La fission nucléaire et la pile expérimentale allemande d’Haigerloch

La science et plus largement les technologies avancées sont convoitisés et recherchés depuis toujours par l’Homme. Parfois secrète, discrète et tout de même profondément importante, cette recherche est fondamentale pour la sureté d’un pays qui la possède qu’un autre ne possède pas. Il en va de même pour les nazis ; qui disposaient de nombreux ingénieurs et physiciens travaillant sans relâche pour découvrir ce qui n’a alors pas encore été découvert.

Bien que de nombreux d’entre-deux soient partis par peur de travailler pour un gouvernement totalitaire, un bon nombre sont restés à l’époque des nazis. Et pour cause, les Allemands vont se lancer dans la création d’une pile expérimentale dans une grotte du village d’Haigerloch, un petit village perdu d’Allemagne, sans savoir qu’ils se sont lancés dans une course effrénée vers ce qui va devenir plus tard après la guerre la bombe atomique.

Cet article va retracer les prémices de cette pile, en expliquant les différentes étapes que les Allemands ont du traverser pour n’avoir, finalement, que plusieurs années de retard sur les Français ou les Américains.. Nous allons voir les étapes de création, les principes et de quoi est composée la pile et de en quoi ce programme de recherche est fondamental dans l’Allemagne Nazie.

La découverte de la fission nucléaire

Toute notre histoire débute par une découverte historique dans le domaine scientifique, quand le 17 décembre 1938, Otto Hahn, éminent chimiste et son assistant Fritz Straßmann, découvrent ce qui va devenir la « fission nucléaire ». Cette réaction nucléaire, encore inconnue alors, visait à obtenir la fragmentation de l’uranium en deux noyaux plus légers, les nucléides, constituant la première fission nucléaire de l’histoire. Cette recherche lui vaudra plus tard le prix Nobel de Chimie en 1944 et aura un impact sans précédent dans la culture scientifique mondiale.

Cette découverte n’est pas sans importance, elle démarre un nouveau cycle de recherches autour de cette fission. Une série d’expériences est alors échafaudée et l’Allemagne investit pour la fabrication d’une centrale atomique pour l’électricité. Sans le savoir, l’Allemagne venait de se lancer dans la course à la bombe atomique. Dès avril 1939, des réunions de physiciens d’Allemagne provoque un programme de recherches sur les potentialités de l’atome appelé Uranprojekt et établissait différents points concernant cette découverte, ainsi qu’une mention de sa possible utilisation au niveau militaire, à l’image d’une bombe atomique, mais que ça prendrait plusieurs années à réaliser.

La guerre éclate en septembre 1939 et les physiciens sont réattribués à des projets plus militaires que purement scientifique et physique. Le projet s’essouffle donc presque mais pas totalement.

Travaux de recherche autour de la fission

Les recherches prennent une autre tournure qui débutèrent dès septembre 1939, dans un second projet réunissant des grands noms, comme Werner Heisenberg Kurt Diebner et Walther Gerlach : tout se met à se structurer. Ce programme se développa finalement en trois axes principaux dès janvier 1942 quand il changea de direction : la mise au point de réacteurs nucléaires appelé Uranmaschine, la production d’uranium et d’eau lourde¹ et la séparation des isotopes de l’uranium. Il était clair que le projet d’armement nucléaire n’était pas suffisamment utile pour servir la guerre sur le court terme.

L’ensemble du programme fut en réalité fragmenté entre plusieurs instituts et plusieurs scientifiques, où chaque directeur imposait son orientation et définissait son propre programme de recherche, ne favorisant pas une coopération commune aux projets. Cependant, le projet reste d’une importance cruciale et top secret.

Mais il était flagrant pour les scientifiques qu’une des choses réalisables dans un délai à moyen terme serait la production d’énergie nucléaire et de piles atomiques à neutrons lents. Dès lors l’Allemagne commença à se fournir des matériaux nécessaires pour arriver à montrer un réacteur à partir des ressources de l’Europe : pour la réaction en chaîne, de l’eau lourde de Norvège sera utilisé ou bien de plusieurs tonnes d’uranium 235² naturel immergé pour assurer la possible création d’une bombe grâce à la Tchécoslovaquie démembrée qui regorge de la plus grande quantité d’uranium en Europe.

