La nature des armes nucléaires a subi une grande transformation qualitative il y a quarante-cinq ans environ, lorsque la fission nucléaire (le fractionnement des atomes) et la fusion nucléaire (la combinaison d'atomes) furent combinées à l'intérieur d'armes thermonucléaires, plus communément connues sous le terme de «bombes à hydrogène». Jusqu'à présent, seule une explosion issue de la fission a permis de produire les températures et les pressions élevées nécessaires au déclenchement de l'explosion thermonucléaire dans une bombe à hydrogène. Pour cette raison, toutes les armes de la génération thermonucléaire actuelle ont un «étage primaire» à fission qui déclenche une explosion par fusion nucléaire dans l'«étage secondaire». Pourtant, des armes de fusion pure, c'est à dire, des armes qui n'auraient pas besoin de déclenchement à base de fission, ont longtemps été considérées «souhaitables» par les concepteurs d'armes nucléaires, en partie parce qu'elles ne produiraient pas de retombées de produits de fission.

La faisabilité scientifique d'armes de fusion pure n'a pas encore été démontrée, mais si l'on venait à bout des obstacles techniques, l'utilisation d'armes nucléaires comme instruments de guerre pourrait être fondamentalement transformée, faisant pour la première fois intervenir de nouveaux risques de prolifération et une réduction radicale des chances de parvenir à un désarmement nucléaire complet et durable.

Les explosions thermonucléaires, au contraire des explosions engendrées par les réactions en chaîne dans des matériaux fissiles comme le plutonium, ne nécessitent pas de masse critique minimale. Par conséquent, on pourrait fabriquer des armes de fusion pure de puissances très faibles qui ne produiraient pas de retombées, effaçant ainsi la distinction entre les explosifs conventionnels et les explosifs nucléaires. Pourtant, l'effet létal de ces armes, dû à la radiation neutronique et à la force explosive, serait toujours énorme.

Par exemple, la zone de létalité produite par une arme de fusion pure d'une force explosive d'une tonne équivalent TNT serait de l'ordre d'une centaine de fois plus grande qu'une bombe conventionnelle de la même force explosive. Cela, du fait que l'essentiel de la létalité des armes de pure fusion proviendrait de la radiation neutronique intense plutôt que de l'explosion. En fait, le rayon de mortalité de petites armes de fusion pure par unité de puissance explosive serait beaucoup plus grande que celle des grosses armes à fission.¹ Par exemple, la zone détruite par tonne équivalent TNT de la bombe d'Hiroshima était d'environ 500 mètres carrés, ce qui est une centaine de fois plus petit que le rayon mortel estimé d'une bombe de fusion pure d'une tonne équivalent TNT. Cette arithmétique militaire aurait de profonde conséquences négatives pour la non-prolifération et le désarmement nucléaires.

Fusion explosive par confinement (FEC)²

Les réactions de fusion libèrent de l'énergie lorsque deux noyaux légers sont combinés. (La fission, au contraire, libère de l'énergie par la cassure de noyaux lourds). La raison sous-jacente qui explique la libération d'énergie est la même que celle de la fission -- c'est à dire, les noyaux qui sont présents initialement sont plus lourds que les produits de la réaction nucléaire; la différence de masse apparaît sous forme d'énergie.

Les armes de fusion pure (tout comme l'énergie de fusion) ont été jusqu'ici inaccessibles parce qu'il est très difficile de créer les conditions qui permettent à un nombre suffisamment grand de réactions de fusion nucléaire de se produire et de générer une nette production d'énergie sans avoir recours à une amorce à fission. A courte portée, des noyaux chargés de façon positive exercent des forces électriques répulsives les uns sur les autres. Ces forces doivent être vaincues pour rassembler suffisamment les noyaux et augmenter ainsi la probabilité de production de réactions de fusion. Cela est obtenu en portant le combustible à des températures extrêmement élevées (d'où le terme «thermonucléaire») -- comparables ou supérieures aux températures à l'intérieur du soleil. Cela permet à l'énergie cinétique (l'énergie du mouvement) des noyaux d'être suffisamment grande pour vaincre la force de répulsion.³

