Los Alamos, organisation du laboratoire

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Organisation du laboratoire de Los Alamos

Comme le dit clairement le Los Alamos Primer :

The object of the project is to produce a practical military weapon in the form of a bomb in which the energy is released by a fast neutron chain reaction in one or more of the material known to show nuclear fission.

Le rôle de Los Alamos était de réaliser une bombe, soit à partir de l’uranium 235 fourni par Oak Ridge, soit à partir du plutonium 239 fourni par Hanford. Groves avait fixé comme objectif qu’une bombe soit prête le 1° août 1945. Ce délai très court de deux ans interdisait la distinction habituelle entre recherche, conception et réalisation d’un prototype, et production industrielle en série après correction des imperfections initiales. Il fallait mener de front les recherches, en les focalisant sur la conception d’un design fiable, et la mise en place de la production. Cela impliquait un chevauchement des responsabilités entre les différents groupes. Il fallait également poursuivre toutes les voies en parallèle, sans craindre la redondance, pour éviter de se heurter un jour à un obstacle infranchissable en ne suivant que la voie jugée la plus prometteuse. Par exemple, bien que l’assemblage d’une masse critique par un « canon » parut plus sûre que la méthode d’implosion, celle-ci continua à être menée en parallèle (mais avec des effectifs réduits par manque de moyens humains).

Los Alamos fut un des premiers exemple de laboratoire fonctionnant « sur mission » : il devait réaliser une bombe opérationnelle : tout ce qui irait dans cette direction recevrait un financement illimité et les moyens humains nécessaires, tout le reste serait laissé de côté. Donc pas de recherche pure, pas de solution technique fondée sur une connaissance approfondie des lois physiques, un emploi extensif des approximations, une recherche de la fiabilité plus que de la performance, de larges emprunts à la méthodologie des ingénieurs, une hiérarchie quasi militaire (divisions, groupes, sous-groupes avec des responsables clairement identifiés rendant compte à leur supérieur direct) et des jalons imposés avec des revues d’étapes. Los Alamos a pu cependant conserver une certaine autonomie vis-à-vis de la direction du Programme Manhattan (Bush, Conant, Groves et leurs adjoints), gardant la maîtrise de la conception des bombes et du choix des méthodes et des matériaux (nucléaires en particulier).

Plan des installations scientifiques de Los Alamos au temps du programme Manhattan
Plan des installations scientifiques de Los Alamos (Tech Area) au temps du programme Manhattan

Du 15 avril au 6 mai 1943, une série de réunions rassembla la cinquantaine de scientifiques déjà arrivés pour organiser le laboratoire et en planifier les activités. Elles se tinrent dans les salles de classe du collège qui occupait les lieux avant de se faire déloger par l’armée, et se poursuivaient souvent au cours de randonnées dans la montagne environnante, ou dans le dortoir de l’école occupé en attendant la réalisation des appartements spartiates prévus pour les seniors (très relativement, la moyenne d’âge était de 32 ans) et des dortoirs pour les juniors. Oppenheimer avait 39 ans. La plupart des présents se connaissaient très bien, ayant déjà collaboré à de nombreuses reprises : Fermi, Condon, Rabi, Bethe, Bacher, Manley, Segrè, Wilson… Les discussions portèrent surtout sur le choix des recherches à effectuer et des priorités à décider parmi les problèmes techniques à résoudre. Il ne fut pas tellement question de l’organisation administrative, sinon un refus généralisé des scientifiques d’être placés sous autorité militaire et de se voire attribuer des équivalences de grades. Dans l’esprit de la plupart des participants, il devait s’agir d’un séjour bref, de quelques mois au grand maximum ! Au terme de ces réunions, beaucoup des participants repartirent dans leurs laboratoires d’origine pour rassembler le matériel et les personnes dont ils auraient besoin à Los Alamos. D’autres reprirent leurs activités antérieures, ne revenant à Los Alamos qu’épisodiquement comme Rabi. Fermi retourna à Chicago, passa du temps à Hanford puis à Oak Ridge, et il ne s’installa à Los Alamos qu’en août 1944.

Un laboratoire scientifique de Los Alamos en 1944
Un laboratoire scientifique de Los Alamos en 1944

Oppenheimer organisa initialement le site de Los Alamos en quatre divisions, subdivisées en groupes : une division de physique théorique (division T), une de physique expérimentale (division P), une de chimie et métallurgie (division CM) et une d’artillerie (division E). Chaque division était répartie en plusieurs groupes de travail, ayant chacun une tâche précise, et un comité de coordination (rassemblant les responsables de division et les responsables administratifs) assurait la cohérence de l’ensemble. S’ajoutaient bien sûr les services administratifs, l’intendance, la sécurité militaire, les services de santé, etc. L’organisation fut modifiée à plusieurs reprises en fonction des nécessités, en particulier en juillet 1944 lorsqu’il fallut revoir tous les plans de réalisation des bombes. Au fur et à mesure de la montée en puissance de Los Alamos, Oppenheimer nomma des directeurs-adjoints pour l’épauler. Pour augmenter l’efficacité, Oppenheimer voulut que l’information circule aussi librement que possible entre les différents groupes ou divisions, malgré les fortes réticences des militaires chargés de la sécurité. Il finit par convaincre Groves que les ingénieurs et les physiciens travailleraient beaucoup plus vite de cette manière, et que la sécurité serait mieux assurée si tout le monde était conscient de l’importance des recherches et de la nécessité du secret vis-à-vis de l’extérieur. « When the American people know the reasons for secrecy, they can be depended upon to keep silent. » dit Ernest Lawrence en 1943. Oppenheimer institua dès mai 1943 un colloque (hebdomadaire, sous la pression de Bethe) rassemblant tous les seniors, et il chargea Teller de les organiser.