Expériences réalisées autour de l’uranium

Différentes expériences virent le jour pour tester les différents aspects des thématiques établies, comme à l’Institut de la découverte de la fission Kaiser-Wilhelm à Berlin nommés B1 à B7 de 1941 à 1944 par Werner Heisenberg, sur l’uranium et divers tests, à Leipzig avec les expériences L1 à L4 de 1941 à 1942 pour des essais avec de l’eau lourde et de l’oxyde d’uranium, à Gottow près de Berlin de 1942 à 1943 par Diebner avec des cubes d’uranium et également de l’eau lourde. Tous avaient pour but et la volonté de devenir la première puissance à pouvoir gérer et créer un réacteur ou une machine à uranium autonome.

Déménagement de l’institut à Haigerloch

En 1943, alors que les expériences et les essais vont bon train, les scientifiques sont empreints à subir la guerre qui commence à venir progressivement vers l’Allemagne. En effet, depuis février 1942, l’Allemagne a capitulé sur le front de l’Est à Stalingrad et la situation est plus que préoccupante. Les villes allemandes se voient fortement menacées par les bombardements alliés qui reprennent progressivement la main sur le conflit et commencent à attaquer les points névralgiques du cœur industriel et civil allemand.

C’est donc que les autorités décident d’installer l’Institut Kaiser-Wilhelm de physique dans une zone plus rurale et à l’abri de tout pour continuer leurs tests. Une des premières zones étudiées pour accueillir l’éminence physique allemande est la province de Hohenzollern, dans le Bade-Wurtemberg au sud de l’Allemagne. Cette localisation serait certainement venue à la proposition de Walther Gerlach, chef du département de physique du Conseil de la recherche du Reich qui connaissait bien la région.

De plus, la région avait été relativement épargnée par les bombardements alliés étant donné le fait qu’elle est l’une des régions allemandes les plus éloignées du front. Elle offrait aussi aux scientifiques de meilleures chances d’échapper à une éventuelle capture par les troupes soviétiques en cas de défaite et de subir uniquement l’arrestation alliée.

La « cave à bière » d’Haigerloch

Dans la province de Hohenzollern, il a été décidé en juillet 1944 que c’est une petite taverne, « la cave à bière » de la localité d’Haigerloch qui fera l’affaire pour accueillir les laboratoires pour le réacteur. Mais le lieu a aussi un atout de taille, construite sous la roche et au-dessus d’un château, elle s’enfonce dans la colline et bénéficie d’une protection naturelle, une couche de calcaire coquillier, épaisse de 20 à 30 mètres, qui la met à l’abri des bombardements aériens sans avoir à y construire le blockhaus.

Il fallut quelques mois seulement, jusqu’à décembre 1944, aux autorités pour convertir le lieu quasiment abandonné en espace de recherche capable de réaliser toutes les expériences en simultané et de pouvoir y démarrer la « pile atomique », l’ancêtre actuel des réacteurs nucléaires. Les matériaux furent acheminés un peu plus tard et serviront dès leur arrivée à reprendre les expériences.

D’autres scientifiques se joindront au projet, comme Korsching ou Bagge et Bopp. L’endroit fut maquillé et gardé dans le plus grand secret. Haigerloch, au beau milieu de la ruralité allemande, devient le nouveau centre de recherche du programme nucléaire allemand.

La pile atomique

La pile est le résultat de tous les efforts allemands pour réaliser à contrôler cette réaction en chaîne et à produire cette énergie atomique. Les diverses expériences « à grande échelle » ont été différenciés par les appellations B1 à B8. Elles résultaient tous d’éléments faisant référence à l’installation plus connue sous le nom de « pile expérimentale ».

La pile en elle-même était un cylindre en béton de quelques mètres d’épaisseur. De l’eau ordinaire circulait entre l’enveloppe extérieure en béton et la coque interne en aluminium afin d’en assurer le refroidissement optimal. À l’intérieur de cette cuve en aluminium, large et haute de 210 cm, se trouvait une seconde cuve en magnésium. Entre les parois de ces deux récipients avait été insérée une couche de graphite (qui possède une bonne conductivité électrique et thermique) d’environ 40 cm d’épaisseur, destinée à protéger le réacteur des influences extérieures et à éviter toute perte de neutrons au sein de l’installation.

Intérieur de la pile

A l’intérieur de cette cuve, un cylindre en magnésium était ensuite introduit avec un ensemble de 664 cubes d’uranium de 5 cm et d’environ 1,5 tonnes chacun, suspendus avec 78 fils au couvercle de la cuve. Ces cubes formaient une grille « tridimensionnelle », espacée de 14 cm entre chaque élément. Le couvercle était enfin fixé sur la cuve du réacteur pour en fermer l’ensemble, devant ainsi la pile, faisant immerger les cubes dans de l’eau lourde.

