Une impulsion electromagnetique nucleaire (IEMN) , egalement connue sous le nom NEMP (de l' anglais nuclear electromagnetic pulse ) est une emission d' ondes electromagnetiques breve et de tres forte amplitude qui peut detruire de nombreux appareils electriques et electroniques (relies au courant et non proteges) et brouiller les telecommunications . Les consequences d'une telle impulsion sur une zone habitee pourraient etre devastatrices, surtout dans les pays developpes .

Ce type d'impulsion a ete decouvert en 1945 , lors d'essais nucleaires americains, en tant qu'effet secondaire d'une bombe atomique . Depuis, elle est devenue une arme a part entiere.

Les effets d'une IEMN dependent de nombreux facteurs notamment de l' altitude a laquelle la bombe va exploser et de sa puissance. Une bombe qui explose a haute altitude ( IEM-HA ou HEMP en anglais) provoque une IEM bien plus etendue qu'une explosion pres du sol.

Il existe aussi des impulsions electromagnetiques d'origine naturelle, provoquees par le Soleil ou par la foudre , qui sont assimilees aux IEM d'origine nucleaire, mais qui n'ont pas exactement les memes caracteristiques, ni exactement les memes effets.

Les applications des IEMN sont surtout militaires, mais plusieurs usages industriels ont aussi ete decouverts.

L'IEMN n'est pas une nouvelle sorte d'arme. Elle est connue depuis 1945. Les caracteristiques uniques des IEM nucleaires de haute altitude sont connues depuis 1962 ^{[ 1 ] , [ 2 ]} mais la diffusion des donnees est restreinte. La France, a la suite d'une erreur d'appreciation scientifique du CEA dans les annees 1960 ^{[ 3 ]} , ne le prit reellement en compte dans la protection de ses systemes d'armes qu'a la fin des annees 1970 ^{[ 4 ]} . Les scientifiques francais, a la difference de leurs homologues russes et americains, avaient conclu que les rayonnements issus de l'IEMN s'annulaient au-dela de 20  km d'altitude ^{[ 3 ]} .

Histoire [ modifier | modifier le code ]

Le fait qu'une explosion nucleaire produise une impulsion electromagnetique etait connu des les premiers essais d'armes nucleaires. L'ampleur de cette impulsion et l'importance de ses effets, en revanche, n'ont ete compris que bien plus tard ^{[ 5 ]} .

Lors du premier essai nucleaire des Etats-Unis le 16 juillet 1945 , l'equipement electronique a ete protege en raison de la prevision d' Enrico Fermi d'une impulsion electromagnetique due a la detonation. D'apres l'histoire officielle, ≪ toutes les lignes de signaux ont ete completement blindees, dans de nombreux cas doublement blindees. Malgre tout de nombreux enregistrements ont ete perdus a cause du ramassage parasite au moment de l'explosion qui a paralyse l'equipement d'enregistrement ^{[ 6 ]} .≫ Pendant les essais nucleaires britanniques de 1952 - 1953 , il y a eu des defaillances qui ont ete attribuees a un "radioflash", qui etait alors le terme britannique pour IEM ^{[ 7 ] , [ 8 ]} .

Les tests nucleaires de haute altitude de 1962 , tels que decrits ci-dessous, ont approfondi la comprehension des IEM et ont permis a la communaute scientifique de prendre conscience de l'importance du probleme, notamment grace a une serie de trois articles publies a propos des impulsions electromagnetiques nucleaires en 1981 par William J. Broad dans la revue hebdomadaire Science ^{[ 5 ] , [ 9 ] , [ 10 ]} .

Starfish Prime [ modifier | modifier le code ]

En juillet 1962 , les essais nucleaires des Etats-Unis dans l'espace (1,44 megatonne ou 6,0  PJ ), a 400  km au-dessus du milieu de l' ocean Pacifique , ont ete appeles Starfish Prime . Ils ont demontre que l'ampleur et les effets d'une explosion nucleaire en haute altitude etaient beaucoup plus importants que ce qui avait ete calcule precedemment. Les essais de Starfish Prime sont egalement connus du grand public pour avoir cause des dommages electriques a Hawai , a 1 445  km du point de detonation, eteignant environ 300 lampadaires, declenchant les alarmes antivol et endommageant les communications par micro-ondes d'une compagnie de telephone ^{[ 11 ]} .

