Le 29 août 1949, les Soviétiques procèdent à leur premier essai d'une bombe atomique sur le polygone nucléaire de Semipalatinsk au Kazakhstan. Il intervient quatre ans après le premier essai américain près de Los Alamos (Nouveau-Mexique). La bombe soviétique a une puissance de 22 kilotonnes, soit dix de plus que celle d'Hiroshima.
Les Américains découvrent l'essai grâce à des enregistrements recueillis par un bombardier B-29 sur une bande de papier radiosensible, les Américains ont appris avec stupeur que les Soviétiques venaient de procéder à leur premier essai atomique quatre ans après celui de Trinity, à Los Alamos. Le président Harry S. Truman, qui n’y croyait pas, malgré les avertissements d’Oppenheimer et des autres scientifiques, y voit un motif de relancer la course aux armements. Le 31 janvier 1950, il annonce officiellement autoriser les recherches en vue de de développer au plus vite la bombe thermonucléaire ou bombe H (pour bombe à hydrogène), des centaines de fois plus puissante que la bombe d'Hiroshima !
Le premier essai thermonucléaire américain a lieu le 1er novembre 1952 dans l'atoll Eniwetok (îles Marshall). Mais les Soviétiques mènent le leur sitôt après, le 12 août 1953 avec une bombe qui a l'avantage de pouvoir être transportée par avion. Les essais se multiplient dès lors des deux côtés mais aussi chez les Britanniques, les Français et les Chinois, avec qui plus est des risques accrus de retombées radioactives.
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