Cette pile disposait d’entrées dans le couvercle pour faire passer des sondes neutroniques, permettant de récupérer les résultats des expériences et mesures précises de la répartition des neutrons à l’intérieur du dispositif, dans le graphite environnant ainsi que dans l’eau légère de la chambre externe. L’eau lourde était ajoutée toujours en dernier, avec la plus grande prudence pour éviter toute réaction non maîtrisée, tandis que l’évolution du flux de neutrons était surveillée en permanence.

Arrêt prématuré des expériences

A ce jour, cette pile décrite ci-dessus était la meilleure conception à laquelle le programme allemand était parvenu jusque-là, durant l’expérience B8, aux environs de mars 1945. Cependant, l’objectif restait d’utiliser les mesures obtenues pour déterminer au mieux les paramètres nucléaires importants, comme les sections efficaces pour déterminer de meilleurs statistiques concernant l’interaction des atomes. Ces données, indispensables pour les applications civiles de la fission, pouvaient aussi servir à des fins militaires et occupaient toujours dès 1944 une place importante dans les programmes scientifiques nazis. Certains chercheurs espéraient également atteindre la criticité du dispositif afin de provoquer une réaction en chaîne auto-entretenue.

Cependant, les Allemands ne le savent pas, mais ils étaient encore loin d’atteindre les objectifs lors de la chute. Il est estimé à plusieurs années de recherche encore pour qu’Heisenberg, Diebner et les autres pour réussir à atteindre la criticité et cette réaction de fission en chaîne autonome et contrôlée. Il est aussi dit que le réacteur devait être 1,5 fois plus grand et avec plus de ressources  (plutonium, eau lourde) pour obtenir une réaction plus révélatrice. Toute extension supplémentaire était impossible en avril 1945, faute d’uranium et d’eau lourde supplémentaires.

Manque de temps et de moyens

Il est clair et prouvé que l’Allemagne était loin également d’avoir la possibilité de créer bombe atomique et de pouvoir l’utiliser de manière significative dans la guerre. Ils n’avaient qu’une idée possible d’utilisation énergétique grâce à cet hypothétique réacteur.

L’appareillage était encore un peu trop petit pour maintenir une réaction de fission de manière indépendante, mais une légère augmentation de sa taille aurait été suffisante pour démarrer le processus de production d’énergie.

Heisenberg

Les scientifiques allemands se pensaient en avance sur le temps, alors que les Etats-Unis réussirent dès 1942 avec leur pile Chicago Pile-1 à atteindre le point critique dans le projet Manhattan, qui verra plus tard la création de la bombe atomique.

C’est officiellement le premier réacteur nucléaire artificiel de l’histoire. 1945 est aussi l’année où les Alliés s’approchent de jour en jour de l’Allemagne et les Allemands comprennent vite que la fin est proche. Le démantèlement est donc lancé pour le programme nucléaire allemand qui est encore très récent.

Les Mission ALSOS

Aux environs de 1943, les Alliés occidentaux prennent vite la mesure de la chose en Europe. Alors que l’Allemagne commence à céder sur le front, il devient évident pour les Américains en particulier que les scientifiques nazis préparent quelque chose concernant le nucléaire qu’ils ne savent pas encore. Ils sont persuadés que l’Allemagne mène un programme pour réaliser une bombe : et pour cause, les Américains montent une unité militaire américaine spéciale nommée Alsos issue directement du projet Manhattan, le programme nucléaire américain.

Cette unité a pour mission d’intégrer les lignes de front et de se renseigner sur l’état d’avancement du programme nucléaire et atomique allemand, de réquisitionner les lieux, récupérer des documents,  informations… toute la connaissance ainsi que de capturer des scientifiques sans en référer aux Alliés. Ils veulent être les premiers à bénéficier de la science allemande par tous les moyens, qui leur permettra, à terme, de faire améliorer leur propre programme nucléaire plus rapidement que les autres pays.

Des missions à travers l’Europe

C’est Boris Pash, un général, qui prend la tête de cette unité. Jusqu’en 1945, l’unité sera déployée en Europe pour répondre aux objectifs fixés et découvrir les grands axes et avancées scientifiques nazies dans le plus grand secret, quitte à passer devant les Alliés. Il y aura la mission Alsos I qui se déroula en Italie durant l’hiver 1943 qui échoue en grande partie par manque d’informations et l’inefficacité des interrogatoires.