La réaction de fusion artificielle la plus fréquemment réalisée, et celle qui est responsable de la majorité de la libération d'énergie de fusion dans des explosions thermonucléaires, met en jeu deux isotopes d'hydrogène: le deutérium (D) et le tritium (T).⁴ Le deutérium est un isotope non radioactif, avec un proton et un neutron à l'intérieur du noyau. Le tritium, qui a un proton et deux neutrons à l'intérieur de son noyau, est fortement radioactif.⁵ Une réaction de fusion entre ces deux isotopes produit une particule alpha, qui est un noyau d'hélium et un neutron (voir schéma ci-dessous).

La totalité de l'énergie libérée par réaction de fusion D-T est de 17,6 MeV, dont la majorité est l'énergie cinétique du neutron. Bien qu'elles n'atteignent pas les niveaux des bombes thermonucléaires, les installations des laboratoires pour FEC ont atteint un nombre important de réactions de fusion (10¹² à 10¹³ neutrons par tir).

Tous les dispositifs de FEC ont deux composantes de base: la pastille de combustible et un «pilote». La pastille de combustible contient le combustible, en général un mélange de deutérium et de tritium, ainsi que d'autres composants. Le pilote apporte l'énergie à la pastille pour la compresser aux densités et températures élevées nécessaires pour amorcer la réaction de fusion. Les types de pilotes qui ont été envisagés comprennent des lasers, des faisceaux à ions lourds, des explosifs chimiques et des sources d'énergie électromagnétique.

Le rapport entre l'émission d'énergie de fusion et celle du pilote est appelé gain. Un gain d'une unité est nécessaire pour prouver la faisabilité scientifique de tout dispositif de fusion. Lorsque le gain est inférieur à un, il y a une perte d'énergie nette, et le dispositif de fusion n'est pas viable.

Deux percées scientifiques et techniques essentielles sont nécessaires pour fabriquer des armes à fusion pure. D'abord, leur faisabilité scientifique doit être établie. Ensuite, ils doivent être fabriqués de suffisamment petite taille pour constituer des armes transportables. Le NIF (National Ignition Facility), en construction en Californie, et un autre de type similaire en construction près de Bordeaux en France (Laser Mégajoule, ou «LMJ»), sont conçus pour établir la faisabilité scientifique d'explosions de fusion pure. Bien que les faisceaux lasers qu'ils utilisent ne puissent être miniaturisés en des armes, le but des installations est de parvenir à un gain (thermonucléaire) supérieur à un. L'allumage de la pastille de combustible aboutirait à de petites explosions de fusion (voir ci-dessous, une définition de l'allumage et des explosions de fusion nucléaire).

Les leçons retirées de ces expérimentations de fusion par laser pourraient être utilisées dans des expérimentations utilisant d'autres pilotes ayant un potentiel de miniaturisation pour faire des armes. Par exemple, les expériences sur le NIF pourraient être utilisées pour concevoir des cibles optimales pour des expériences utilisant des condensateurs d'énergie élevée (high-energy) ou des pilotes utilisant des combinaisons de produits chimiques et d'énergie électromagnétique qui peuvent être rendus suffisamment compacts pour en faire des armes. Des expériences avec ce type d'installations sont menées actuellement dans les laboratoires nationaux de Los Alamos et Sandia, au Nouveau Mexique, ce dernier en collaboration avec la Russie. Un résultat de ces efforts combinés pourrait être des progrès importants vers la conception d'armes de fusion pure.

Bien que la faisabilité scientifique n'ait pas encore été prouvée jusqu'içi, la recherche sur les explosions de fusion pure pose, en elle-même de graves questions. Au minimum, elle émet un signal dangereux concernant l'intention des puissances nucléaires de continuer à développer et à améliorer leurs arsenaux. Les effets sur les efforts de désarmement et de non-prolifération sont d'ores et déjà graves. Le refus de l'Inde de signer le CTBT (Traité d'Interdiction Totale des Essais) était, en partie, une réaction à ce type de recherche menée par les Etats nucléaires. Ensuite, sa décision de mener des essais nucléaires souterrains était en partie liée à sa conclusion que le CTBT était passé d'un instrument non discriminatoire, conçu pour promouvoir à la fois la non-prolifération et le désarmement, à un instrument uniquement utilisé à des fins de non-prolifération. De plus, il semble qu'une partie de la recherche pour la fusion viole le CTBT, comme nous l'examinons ci-dessous.