Starfish Prime etait le premier essai reussi de la serie d'essais nucleaires a haute altitude menes par les Etats-Unis au cours de l'annee 1962 sous le nom d’ operation Fishbowl . Les essais suivants, Bluegill Triple Prime et Kingfish , ont finalement fourni assez de donnees sur les IEM pour permettre aux physiciens d'identifier avec precision les mecanismes physiques a l'origine de ces impulsions ^{[ 12 ]} .

Les degats de l'IEM de Starfish Prime ont ete rapidement repares en raison de la robustesse (par rapport a aujourd'hui) ^{[ 13 ]} de l'infrastructure electrique et electronique d’ Hawai en 1962 .

L'ampleur relativement faible de l'IEM de Starfish Prime a Hawai (environ 5 600  volts/metre ) et le montant relativement faible des dommages causes (par exemple, seulement 1 a 3 % des lampadaires eteints) ^{[ 14 ]} a conduit certains scientifiques a sous-estimer l'ampleur du probleme. De nouveaux calculs ^{[ 13 ]} ont montre que si l'ogive de Starfish Prime avait explose sur le nord des Etats-Unis, l'ampleur de l'IEM aurait ete beaucoup plus importante (22 a 30 kilovolts par metre) en raison de la plus grande force du champ magnetique terrestre au-dessus des Etats-Unis, ainsi que de son orientation differente dans les hautes latitudes .

Essai sovietique 184 [ modifier | modifier le code ]

En 1962 , l'Union sovietique a egalement effectue une serie de 3 essais nucleaires dans l'espace au-dessus du Kazakhstan , qui etaient les derniers de la serie intitulee Projet K ^{[ 15 ]} . Bien que ces ogives aient ete beaucoup plus petites (300 kilotonnes, soit 1,3  PJ ) que celles de Starfish Prime , etant donne que ces tests ont ete effectues sur une grande masse de terre peuplee (et aussi a un endroit ou le champ magnetique de la Terre etait plus important), les dommages causes par l'IEM resultante ont du etre beaucoup plus importants. L'impulsion E3, qui agit comme un orage magnetique , a meme induit une hausse du courant electrique dans une grande ligne electrique souterraine qui a cause un incendie dans la centrale electrique de la ville de Karaganda . Apres l'effondrement de l' Union sovietique , le niveau de ces dommages a ete communique de maniere informelle a des scientifiques aux Etats-Unis ^{[ 16 ] , [ 17 ] , [ 18 ]} .

Scenario d'une guerre Israel/Iran [ modifier | modifier le code ]

Le 9 septembre 2012 , selon le Sunday Times repris par d'autres sources, Israel songerait a lancer une frappe IEM contre l' Iran afin de paralyser l'ensemble de ses reseaux de transports et de communication et ainsi mettre un terme a son programme nucleaire ^{[ 19 ]} . Une telle frappe pourrait renvoyer l'Iran a l'≪ age de pierre ≫ selon les experts de defense americains ^{[ 20 ]} .

Fonctionnement [ modifier | modifier le code ]

Particularite des IEM nucleaires [ modifier | modifier le code ]

Une IEM d'origine nucleaire, contrairement aux autres impulsions electromagnetiques, est composee de trois impulsions differentes definies par la Commission electrotechnique internationale ^{[ 21 ]} .

Les trois composantes d'une IEM nucleaire sont appelees E1 , E2 et E3 .

E1 [ modifier | modifier le code ]

L'impulsion E1 est la plus rapide de l'IEM nucleaire. C'est un champ electromagnetique tres bref mais tres intense qui peut provoquer des tensions tres elevees dans les composants electriques qui depassent alors leur tension de claquage et grillent. Elle peut detruire les ordinateurs et les equipements de communication et elle change trop vite pour que les parafoudres ordinaires puissent fournir une protection efficace contre elle.