Ce n’est qu’en novembre 1944, lors de la mission Alsos II à Strasbourg, que des lettres trouvées dans le bureau de Weizsäcker informent que les Allemands n’ont pas la bombe atomique. Quelques documents retrouvés mentionnent toutefois un laboratoire suspect à Hechingen, dans le Bade-Wurtemberg, en future zone française qui n’est pas répertorié : mais rien n’est sûr. Ce qui est certain, c’est que les Américains veulent arriver les premiers pour ne pas remettre aux Français une possible avancée scientifique majeure.

A la conquête de la connaissance

Mais il ne fallait pas laisser passer cette opportunité selon les Américains, qui décidèrent de devancer les Français en envisagent un assaut aéroporté ou un bombardement pour assurer leur arrivée, mais le physicien Samuel Goudsmit, physicien de la mission Alsos, les convainc que le projet allemand ne justifie pas de telles mesures d’attaques : ils décident donc d’une simple opération terrestre qui débouchera sur une exploitation future du site. L’opération Alsos III est donc actée. Les unités américaines se font discrètes et atteignent rapidement les points importants de la science allemande, jusqu’à arrêter plusieurs scientifiques dans les contrées d’Heidelberg.

Grâce à ses découvertes, le physicien Samuel Goudsmit découvre alors que les installations du projet Uranium Uranprojekt ont été déplacées il y a quelques années à Haigerloch, et à Stadtilm, qui deviendra une future zone soviétique. Mais pour les Américains, c’est une mauvaise nouvelle : ils décidèrent de tout mettre en œuvre pour devancer les Soviétiques.

Mission ALSOS III : les Américains récupèrent les laboratoires

Boris Pash se rend d’abord dans la ville de Stadtilm pour devancer l’Armée rouge et y parviennent environ trois semaines avant les Soviétiques. Faute de chance, il n’y trouva personne. Les scientifiques étaient déjà partis Munich, en zone américaine, avec la pile expérimentale. Dès lors, l’objectif principal devient d’empêcher que le réacteur de Haigerloch ne tombe aux mains des Français. Mais comme leur cible principale était Heisenberg et son groupe de recherche, ils ont décidé de prioriser cette opération par rapport à d’autres, car la capture de scientifiques permettrait de servir ses propres intérêts.

Le 22 avril 1945, les Français poursuivent leur route sans constater le laboratoire à Haigerloch, ils passent devant sans l’avoir remarqué. Les Américains, au courant, arrivent un jour plus tard et s’emparent de cet espace souterrain, qui fut trouvé vide. Car avant l’arrivée des Alliés, les scientifiques allemands avaient caché l’uranium et l’eau lourde pour ne pas dévoiler leurs recherches.

Démantèlement du programme et de la pile

Une majorité des scientifiques du projet Uranium sur site dont Heisenberg, Otto Hahn, Gerlach, Diebner et von Weizsäcker sont ensuite internés à Farm Hall : les Américains comptent bien tirer des informations de la situation. Très vite, ils constatent que la recherche allemande a plus de deux ans de retard sur le projet Manhattan et dispose de moyens très limités.

C’est seulement après de longues heures d’interrogatoire et en échange de la promesse de poursuivre leurs travaux après-guerre, que Wirtz et von Weizsäcker révèlent les caches et où se trouvent les matériaux. Parmi eux, 659 cubes d’uranium sont retrouvés enterrés près de l’église du château, ainsi que l’eau lourde dissimulée dans un ancien moulin juste à côté d’Haigerloch.

Les documents scientifiques avaient été cachés dans la fosse septique de la maison de Weizsäcker et furent récupérés. Les Américains emportent tout le matériel et les résultats de la pile expérimentale vers les États-Unis. Le reste de l’installation est détruit avec de petites charges pour refermer l’endroit et le maintenir secret.

Les scientifiques réattribués…

Il en sera de même pour tous les complexes scientifiques et nucléaires d’Allemagne. Chaque site et chaque scientifique fit réquisitionné et interrogé pour le compte du pays qui le détient et ainsi servir leurs intérêts. D’autres scientifiques seront capturés et en particulier la mission Alsos déboucha sur cette dernière mission en Allemagne avant la fin de la guerre qui sera proclamée 2 semaines après la découverte d’Haigerloch.

