Les bombes électromagnétiques

https://www.jp-petit.org/nouv_f/EMP_bombs/EMP_bombs.htm

  Les explosions nucléaires et thermonucléaires produisent des rayonnements de forte intensité de de courtes longueurs d’onde. Ceux-ci créent un plasma autour du point de mise à feu (la « boule de feu »). Si l’arme a été conçue dans ce but cette explosion peut s’accompagner d’effets électromagnétiques très intenses, efficaces à grande distance. On appelle ces effets  » EMP  » (electromagnetic pulse). Les êtres vivants sont a priori insensibles à ce type d’effet mais on ne peut pas en dire autant de tout ce qui fonctionne avec de l’électricité et de l’électronique. Les masses de gaz ionisé créées peuvent aussi bloquer tous les signaux radioélectriques de courte longueur d’onde, comme les émissions radio et les signaux radar pendant des temps assez important. C’est le (fireball blackout : le black out lié à la création de la boule de feu).

  L‘importance de cet effet EMP dépend de l’altitude à laquelle l’engin est mis à feu. Il est d’autant plus important que l’altitude est élevée ( au dessus de 30 kilomètres). Il peut être aussi important à de basses altitudes (en dessous de 4000 mètres) mais l’effet reste modéré pour des altitudes intermédiaires. La cause de cet effet EMP est l’intense émission de rayons gamma qui suit une explosion d’engin nucléaire. Pour créer un effet EMP intense il faut jouer sur un phénomène de nature axisymétrique, non-isotrope.

 Dans les altitudes intermédiaires l’atmosphère absorbe le rayonnement de manière isotrope ce qui fait qu’on observe pas, ou peu, en tant qu’effet secondaire, une émission d’ondes électromagnétiques faisant sentir leurs effets à longue distance.

  En rouge on a l’effet produit par un engin nucléaire. Intense mais bref. En vert l’effet lié à un impact de foudre, en bleu l’effet produit par « un système à compression de flux ». Dans le cas de l’explosion nucléaire environ 0,3 % de l’énergie est convertie en cette impulsion électromagnétique dont la duré se chiffre en dizaines de nanosecondes. Les rayons gamma entrent en collision avec les électrons des molécules de l’air et les éjectent en leur communiquant une énergie importante selon un processus appelé « diffusion par effet Compton ». Ces électrons libérés entrent à leur tour en collision avec des électrons liés et ceci crée de nouveaux électrons libres (phénomène de l’avalanche électronique, comme il s’en produit dans un simple tube au néon). On considère que chaque photo gamma parvient ainsi à créer 30.000 électrons libres. Cet arrachement électronique transforme le gaz en plasma.

 

  En basse altitude les électrons, légers, se déplacent plus rapidement que les ions et il y a un « effet de charge d’espace induit » donc création d’un champ électrique dont la valeur maximale est atteinte au bout de dix nanosecondes. La proximité du sol empêche les photons gamma, qui y sont absorbés, de créer dans cette direction un effet de charge d’espace. La distribution des charges électriques n’est plus isotrope mais axisymétrique :

 

  On observe alors un effet EMP qui se propage alors horizontalement. L’émission d’énergie électromagnétique se situe dans une large gamme de fréquences, jusqu’à 100 mégahertz. Un courant de bouclage se crée à travers la terre ce qui peut produire un champ magnétique intense au niveau du sol. Dans le cas d’une explosion se produisant à altitude modérée (inférieure à 4000 mètres) 3 10^-10 fois l’énergie initiale se trouve convertie en une impulsion EMP de brève durée, ce qui représente un mégajoule pour une bombe d’une mégatonne. Comme l’effet de charge d’espace persistera pendant une dizaine de microseconde ceci représente une puissance de crête de 100 gigawatts. Les effets destructeurs pour de tels engins explosant près du sol ne sont important qu’à proximité immédiate de l’explosion. Pour les bombes de faible puissance ces effets resteront faibles. Pour une bombe d’une mégatonne les effets resteront sensibles à dix kilomètres de distance.

  Les explosions négociées en haute altitude, à plus de 30 km, donnent naissance à un effet EMP de beaucoup plus grande ampleur, de nature différente. Leurs effets destructeurs son considérablement plus importants. Environ trois cent millièmes de l’énergie de la bombe sont convertis en effet EMP ce qui donne une énergie totale de 10¹¹ joules pour une bombe d’une mégatonne. L’effet EMP se produit alors lorsque les photons gamma interagissent avec les couches atmosphériques situées en contre-bas. Une crèpe de gaz ionisé se forme alors sous la bombe dont le diamètre dépend de l’horizon lié à l’explosion. Si celle-ci a lieu à 500 km d’altitude cette crèpe peut avoir un diamètre de 5000 km. Juste en dessous du point d’explosion l’épaisseur de la couche ionisée atteint 80 kilomètres. Le champ magnétique terrestre entre en jeu, faisant spiraler les électrons créés et accélérés par effet Compton dans cette zone, ce qui provoque une impulsion électromagnétique intense, dirigée vers le sol, d’une durée de quelques microsecondes. Ceci va avec un champ électrique dirigé verticalement dont l’intensité atteint 20 à 50 kilvolts par mètres (200 à 500 volts par centimètre !). Ce champ va perdurer jusqu’à ce que le plasma disparaisse, que le phénomène de désionisation intervienne ce qui peut prendre plusieurs minutes. Ce champ électrique est moins intense que celui que crée une explosion nucléaire à altitude moyenne. Il est dix à cent fois plus faible mais en revanche il s’etend sur une aire absolument considérable.

  Les effets de tels phénomènes sur des systèmes électroniques sont difficiles à évaluer mais on estime qu’ils peuvent être considérables. On voit que les effets dus à un seul engin de forte puissance peuvent affecter tout un continent. Tout cela peut créer des courants destructeurs dans les antennes, et plus généralement dans tous les fils conducteurs, les objets métalliques (comme les avions ou même les armatures métalliques des constructions). Le réseau de distribution électrique serait endommagé dans toute la région intéressée d’une manière beaucoup plus importante que lors des classiques coups de foudre. Les actuels micropresseurs sont extrêmement sensibles aux champs électriques. Toute l’informatique serait détruite, même avec des courants induits modérés. En principe les dispositifs militaires sont censés être maintenant protégés. Mais on ignore en fait quelle serait leur capacité de résister à un effet EMP « vraie grandeur ». Toute imperfection dans le blindage : défaut d’étanchéité, moisissure, crasse, débris pourrait annihiler les effets protecteurs d’un blindage. On estime qu’une explosion nucléaire en haute altitude, au dessus d’une zone industrielle, pourrait mettre celle-ci hors service pour une durée indéterminée. En outre cette couche ionisée peut bloquer les ondes radio et radar pendant un temps qui peut se chiffrer en minutes. Les communication radio seraient alors impossibles.