Au nombre des problèmes potentiels figurent:

• la possibilité d'obtenir des armes de fusion pure, un but très ancien des concepteurs d'armes nucléaires;
• le développement par les Etats-Unis (et peut-être aussi par d'autres Etats nucléaires) de nouveaux modèles d'armes thermonucléaires à fission-fusion;
• la possibilité du retrait américain du CTBT, au nom de la clause «d'Intérêt National Suprême» pour tester soit de nouvelles générations d'armes ou des modifications de modèles existants d'armes thermonucléaires;
• la diffusion de codes informatiques et d'informations sur les aspects physiques des explosifs thermonucléaires, étant donné qu'il y a des aspects de recherche à visée non militaire pour la plupart de ces installations. (Par exemple, des expériences d'astrophysique seraient menées au NIF, et des expériences dans des installations complètement non soumises au secret sont menées dans des Etats ne possédant pas l'arme nucléaire tels que l' Allemagne et le Japon.)

Les documents officiels des projets américains pour le programme de Gestion des Stocks d'armes nucléaires, démontrent que les projets du Ministère de l'Energie ont pour but de maintenir et d'exercer la capacité de conception de nouvelles armes nucléaires. Il est tout à fait concevable que les scientifiques spécialistes des armes au ministère de l'Energie puissent mener au moins des investigations préliminaires de conception d'armes de fusion pure une fois que les données nécessaires seront disponibles. Si l'on en croit le ministère de l'Energie, il n'est pas seulement nécessaire d'avoir des installations perfectionnées pour intéresser et garder les scientifiques, il est également nécessaire de leur apporter l'opportunité d'exercer leurs talents de conception.⁶ Nous remarquons que le ministère de l'Energie a nié avoir l'intention de concevoir des armes de fusion pure. Mais le travail technique qu'il fait actuellement pourrait néanmoins aboutir à de telles armes parce qu'il est compatible avec la recherche et le développement d'armes de fusion pure.

Des applications potentielles de production d'énergie ont été mises en avant pour les divers programmes de fusion explosive. Néanmoins, les dispositifs pour l'énergie devraient être justifiés sur la base de comparaison avec d'autres approches apportant des solutions aux problèmes énergétiques, surtout vues les énormes dépenses occasionnées par ces appareils et l'échelle de temps extrêmement longue qui risque d'être nécessaire pour que cette recherche porte ses fruits (plusieurs décennies sinon plus). Il y a des approches bien plus prometteuses pour traiter les problèmes énergétiques que les projets du FEC.⁷

La légalité de la recherche sur la fusion, dans le cadre du Traité d'Interdiction Complète des Essais est un problème compliqué et, jusqu'ici, non résolu. Deux problèmes clés sont en jeu: l'interprétation du langage utilisé par le traité, et la définition précise de ce qu'est une «explosion nucléaire».

Langage utilisé par le CTBT

L'article I du Traité d'Interdiction Totale des Essais déclare que:

Le gouvernement américain, à la fois dans des déclarations antérieures et dans sa présentation du traité au Sénat américain, pour ratification, a affirmé que les expériences du FEC ne sont pas couvertes par le traité. La position américaine a été basée sur une interprétation du traité de non-prolifération nucléaire, selon laquelle il interdirait l'utilisation de «dispositifs explosifs nucléaires» par des Etats non nucléaires. Cependant, le CTBT va plus loin, interdisant toute «explosion nucléaire», y compris «les explosions nucléaires pacifiques» par tout Etat, et a pour but d'empêcher le développement des armes par tous les Etats.

