Les événements mondiaux actuels ont démontré que nous ne vivons pas dans les périodes les plus stables. Pourtant, la plupart d’entre nous, les enfants des années 90, sont probablement heureux que nous n’ayons pas eu à subir les tremblements politiques de la guerre froide lorsque les gens vivaient dans la peur constante de l’armageddon nucléaire. Les essais d'armes nucléaires étaient courants au cours de cette période, les États-Unis et l'Union soviétique ayant investi massivement pour augmenter la qualité et la quantité de leurs ogives dans la course à la suprématie nucléaire.

Même si la situation politique s'est stabilisée après la chute de l'Union soviétique, les conséquences de la grande quantité d'essais nucléaires effectués à l'époque sont encore perceptibles aujourd'hui. Outre les effets dévastateurs sur la santé humaine et l'environnement, cette période laisse également des implications pour la science qui ne sont pas toujours négatives.

Une histoire pas si brève des essais nucléaires

Essais nucléaires menés dans le monde par année
Crédits: CT24BTO

Le premier essai nucléaire a été célèbre sous le nom de code Trinité par les États-Unis en juillet 1945 dans le cadre du projet Manhattan. Le deuxième pays à suivre fut l'Union soviétique en 1949, puis le Royaume-Uni en 1952, la France en 1960 et la Chine en 1964. Viennent ensuite des pays comme l'Inde, le Pakistan et, plus récemment, la Corée du Nord. Au total, plus de 2 100 essais nucléaires ont été effectués jusqu'à aujourd'hui avec un rendement total estimé à environ 540 mégatonnes. La majorité de ces essais ont été effectués par l'Union soviétique et les États-Unis pendant la guerre froide avec pas moins de 178 explosions nucléaires au cours de la seule année 1962.

En 1963, après avoir fait exploser des centaines de bombes nucléaires au-dessus du sol au cours des 18 dernières années, les politiciens ont finalement conclu qu'ils avaient fini d'empoisonner l'atmosphère de radioactivité et ont ratifié le Traité d'interdiction partielle des essais nucléaires (PTBT). Depuis lors, toutes les formes d'essais nucléaires ont été interdites, à l'exception de celles menées sous terre. Ces essais souterrains n'ont été interdits qu'en 1996 par le Traité d'interdiction complète des essais nucléaires (TICE), qui interdit finalement toutes les explosions nucléaires sur Terre.

Une explosion nucléaire produit une grande quantité d'isotopes radioactifs. Il s'agit soit de produits de fission directs, soit de l'activation d'autres matériaux par les neutrons thermiques. Dans les tests atmosphériques, la matière radioactive est propulsée dans la haute atmosphère avant de tomber sous forme de retombées nucléaires. Le tableau ci-dessous montre certains des radionucléides produits par les essais nucléaires qui ont une implication pour la recherche scientifique.

IsotopeDemi vieOrigine
Co-605 annéesActivation
Kr-8510,8 ansfission
Sr-9029 ansfission
Cs-13730 ansfission
C-145700 ansActivation

Bomb Pulse Dating

La concentration relative de C-14 atmosphérique dans les hémisphères sud et nord.
Crédits: Hokanomono

Un exemple intéressant de radionucléide est le C-14 qui est également naturellement produit dans l'atmosphère lorsque les neutrons générés par les rayons cosmiques sont absorbés par les atomes d'azote. Le C-14 se combine ensuite avec l'oxygène pour former du CO2 radioactif.

Puisqu'une explosion nucléaire inonde l'atmosphère de neutrons thermiques, elle génère également du C-14 par le même mécanisme. Comme le montre ce chiffre, la concentration de C-14 dans l'hémisphère nord a été presque doublée par les essais nucléaires jusqu'à la signature du PTBT. Heureusement, le C-14 produit artificiellement ne présente aucun risque pour la santé et a une application utile dans la datation au radiocarbone. La datation au radiocarbone classique ne fonctionne que pour les matériaux organiques très anciens car elle est basée sur le principe que le rapport C-14 / C-12 diminue lentement en fonction de la demi-vie C-14 après la mort d'un organisme. La datation par impulsion de bombe examine plutôt des échantillons biologiques de l'ère des essais nucléaires et compare leur quantité de C-14 avec l'abondance atmosphérique décroissante de l'impulsion de bombe. Avec cette méthode, il a été possible de déterminer l'âge des corps non identifiés et d'étudier la régénération des cellules neuronales.

Détection de faux vin avec du Cs-137

L'activité du Cs-137 au fil du temps dans les vins de Bordeaux.
Crédit: CENBG

Une méthode de datation similaire existe pour le Cs-137, un isotope qui présente l'un des plus grands risques pour la santé de tous les produits de retombées en raison de sa longue demi-vie et de ses propriétés chimiques. Le Cs-137 est presque purement artificiel et peut être trouvé en quantités infimes dans le sol, les plantes et les animaux partout dans le monde où il a été distribué par des armes nucléaires et des accidents. Comme le Cs-137 émet des rayons gamma qui peuvent pénétrer dans les conteneurs fermés, il peut être détecté de manière non destructive et a été utilisé pour identifier l'authenticité des bouteilles de vin. De toute évidence, un vin mis en bouteille avant 1945 ne doit pas contenir de Cs-137. Les vins plus anciens peuvent être datés en comparant leur activité avec la courbe de référence indiquée à gauche.

La radioactivité artificielle obscurcit le signal de la matière noire

Les radio-isotopes générés par les essais nucléaires n'ont pas tous profité à la science. Pour certains domaines de la physique, comme la recherche de matière noire, la détection de neutrinos ou la recherche de désintégrations nucléaires rares, le rayonnement de fond indésirable de notre héritage d'essais nucléaires fait obstacle.

L'expérience XENON-1T / nT, par exemple, vise à détecter la matière noire à l'aide d'un détecteur géant rempli de xénon liquide. Le xénon disponible dans le commerce contient des traces de krypton au niveau ppm et donc également le produit de fission Kr-85. Comme le signal de la désintégration bêta du Kr-85 interfère avec le signal potentiel de la matière noire, le xénon doit d'abord être purifié à des niveaux inférieurs à ppt avec une colonne de distillation spéciale à deux étages. Un autre fond parasite pour les recherches d'événements rares provient du Co-60 présent dans l'acier de l'après-Seconde Guerre mondiale. Avant de construire un détecteur, on mène généralement de vastes campagnes de dépistage pour identifier l'acier à faible contamination au Co-60, connu sous le nom d'acier à faible bruit de fond.

Les explosions nucléaires augmentent les précipitations

Des chercheurs ont récemment montré que les essais d'armes nucléaires avaient également une influence significative sur la distribution des précipitations. Pour leur étude, ils ont examiné les données météorologiques entre 1962 et 1964 à partir de stations de recherche en Écosse et au Royaume-Uni. Il a été démontré que le Sr-90 libéré dans l'atmosphère lors d'essais d'armes nucléaires augmentait considérablement la conductivité de l'air par ionisation. L'excès de charge a encouragé la formation de gouttes de pluie et conduit à des nuages ​​visiblement plus épais et à une augmentation moyenne des précipitations de 24% les jours avec une radioactivité plus élevée. Ces découvertes aident à mieux comprendre le rôle de la charge électrique dans la formation des nuages ​​avec d'éventuelles applications futures en géo-ingénierie.

La période des essais nucléaires lourds a certainement marqué notre monde. Naturellement, nous ne devons pas remettre les scientifiques dans la situation où ils essaient de trouver la doublure d'argent en contaminant la terre par radioactivité.

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