E1 est produit lorsque les rayons gamma de l'explosion nucleaire ejectent les electrons hors des atomes dans l' atmosphere superieure. Les electrons commencent a voyager generalement vers le bas a une vitesse relativiste (plus de 90 % de la vitesse de la lumiere ). En l'absence de champ magnetique , il se produirait une large impulsion verticale sur toute la surface touchee. Mais le champ magnetique terrestre agit sur le flux d'electrons pour changer sa direction perpendiculairement, ce qui provoque une tres grande, mais tres breve, impulsion electromagnetique sur la zone touchee ^{[ 23 ] , [ 1 ]} .

E2 [ modifier | modifier le code ]

E2 est produite par des rayons gamma disperses et des rayons gamma inelastiques produits par les neutrons des armes. E2 est un "temps intermediaire" de l'impulsion qui dure de 1  microseconde a 1 seconde. Elle a de nombreuses similitudes avec la foudre , bien que l'impulsion electromagnetique induite par un eclair soit considerablement plus puissante que l'impulsion E2 d'une IEM nucleaire. En raison de l'utilisation repandue de technologies de protection contre la foudre, E2 est generalement consideree comme celle dont il est le plus facile de se proteger.

Selon la Commission des Etats-Unis sur les IEM, le principal probleme potentiel avec E2 est le fait qu'il suit immediatement E1 , qui peut avoir endommage les dispositifs qui protegent normalement contre E2 ^{[ 24 ]} .

E3 [ modifier | modifier le code ]

E3 est tres differente des deux autres impulsions majeures d'une IEM nucleaire. C'est une impulsion tres lente, qui peut durer des dizaines ou meme des centaines de secondes. Elle est provoquee par le deplacement du champ magnetique terrestre de son emplacement habituel, cause par l'explosion nucleaire, puis par son retour a la normale. E3 a des similitudes avec une tempete geomagnetique provoquee par une severe poussee solaire ^{[ 25 ] , [ 2 ]} . Comme une tempete geomagnetique, E3 peut produire des courants geomagnetiques induits dans les grands conducteurs electriques, qui peuvent ensuite endommager les composants tels que des transformateurs de puissance en ligne ^{[ 26 ]} .

Facteurs d'efficacite [ modifier | modifier le code ]

Plusieurs facteurs importants influencent l'efficacite d'une arme a IEM :

• L' altitude de l'arme ;
• Le rendement de l'arme ;
• La distance entre l'arme et la cible ;
• Les caracteristiques geographiques ;
• La force locale du champ magnetique terrestre .

Altitude [ modifier | modifier le code ]

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Selon une annonce internet publiee par la Federation of American Scientists ^{[ 29 ]}  :

A high-altitude nuclear detonation produces an immediate flux of gamma rays from the nuclear reactions within the device. These photons in turn produce high energy free electrons by Compton scattering at altitudes between (roughly) 20 and 40  km . These electrons are then trapped in the Earth's magnetic field, giving rise to an oscillating electric current. This current is asymmetric in general and gives rise to a rapidly rising radiated electromagnetic field called an electromagnetic pulse (EMP). Because the electrons are trapped essentially simultaneously, a very large electromagnetic source radiates coherently.

The pulse can easily span continent-sized areas, and this radiation can affect systems on land, sea, and air. The first recorded EMP incident accompanied a high-altitude nuclear test over the South Pacific and resulted in power system failures as far away as Hawaii. A large device detonated at 400?500  km (250 to 312 miles) over Kansas would affect all of the continental U.S. The signal from such an event extends to the visual horizon as seen from the burst point.

Ainsi, pour que l'equipement soit affecte, l'arme doit etre au-dessus de l' horizon visuel .

L'altitude indiquee ci-dessus est superieure a celle de la Station spatiale internationale (entre 350 et 400  km ) et de nombreux satellites en orbite basse . De grandes armes pourraient avoir un impact dramatique sur l'exploitation des satellites et des communications, comme au cours des essais de 1962 . Les effets nefastes sur les satellites en orbite sont generalement dus a d'autres facteurs que les IEM. Dans le test nucleaire de Starfish Prime , la plupart des degats subis par les satellites etaient dus aux dommages causes aux panneaux solaires ainsi qu'aux ceintures de radiations creees par l'explosion nucleaire a haute altitude ^{[ 30 ]} .