Un examen poussé des autorisations de certaines explosions par fission a fait parti des négociations du CTBT. Au départ, les Etats-Unis voulaient que le CTBT autorise des essais hydronucléaires qui permettraient d'aller jusqu'à quatre livres d'énergie explosive nucléaire. Pourtant, ils changèrent de position en 1995 et se prononcèrent en faveur d'un traité avec «l'option zéro»; c'est cette version du traité qui fut adoptée. Malheureusement, «l'option zéro» ne fut pas définie, bien que le relevé des négociations pour les explosions hydronucléaires indique clairement que cela devrait être largement en dessous de quatre livres d'équivalent TNT. En conséquence, les signataires du CTBT ne sont pas autorisés à mener des expériences hydronucléaires. Pourtant, les Etats-Unis et la Russie croient qu'ils sont autorisés, par le traité, à continuer des expériences «sous-critiques» utilisant à la fois du plutonium et des explosifs conventionnels, parce que le plutonium n'atteindrait pas la criticité.

Nos recherches indiquent que le NIF, le projet de mégajoule laser et toutes les autres installations conçues pour créer des explosions thermonucléaires ne serait-ce que quelques livres d'équivalent TNT sont illégales dans le cadre du CTBT. Même leur construction est illégale puisque le CTBT exige la prévention au même titre que l'interdiction des explosions. Les signataires ont également obligation de ne pas «provoquer, encourager, ou prendre part de quelque façon que ce soit à»la moindre explosion nucléaire. Le but de ces installations est de mener des explosions nucléaires. Seul un engagement contraignant au niveau légal qui serait permanent et vérifiable dans le cadre du CTBT de ne pas utiliser de combustible tritium dans ces machines rendrait leur construction légale. Cependant, dans ce cas les machines seraient inutiles puisque leur objectif exclusif est de parvenir à l'ignition du plasma.

Comment définir une «explosion nucléaire»?

La clarification de l'article I du CTBT exige qu'une explosion nucléaire soit définie. Il est clair que les rendements nucléaires issus des explosions de super criticité, si faibles soient ils, sont illégaux, comme c'est le cas pour toutes les armes nucléaires actuelles. Mais cela ne nous permet pas d'établir une limite numérique pour savoir quelle force explosive dérivant des réactions nucléaires d'autres types, par exemple, des réactions sous critiques, seraient illégales. Par conséquent, la recherche d'une définition précise est assez complexe.

Une explosion est l'interaction entre la quantité totale d'énergie libérée, la densité énergétique et la duré ;e de libération de l'énergie. Le facteur de temps est sans doute celui qui est le plus facile à définir. Bien qu'il n'y ait pas de définition exacte du temps de réaction pour une explosion, nous utilisons une milliseconde comme valeur raisonnable pour distinguer un régime constant d'un régime explosif.⁸ Cela est dû au fait que toutes les explosions nucléaires pouvant avoir une conséquence militaire possible sont censées se produire en bien moins d'une milliseconde. D'autres critères physiques sont également nécessaires pour définir une explosion nucléaire:

Criticité: Comme nous l'avons fait remarquer ci-dessus, les Etats-Unis ont utilisé le seuil de la criticité pour définir les explosions nucléaires de matériaux fissiles. Selon cette définition, les expériences sous-critiques avec des explosifs chimiques à haut rendement et des matières fissiles menés au Nevada Test Site sont estimées acceptables dans le cadre du CTBT.

Libération Spécifique d'Energie: Un rapport de Los Alamos de 1987 sur le moratoire des essais de 1958 à 1961 affirme qu'une «explosion nucléaire n'a jamais été définie officiellement, mais nous considérons comme raisonnable la définition selon laquelle il s'agit d'une libération spécifique d'énergie de fission qui soit elle-même comparable ou plus grande à celle d'un explosif chimique à haut rendement, soit environ une kilocalorie par gramme.»⁹ En d'autres termes, la libération d'énergie nucléaire sous forme explosive n'est pas vraiment une explosion, à moins que l'énergie libérée soit plus importante que l'énergie utilisée pour amorcer l'explosion.