Divisions

La division T (physique théorique) fut placée sous la direction de Hans Bethe, avec cinq groupes :

  • T-1 (hydrodynamique) dirigé par Edward Teller, puis Rudolf Peierls à partir de juin 1944
  • T-2 (théorie de la diffusion) dirigé par Robert Serber
  • T-3 (expériences et calculs d’efficacité) dirigé par Victor Weisskopf,
  • T-4 (problèmes de diffusion) dirigé par Richard Feynman
  • T-5 (calcul scientifique) dirigé par Donald A. Flanders

Son objectif était de calculer la meilleure configuration pour une bombe en tenant compte des données expérimentales au fur et à mesure qu’elles parvenaient. La priorité était donnée à l’assemblage par un canon, suivi par l’assemblage par implosion, la bombe à fusion défendue par Teller n’arrivant qu’en troisième rang malgré son intérêt évident à plus long terme. Les problèmes abordés touchaient évidemment à la physique nucléaire, mais aussi à l’hydrodynamique, à l’optique, à la chimie et la métallurgie et jusqu’à la géophysique.

Victor Weisskopf
Victor Weisskopf (1908-2002) en 1943 à l’époque de Los Alamos

Weisskopf, théoricien autrichien, reçut son doctorat en 1931 à Göttingen, puis il travailla avec Heisenberg, Schrödinger, Bohr (Copenhague 1932-1933) et Pauli (Zürich 1933-1936). Il émigra aux États-Unis en 1937, s’installant à Rochester. Il fut un des pionniers de la renormalisation en électrodynamique quantique. Il rejoignit en 1943 le programme Manhattan à Los Alamos. Il fut en 1944 un des créateurs de la Federation of concerned scientists, puis milita beaucoup après la guerre contre les armes nucléaires (« Je n’hésite pas à dire que la seconde bombe est un crime » déclara-t-il, jugeant la guerre froide comme « un cas de maladie mentale collective. »). Il fut nommé professeur au MIT en 1945, mais ne rejoignit son poste qu’après la fin de la guerre. Au MIT, il dirigea le groupe de théorie du Laboratoire de Science Nucléaire, il y rédigea en 1952 Theoretical Nuclear Physics plus connu comme le « Blatt et Weisskopf ». Il dirigea le CERN de 1961 à 1966 avant de retourner au MIT diriger le département de physique de 1967 à 1973.

La division P (physique expérimentale) fut placée sous la direction de Robert Bacher, qui avait annoncé qu’il partirait dès que le site serait militarisé (ce qui n’arriva pas). Elle était divisée en cinq puis sept groupes:

  • P-1 (cyclotron de Harvard) dirigé par Robert R. Wilson (Wilson avait 29 ans, il avait passé sa thèse en 1940 avec Lawrence, puis construisit avec DeWolf Smyth un séparateur isotopique électromagnétique, l’Isotron, rival du Calutron qui fonctionna en janvier 1942 à Princeton).
  • P-2 (accélérateurs électrostatiques, deux Van de Graaff venus de l’université du Wisconsin, et un Cockroft- Walton) dirigé par John H. Williams, de l’université du Minnesota. Les accélérateurs furent mis en place au plus vite mais il fallut plusieurs mois avant qu’ils fonctionnent. Le cyclotron et surtout les van de Graaff fournirent l’essentiel des données sur les sections efficaces.
  • P-3 (sources D-D) sous la direction de John Manley
  • P-4 (électronique) sous la direction de Darol Forman (qui avait travaillé pour la Marine dans un laboratoire de San Diego, et pour le Met Lab de Chicago). Il fournissait l’appareillage indispensable aux autres groupes.
  • P-5 (radioactivité) sous la direction d’Emilio Segrè (qui quitta en mai 1943 le laboratoire de Lawrence à Berkeley). Segrè installa un laboratoire de mesure de la radioactivité spontanée des isotopes de l’uranium et du plutonium dans une pittoresque cabane de rondins située dans une vallée isolée, à une trentaine de kilomètres de Los Alamos.
  • P-6 (détecteurs) créé en septembre 1943 sous la direction de Bruno Rossi en fusionnant les équipes de Hans Staub et Bruno Rossi
  • P-7 (le «water boiler» ou LoPo) créé en août 1943 sous la direction de Donald Kerst

Le liquéfacteur à hydrogène fut opérationnel en avril 1944, et Earl A. Long obtint au cours de l’hiver suivant du deutérium liquide.

