[Webinaire] Pile de Chicago : des hypothèses de la réaction en chaine jusqu’au démarrage du premier réacteur
L’histoire des piles de Chicago, ou « piles de Fermi », est faite d’idées visionnaires et d’un enchaînement de découvertes scientifiques en un temps record. C’est aussi une aventure humaine, menée par des physiciens et physiciennes passionnés par l’atome, qui a fait basculer le monde dans l’ère du nucléaire. Andrea Zoia, directeur de recherche et chef de laboratoire au CEA, est revenu sur cette histoire lors d’un webinaire organisé par la Sfen le jeudi 26 février.
Dans les années 1930, le monde scientifique est en ébullition autour de l’atome et de la radioactivité. Les idées s’enchaînent jusqu’à la découverte de la fission nucléaire en 1939. À partir de ce moment, une « traque aux neutrons secondaires » est lancée par les physiciens, qui soupçonnent que d’autres neutrons sont émis lors de la fission — ce qui pourrait entraîner une réaction en chaîne. « Plusieurs expériences sont alors menées simultanément par différentes équipes, aux États-Unis comme en France et en Allemagne », souligne Andrea Zoia.
De son côté, l’équipe de Fermi tente l’expérience du graphite (comme modérateur) et de l’oxyde d’uranium pour ses premières piles expérimentales à Colombia. Puis, avec l’entrée en guerre des États-Unis, « en décembre 1941, le projet est restructuré. Et l’équipe de Fermi et les piles sont transférées à Chicago au sein du nouveau laboratoire Met Lab », indique Andréa Zola. Le projet prend alors une tournure exponentielle, avec l’intérêt du secteur militaire, et de nombreuses autres piles sont conçues pour gagner rapidement en connaissances et en compétences.
Dès la deuxième moitié de l’année 1942, les piles deviennent prometteuses au niveau de la criticité, notamment grâce à l’utilisation de matières radioactives purifiées. Les premières ébauches de réacteurs commencent alors à être faites, avec une pile sphérique composée de 57 couches de réseau d’uranium et de graphite et des barres des contrôles en bois recouvertes de cadmium. En fin d’année cette première pile critique, appelée CP-1, était en construction … à un rythme effréné.
« Le soir du 1er décembre 1942, CP-1 était prête à diverger », souligne Andréa Zola. La divergence est lancée le lendemain matin sous les yeux de toute l’équipe et le « moment historique arrivera à 15h36 avec une montée exponentielle sur le tracée de la courbe de population neutronique. Cela durera 20 minutes. » Après le démarrage de ce premier réacteur, une autre pile , la CP-2 (en réalité la pile CP-1 démontée et remontée) est rapidement mise en route pour faire de nouvelles expériences. Elle sera exploitée près d’une dizaine d’années et contribuera grandement aux connaissances qui nous sont encore utiles aujourd’hui. ■