Ignition: L'ignition du plasma est un autre critère particulièrement pratique pour permettre de définir les explosions de fusion. Il a été défini de deux façons différentes:

1. La création d'une vague de combustion se propageant seule à l'intérieur de la pastille combustible. Il s'agit d'un concept quelque peu analogue au concept de criticité dans les explosions de fusion.¹⁰
2. Un gain d'une unité. En d'autres termes, la puissance de production de la fusion de la pastille combustible est égale ou supérieure à la puissance de production du pilote.¹¹

Nous pensons que la définition des explosions comme phénomène obtenu dans les systèmes de FEC avec un gain d'une unité est une définition qui satisfait de façon minimale les objectifs d'application du CTBT. L'avantage de cette proposition est qu'elle n'est pas limitée à une technologie particulière quelconque ou à une puissance arbitraire, mais est plutôt basée sur une comparaison entre l'utilisation d'énergie et la production d'énergie. Pour respecter le CTBT, les réactions de fusion devraient avoir une libération d'énergie qui soit inférieure à l'apport d'énergie par le pilote à l'intérieur de la pastille combustible. Dans ce cas, les conditions d'établissement de la faisabilité scientifique des explosions de fusion pure ne seraient pas obtenues.

Toute définition d'une explosion de fusion nucléaire concordant à l'ignition du plasma laisserait encore la porte ouverte au développement d'armes de fusion pure tout en respectant la lettre du CTBT. Cela est dû au fait qu'une grande partie de la recherche sur les applications militaires peut être menée avec des gains justes inférieurs à un -- c'est à dire, juste en dessous du seuil d'ignition. C'est pourquoi, il serait judicieux d'établir d'autres limites pour réduire le développement de nouvelles armes. Les deux limitations suivantes ont été proposées par des experts possédant une expérience dans divers domaines du nucléaire militaire:

La limite de Garwin: Cette proposition, faite par Richard Garwin, un consultant de longue date pour diverses agences gouvernementales américaines sur les questions des armes nucléaires, limiterait la production de neutrons à 10¹⁴ neutrons par tir. Cela correspond à l'explosion de 0,1 gramme d'explosifs à haut rendement. Etant donné que cette limite a déjà été approchée par les expériences de Magnetized Target Fusion (10¹³ neutrons) et, apparemment par la recherche russe en matière d'explosifs à haut rendement (10¹⁴ neutrons), cela aurait effectivement pour effet de geler le programme jusqu'à ce qu'on procède à un bilan des expériences de fusion.¹² De la même façon, des expériences menées sur des installations telles que NIF seraient limitées, mais pas interdites, par cette proposition.

La limite de Kidder: Une proposition émise par Ray Kidder, un scientifique de haut niveau, spécialiste des armes, retraité du Lawrence Livermore National Laboratory, et l'un des pionniers de la recherche sur la fusion par laser, interdirait l'utilisation du tritium dans les systèmes fonctionnant directement ou indirectement avec des explosifs à haut rendement. Les installations conçues spécialement pour parvenir à l'ignition ou à la combustion des pastilles de combustible D-T auraient peu de chances à parvenir à ces buts avec des pastilles de combustible sans tritium, à cause de la difficulté supplémentaire de parvenir à d'autres réactions de fusion, telles que la réaction D-D, en nombres suffisants en un seul tir.¹³ Des composants fonctionnant aux explosifs à haut rendement seront probablement la clé de la miniaturisation d'appareils de fusion pure -- une étape nécessaire vers les armes de fusion pure. Cette possibilité est la raison cachée derrière la proposition d'interdire le tritium en combinaison avec des explosifs à haut rendement. Pourtant, une telle interdiction n'imposerait aucune limite sur la recherche sur les systèmes fonctionnant au laser ou au faisceau d'ions, ou même le «z-pinch à réseau câblé» (striction-z) de Sandia -- susceptibles de contribuer au développement d'armes de fusion pure. Le «z-pinch à réseau câblé» peut dans une certaine mesure être miniaturisée de façon à être utilisable comme arme (voir l'article en page 38).