Une explosion nucleaire dans l'espace profond et non pas dans un fort champ magnetique planetaire serait inefficace pour produire des IEM.

Au-dela d'une certaine altitude, une arme nucleaire ne produira aucun IEM, etant donne que les rayons gamma auront eu une distance suffisante pour se disperser. Dans l'espace profond ou sur les planetes qui n'ont pas de champ magnetique (sur la Lune ou sur Mars , par exemple), il y aura peu ou pas d'IEM. Ceci a des implications pour certains types de moteurs-fusees nucleaires, tels que le Projet Orion .

Rendement [ modifier | modifier le code ]

Le rendement typique des armes nucleaires utilisees lors de la planification d'attaques d'IEM pendant la guerre froide etait de l'ordre de 1 a 10  megatonnes (de 4,2 a 42  PJ ) ^{[ 31 ]} . C'est environ 50 a 500 fois la taille des armes utilisees a Hiroshima et a Nagasaki . Des physiciens ont temoigne lors des audiences du Congres des Etats-Unis , cependant, que les armes avec des rendements de 10 kilotonnes (42  TJ ) ou moins pouvaient produire des IEM de grande importance ^{[ 32 ] , [ 33 ]} .

L'impulsion E3 d'une IEM nucleaire, qui produit des courants geomagnetiques induits dans de tres longs conducteurs electriques, est a peu pres proportionnelle a la production energetique totale de l'arme ; les autres impulsions sont moins susceptibles d'etre dependantes du rendement energetique de celle-ci. E1, en particulier, est proportionnelle a la production de rayons gamma, mais la puissance de l'IEM peut etre fortement affectee si plus d'un eclat de rayons gamma se produit dans un court laps de temps. Les grandes armes thermonucleaires produisent des rendements energetiques de grande envergure a travers un processus en plusieurs etapes. Ce processus dure une fraction de seconde, mais exige neanmoins une longueur finie de temps. La premiere reaction de fission a generalement un rendement relativement faible, et les rayons gamma produits par cette premiere etape vont pre-ioniser les molecules atmospheriques dans la stratosphere , ce qui empeche l'arme thermonucleaire de produire une forte impulsion E1 ^{[ 32 ] , [ 33 ]} .

Distance avec la cible [ modifier | modifier le code ]

Un aspect important de l'IEM nucleaire est que tous les composants de l'impulsion electromagnetique sont produits en dehors de l'arme ^{[ 29 ]} .

Pour une explosion nucleaire a haute altitude, cela signifie qu'une grande partie de l'IEM est produite a une grande distance de la detonation (la ou le rayonnement gamma emis par l'explosion frappe la haute atmosphere). Le champ electrique de l'IEM est donc remarquablement uniforme sur toute la region affectee ^{[ 34 ]} .

Consequences [ modifier | modifier le code ]

Parades [ modifier | modifier le code ]

Dans la fiction [ modifier | modifier le code ]

Depuis les annees 1980, les IEM ont une presence significative dans la fiction.

Les medias populaires decrivent souvent les effets d'une IEM de maniere incorrecte, provoquant des malentendus parmi le public et meme parmi les professionnels. Des efforts officiels ont ete deployes aux Etats-Unis pour refuter ces idees fausses ^{[ 35 ]} .

L' Air Force Space Command des Etats-Unis a demande au professeur de science Bill Nye de realiser une video pour l'Armee de l'air appele Hollywood vs EMP , de sorte que les personnes rencontrant de vrais IEM ne soient pas perturbes par le cinema de fiction ^{[ 36 ]} . Cette video n'est pas disponible pour le grand public.

Notes et references [ modifier | modifier le code ]

Voir aussi [ modifier | modifier le code ]

Articles connexes [ modifier | modifier le code ]

• E-Bomb
• Champ electromagnetique
• Electromagnetisme
• Tempete solaire de 1859

Liens externes [ modifier | modifier le code ]

• ≪  Les effets des explosions nucleaires  ≫
• High altitude nuclear explosion   (en)
• (en) ≪  Understanding Societal and Economic Impacts: A Workshop Report (2008)  ≫, Severe Space Weather Events
• ≪  Histoire des effets des perturbations electromagnetiques sur les conducteurs longs  ≫, Meteo spatiale Canada

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