Dès lors, les scientifiques allemands firent l’objet de convoitises de tous les pays vainqueurs. Certains partirent pour les Etats-Unis, d’autres pour l’Union Soviétique, comme Karl Zimmer ou Manfred von Ardenne. Ces démantèlements marquent ainsi l’un des tout derniers chapitres de l’effort scientifique nazi. La connaissance et les personnes restent des ressources très précieuses.

Le programme nucléaire allemand s’arrêta alors à ce même point et fut dispatché aux pays vainqueurs, comme la France, qui a pu développer son propre réacteur nucléaire, nomme Zoé, grâce à des pièces de la pile allemande. Quant au programme allemand de bombe atomique, ce dernier a très vite pris du retard et ne parviendra jamais à aboutir…

Notes infrapaginales

1. Eau lourde : oxyde de deutérium (D2O), molécule composée d’un atome d’oxygène et de deux atomes de deutérium. L’eau lourde se distingue de l’eau « ordinaire » (H2O) qui lui est très proche, dont les atomes d’hydrogène sont remplacés par du deutérium, un isotope plus « lourd » de l’hydrogène. Cette eau est utilisée principalement dans certains types de réacteurs nucléaires aujourd’hui, elle sert à modérer les neutrons et à favoriser les réactions de fission. L’Allemagne à l’époque en avait besoin d’une quantité importante pour poursuivre leurs expériences, jusqu’à aller les chercher au fond des mines de Norvège. ↩︎
2. Uranium 235 : Avec l’uranium 238 et l’uranium 234, l’uranium 235 (U235) est le seul isotope fissile et le plus abondant sur terre (1000 fois plus que l’or). Son noyau atomique compte 92 protons et 143 neutrons pour une masse atomique de 235 g/mol. Il peut se fissurer après une collision avec un neutron, libérant le noyau et créant une fission. Une pastille d’uranium 235 fournit autant d’énergie qu’une tonne de charbon. L’Allemagne a besoin de s’en procurer pour mener à bien les tests et expériences dans le but de créer une pile expérimentale et à terme un réacteur nucléaire grâce en partie à ce dernier. ↩︎

Sources

• Pile Atomique Expérimentale Du Haigerloch – Wikiwand. 23 avril 1945, https://www.wikiwand.com/fr/articles/Pile%20atomique%20exp%C3%A9rimentale%20du%20Haigerloch.

• « L’histoire du mystérieux cube d’uranium des Nazis enfin reconstituée ». Le Nouvel Obs, 7 mai 2019, https://www.nouvelobs.com/sciences/20190507.OBS12618/l-histoire-du-mysterieux-cube-d-uranium-des-nazis-enfin-reconstituee.html.

• « Opération Alsos ». Wikipédia, 12 juillet 2025. Wikipedia, https://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Op%C3%A9ration_Alsos&oldid=227211363.

• dit, WALTER-NICOLET. « Fission: Uranverein ». NOYAUX ET PARTICULES, 22 janvier 2015, https://cosmologie.wordpress.com/manhattan/uranverein/.

• « Recherches atomiques sous le Troisième Reich ». Wikipédia, 28 avril 2025. Wikipedia, https://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Recherches_atomiques_sous_le_Troisi%C3%A8me_Reich&oldid=225197949.

• Grasso, Giacomo, et al. « A Neutronics Study of the 1945 Haigerloch B-VIII Nuclear Reactor ». Physics in Perspective, vol. 11, n^o 3, septembre 2009, p. 318‑35. Springer Link, https://doi.org/10.1007/s00016-008-0396-0.

• Der Versuch B8 in Haigerloch | Stadt Haigerloch. https://www.haigerloch.de/de/Freizeit-Tourismus/Kunst,Kultur-und-Kernspaltung/Atomkeller/-Atomkellermuseum-Dauerausstellung-Werner-Heisenberg-Wie-alles-begann-Die-ALSOS-Mission-Der-Versuch-B8-Interview-Heisenberg%28engl.%29Originalgeraete-von-Otto-Hahn-Linksammlung-Quellenverzei.

• « Opération Epsilon ». Wikipédia, 26 octobre 2025. Wikipedia, https://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Op%C3%A9ration_Epsilon&oldid=230087906.

• Guillaume. « Opération Alsos ». France Of Honor, 27 décembre 2022, https://www.franceofhonor.com/groupes/operation-alsos.html.