Bien que chacune de ces limitations laisse, en elle-même, des lacunes importantes dans le dispositif de contrôle, elles pourraient collectivement apporter une protection raisonnable contre le développement d'armes de fusion tout en permettant la poursuite d'une partie de la recherche sur la fusion. Cela permettrait la poursuite de toute la recherche sur la fusion non explosive de confinement magnétique, mais aussi la plupart des expériences sur les installations laser existantes, telles que le laser NOVA au Laboratoire Livermore. Pourtant, la plupart des installations nouvelles ou à venir seraient illégales.

Bien que notre tour d'horizon technique de la situation actuelle indique que des installations telles que le NIF et le Laser Mégajoule sont illégaux dans le cadre du CTBT, il n'y a aujourd'hui aucune interprétation officielle du CTBT concernant les explosions de fusion. C'est pourquoi, les Etats-Unis et d'autres pays font comme si leurs projets étaient légaux par rapport au CTBT. Une prise de position officielle par la conférence de révision du CTBT, qui définirait une explosion au regard des objectifs du traité et établirait des limitations sur la recherche sur la base de cette définition, est nécessaire. Elle devrait prendre en compte les faits exposés ci-dessus mais aussi l'intention clairement affichée du CTBT de limiter le développement de nouvelles armes. L'interprétation actuelle, par les Etats-Unis du CTBT, partagée par plusieurs autres Etats, est clairement inacceptable. Elle considère les explosions dans le NIF ou le Laser Mégajoule comme légales. Si cela est accepté, il n'y aura pas de limite supérieure aux explosions de fusion pure dans le cadre du CTBT, ce qui le saperait gravement à long terme et pourrait le vider de son sens.

Les installations et expériences telles que le NIF et les dispositifs de fusion de cible magnétisées font peser des menaces à la fois sur le CTBT et sur le processus de désarmement. Si l'ignition est démontrée dans le laboratoire, les laboratoires militaires et le Ministère de l'Energie (ou leurs équivalents dans d'autres pays) risqueraient d'exercer une pression considérable pour continuer les investigations et pour engager des activités de conception préliminaire d'une nouvelle génération d'armes (même si le but est simplement de garder les concepteurs d'armes intéressés et occupés). L'ignition aurait aussi pour conséquence de raviver le soutien politique et de rendre plus probable le financement à grande échelle de telles activités.

Même sans la construction d'armes réelles, ces activités pourraient réellement mettre le CTBT en danger par des forces à la fois internes et externes aux Etats nucléaires poursuivant cette recherche. Au niveau interne, les mêmes pressions qui pourraient mener à la reprise des essais de la génération actuelle d'armes pourraient aussi aboutir aux essais de nouvelles armes (pour remplacer des armes plus anciennes, censées être moins fiables ou moins sûres). Au niveau externe, le fait que les Etats nucléaires s'engagent dans des activités de conception de nouvelles armes de fusion pourrait pousser d'autres Etats à considérer cela comme un retour en arrière dans la dynamique du désarmement. En effet, comme il a déjà été noté par ailleurs dans ce bulletin, ce scénario s'est déjà produit avec les essais nucléaires indiens et pakistanais.

Les recommandations suivantes, prises ensembles, ont pour but d'empêcher le développement d'armes de fusion pure:

• L'ignition du combustible de fusion devrait servir de définition pour une explosion de fusion nucléaire, afin de respecter les objectifs du CTBT. Cela interdirait toute expérience d'ignition mais aussi les projets ou la construction de toute installation conçue pour parvenir à l'ignition. Cela semble être le minimum nécessaire pour respecter les termes du CTBT. La construction du NIF et du LMJ devrait être arrêtée.
• La puissance de production d'énergie de fusion totale devrait être limitée à 10¹⁴ neutrons par tir (comme ce qui est proposé par Richard Garwin). Cela empêcherait les tentatives de gagner des informations utilisables pour des armes en augmentant l'énergie du pilote et la puissance de production énergétique de fusion tout en restant en dessous du point d'ignition.
• L'utilisation du tritium devrait être interdite dans tous les systèmes qui utilisent des explosifs à haut rendement (comme dans la proposition de Kidder).