Robert Fox Bacher (1905-2004) en 1943
Robert Fox Bacher (1905-2004) en 1943

Robert Fox Bacher (1905-2004) passa son doctorat à l’université du Michigan, fut post-doc d’Oppenheimer à Caltech avant de devenir professeur de physique à Cornell en 1935, où il collabora avec Bethe (corédacteur de la «bible» de Bethe). Il devint en 1946 directeur du Laboratoire d’études nucléaires de Cornell, avant de rejoindre Caltech en 1949, où il dirigea la division de physique avant de devenir vice-président de l’institut en 1962. Dans les années 1950, il fut membre de l’AEC et un des grands soutiens d’Oppenheimer.

La division CM (chimie et métallurgie) fut dirigée par Joseph W. Kennedy, qui n’avait alors que 27 ans. Ses objectifs étaient la purification du plutonium produit par les réacteurs (dont on s’attendait à ce qu’il soit beaucoup plus contaminé par des produits de fission que celui produit par les cyclotrons), la métallurgie du plutonium et de l’uranium, et la fourniture de sources radioactives comme le polonium et le radio-lanthane. Pendant la construction d’une grande « salle blanche » sans poussières, Kennedy coordonna les recherches sur la métallurgie du plutonium menées au Met Lab de Chicago, mais aussi au département de chimie de Berkeley et dans l’Iowa. Charles A. Thomas, de Monsanto, vint en juillet 1943 diriger la chimie du plutonium.

Joseph William Kennedy (1916-1957)
Joseph William Kennedy (1916-1957) en 1943

Joseph William Kennedy (1916-1957) fut en 1941 l’un des découvreurs du plutonium (avec Seaborg, McMillan et Wahl). Il passa son doctorat de chimie en 1939 à Berkeley. À Los Alamos, son rôle de gestionnaire fut essentiel. En 1946 il devint professeur de chimie à la Washington University de Saint Louis.

Si les différents groupes étaient presque tous dirigés par des physiciens, la division E (Ordnance Engineering, artillerie) fut placée sous la responsabilité du capitaine de vaisseau (captain) William S. «Deke» Parsons de l’US Navy, qui prit ses fonctions en juin 1943.

William Sterling Parsons (1901-1953)
William Sterling Parsons (1901-1953) en 1945

Parsons était un spécialiste de l’artillerie et des explosifs. Il travailla au Naval Research Laboratory sur le radar et les fusées de proximité de 1939 à 1943. Il devint le 15 juin 1943 le directeur de la division E, en charge de la réalisation matérielle des bombes. Après avoir assisté à l’essai Trinity, il se rendit à Tinian diriger l’assemblage des bombes, et il participa à la mission sur Hiroshima, au cours de laquelle il arma la bombe. Après la guerre, il fut responsable des opérations nucléaires, dirigeant en juillet 1946 l’Operation Crossroads (les essais nucléaires à Bikini). Devenu contre-amiral, Parsons fut ensuite membre de l’AEC tout en occupant de hautes fonctions à l’US Navy jusqu’à sa mort soudaine en 1953.

La division E fut initialement divisée en 6 groupes, puis 11 groupes en juin 1944, juste avant le grand remodelage de l’été 1944.

  • E-1 (polygone d’essai) Edwin McMillan du Rad Lab du MIT (après celui de Berkeley)
  • E-2 (instrumentation) Kenneth T. Bainbridge du laboratoire du cyclotron à Harvard, remplacé par Lyman Parrat début 1944 quand Bainbridge prit la direction du groupe E-9
  • E-3 (détonateurs) Robert B. Brode du département de physique de Berkeley
  • E-4 (projectile, cible et source) Charles H. Crichtfield du National Bureau of Standards
  • E-5 (essais d’implosion) Seth Neddermeyer du National Bureau of Standards (remplacé par George Kistiakowsky en février 1944)
  • E-6 (ingénierie)
  • E-7 (transport de la bombe) créé à l’automne 1943 sous la direction de Norman Ramsay (projet Alberta)
  • E-8 (ballistique intérieure) créé à l’automne 1943 sous la direction de Joseph Hirschfelder
  • E-9 (assemblages explosifs) créé début 1944 sous la direction de Kenneth Bainbridge
  • E-10 (site d’essai) créé en juin 1944 sous le commandement du Major W.A. Stevens
  • E-11 (détonateurs électriques et tests RaLa = lanthane 140 radioactif servant à tester l’implosion) créé en juin 1944 sous la direction de Luis Alvarez

Les constructions des logements, des ateliers et des laboratoires avancèrent rapidement. Un cyclotron et plusieurs accélérateurs linéaires furent apportés de Harvard, de Chicago ou de l’université du Wisconsin. Une installation de liquéfaction de l’hydrogène figura parmi les premiers équipements : elle était destinée aux travaux sur la Super, la bombe à fusion de Teller.

 

 


Contact: lettreani
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