d’uranium.

Le Reich ne détenait que 2 572 kilos d’uranium pour tout le pays, et au plus 1 836 kilos d’eau lourde en 1945, dont Heisenberg avait obtenu environ 1 500.

Données de Park et ses coauteurs, PNAS Nexus, 29 septembre 2026. Eau lourde au titre de 1945 pour le B8 et ses variantes, en équivalent pur pour les stocks.

Le CP-3, réacteur américain à uranium naturel et eau lourde lui aussi, a divergé en 1944 avec 2 493 kilos d’uranium et 3 767 kilos d’eau lourde. C’est l’ordre de grandeur que la simulation prête au B8 critique : le modèle ne gonfle pas l’addition.

Ce résultat corrige une hypothèse de l’un des auteurs. En 2019, Timothy Koeth estimait que la totalité de l’uranium allemand réunie dans une seule installation aurait « probablement » donné un réacteur fonctionnel, rapportait l’université du Maryland. Le papier de 2026 a fait le test. Avec tous les cubes du pays, environ 1 110, et toute l’eau lourde des équipes allemandes, le keff atteint environ 0,96, toujours sous 1.

Sans les saboteurs norvégiens, l’Allemagne aurait-elle réussi ?

Non plus : l’eau lourde du Reich venait pour l’essentiel d’une usine, celle de Norsk Hydro, en Norvège occupée. Elle en a produit 2 840 kilos (en équivalent pur) pendant la guerre, selon l’inventaire reconstitué par les auteurs. Plus d’une tonne n’a jamais servi au Reich : 185 kilos emportés vers la France en 1940, 140 perdus dans l’explosion d’une pile expérimentale de Heisenberg en 1942, 679 coulés par des commandos norvégiens en 1944.

Rendons au Reich toute cette eau perdue : le compte ne tombe toujours pas juste. La version la plus sobre du B8 critique réclamait 3 281 kilos d’eau lourde à 96,8 %, soit environ 3 180 kilos d’eau pure. Il manquait encore environ 340 kilos par rapport à toute la production norvégienne de la guerre. Et cette version-là exigeait 4 113 kilos d’uranium, que l’Allemagne n’avait pas.

Les sabotages ont pourtant compté, puisque celui de 1944 a coulé près d’un quart de la production totale de l’usine. Ils ont gêné un programme déjà éclaté entre équipes rivales. Mais le verrou était dans l’arithmétique des neutrons : avec ses seules ressources, le Reich ne pouvait pas faire diverger un réacteur de ce type, quelle que soit la disposition des cubes. Les commandos ont mené une guerre utile contre un adversaire qui, sur ce front, n’avait pas les moyens de gagner.

Et chez nous ?

Quel rôle la France a-t-elle joué dans cette pénurie ?

En février 1940, le ministre de l’Armement Raoul Dautry charge le banquier Jacques Allier d’acheter en secret le stock disponible chez Norsk Hydro, 185 kilos, pour les recherches de Frédéric Joliot-Curie à Paris. Le chargement passe par l’Écosse, rejoint la France, puis part en Angleterre en juin 1940, devant l’avance allemande, racontent les archives historiques de BNP Paribas.

Rendus à l’Allemagne, ces 185 kilos auraient porté son stock de 1945 à environ 2 020 kilos. Il en aurait encore manqué quelque 1 150 kilos, en équivalent pur, pour la version la plus sobre du B8. Le geste de 1940 a privé Berlin d’un stock précieux. Il n’a pas, à lui seul, décidé de l’issue.

Pourquoi le graphite, qui a réussi à Chicago, ne pouvait-il pas servir aux Allemands ?

À cause du bore, un élément qui avale les neutrons : quelques grammes par tonne de graphite suffisent à condamner une pile. Le 2 décembre 1942, sous les gradins d’un terrain de football de l’université de Chicago, l’équipe d’Enrico Fermi avait obtenu une réaction en chaîne auto-entretenue avec de l’uranium et du graphite, rappelle le laboratoire national d’Argonne. Pas d’eau lourde à Chicago, seulement du carbone très pur.

Le graphite américain, dit AGOT, contenait l’équivalent de 1,4 gramme de bore par tonne. Il était tiré de coke de pétrole, inaccessible à l’Allemagne après le blocus britannique de janvier 1940. Le graphite allemand venait de coke métallurgique, naturellement plus chargé en bore. Celui de Siemens-Plania placé autour du B8 en contenait 3,4 grammes par tonne. L’échantillon Siemens de 1941 montait à 6,6 grammes.

Le verdict des auteurs est sans appel, puisque avec l’uranium du B8 et l’un ou l’autre de ces graphites, aucune pile critique n’était possible.

Comment rejouer une expérience de 1945 avec les outils de 2026 ?

Les auteurs parlent d’archéologie nucléaire, car ils sont partis de cubes rescapés de ceux que les troupes américaines avaient déterrés à Haigerloch en avril 1945. Les chercheurs en ont mesuré la densité, 18,53 grammes par centimètre cube, et la teneur en uranium 235, 0,724 %, celle de l’uranium naturel.

L’eau lourde, elle, est connue par un échantillon du B8 analysé aux États-Unis en 1947 : 96,8 % de pureté. Tout est entré dans MCNP, un code qui suit le parcours des neutrons un à un, par tirage au hasard (méthode dite de Monte-Carlo).

Restait à prouver que ce jumeau numérique disait vrai. En 1945, l’équipe de Heisenberg avait mesuré que son montage multipliait par 6,7 les neutrons d’une source, à 1,75 près. La simulation trouve 6,465 : dans la fourchette.

Les auteurs ont aussi testé une hypothèse favorable aux Allemands. Une eau lourde pure à 100 % ne relève le keff que de 0,943 à 0,950. Le déficit ne vient pas d’une mesure douteuse.

Pourquoi la légende du « presque » a-t-elle tenu 80 ans ?

Parce qu’elle venait de Werner Heisenberg lui-même. En 1947, dans la revue Nature, il écrit que le matériel de Haigerloch était « juste insuffisant » pour atteindre le seuil. Une quantité « relativement faible » d’uranium supplémentaire aurait, selon lui, « en toute probabilité » suffi.

Personne ne pouvait le contredire chiffres en main. Le montage avait été démonté, les cubes dispersés, et sa propre mesure portait une marge d’erreur de plus de 25 %. La rivalité entre équipes allemandes a nourri le reste : si tout le monde avait mis son uranium en commun, imaginait-on, le Reich aurait franchi le seuil. Des historiens ont ensuite avancé une variante : l’Allemagne aurait dû choisir le graphite, comme les Américains. Le papier de 2026 ferme les deux portes.

Sous l’église du château, la cave se visite : l’Atomkeller-Museum occupe l’emplacement exact du B8, selon les auteurs. Il expose une reconstruction fidèle du réacteur, d’après la fiche patrimoniale du VDE, l’association allemande des ingénieurs électriciens.

La plupart des cubes ont fini fondus dans le stock nucléaire américain. Quatorze seulement sont connus aujourd’hui, dont celui arrivé à l’été 2013 sur le bureau de Timothy Koeth, à l’université du Maryland.

Article créé en collaboration avec l’IA.