L’arme de dissuasion par le calcul – par la science

« Ce n’est pas en perfectionnant la bougie qu’on a inventé l’ampoule électrique ». Voilà une conclusion sentencieuse du directeur scientifique du CEA-DAM, Robert Dautray, à l’issue d’un comité des codes qu’il présidait en 1991 sur le centre de Limeil.

Outre le fait qu’elle montre qu’il savait avoir de l’humour, elle illustre, de mon point de vue, ce qu’a été le sens de l’action de Robert Dautray en tant que directeur scientifique de la DAM, la Direction des Applications Militaires du CEA : préparer l’avenir en faisant progresser la connaissance scientifique de ses techniciens, de ses ingénieurs et de ses docteurs.

Il me semble qu’il est plus que justice de rendre hommage à Robert Dautray pour tout ce qu’il a apporté à la France et à sa défense, mais aussi comme esprit visionnaire qui a orienté la pensée scientifique des quarante dernières années. A titre personnel, comme de nombreux ingénieurs ou chercheurs du CEA-DAM, je suis très reconnaissant à Robert Dautray parce qu’il a orienté et soutenu une large part de mes travaux, spécialement de recherche, même après qu’il eut pris sa retraite du CEA. Sa dernière marque d’estime publique à mon égard date de janvier 2016, lorsqu’il a tenu à revenir sur le centre CEA de Saclay pour assister à la première cérémonie des vœux du CEA qu’en tant qu’administrateur général je présidais, avec l’amicale complicité d’Yves Bréchet, le haut-commissaire à l’Energie atomique.

L’anecdote de la bougie et de l’ampoule électrique a eu lieu lors d’une de ses toutes dernières interventions comme directeur scientifique de la DAM, avant qu’il ne soit promu directeur scientifique du CEA, puis haut-commissaire à l’énergie atomique.

Le début de la décennie 90 voit l’émergence des calculateurs parallèles, c’est-à-dire capables de mettre en œuvre simultanément un grand nombre de processeurs communiquant via une sorte de réseau téléphonique pour exécuter un unique calcul, laissant espérer de pouvoir traiter des problèmes inaccessibles avec la génération précédente d’ordinateurs, les calculateurs vectoriels y compris les emblématiques CRAY.

Fig. 1 : L’ordinateur haute vitesse CRAY-1S installé au CEA-DAM Limeil

Ces calculateurs parallèles se sont imposés et ils sont aujourd’hui l’architecture de base de nos supercalculateurs, reléguant au musée le calcul vectoriel. Mais leur utilisation efficace nécessitait une réécriture complète des codes de simulation numérique, puisque la programmation des algorithmes pour un processeur vectoriel était généralement totalement inadaptée au calcul massivement parallèle.

À l’époque, le patrimoine des logiciels de simulation de la DAM représentait de l’ordre de 10 millions de lignes d’instructions et, en tant que responsable des équipes qui en avaient la charge, j’avais proposé d’entreprendre sans tarder leur refonte complète, c’est-à-dire la réécriture de tous les algorithmes pour qu’ils tirent un parti optimal de ces futurs supercalculateurs massivement parallèles. Cette proposition s’était heurtée à une violente opposition des physiciens utilisateurs pour la conception des armes, qui n’y voyaient qu’une perte de temps au détriment de l’amélioration des outils numériques existants.

Robert Dautray a donc réuni un « Comité des Codes » où chacun des avis a pu s’exprimer. A l’issue, le visionnaire qu’était Robert Dautray a exprimé avec humour son soutien à l’effort de réécriture des codes de simulation en vue de préparer l’avenir…. Qui lui a grandement donné raison.

Cet exemple s’est répété à maintes reprises pendant les 25 années où il a été le pilote scientifique – je devrais dire stratégique – de la DAM et donc de l’avenir de la dissuasion française et où il a dû bien souvent bousculer les équipes de la DAM pour qu’elles regardent davantage vers l’avenir et soient à l’écoute du mouvement des idées scientifiques à travers le monde.

C’est à un moment charnière pour la Dissuasion française que Robert Dautray a été nommé directeur scientifique de la Direction des Applications Militaires du CEA, la DAM. Le moment était charnière parce que si les équipes avaient réussi dès 1960 à démontrer qu’elles maîtrisaient la physique des armes « nucléaires », la « bombe A » comme disent les journalistes, elles étaient à la recherche du concept sous tendant le fonctionnement thermonucléaire, la « bombe H ». Un certain nombre de militaires et de politiques, dont le Général de Gaulle, s’impatientaient de ne pas déjà avoir vu la France accéder à cette catégorie d’armes, et avaient souhaité donner un électro-choc à la DAM. Celui-ci avait consisté dans le déplacement de quelques responsables de la maison et en la nomination de Robert Dautray.

Pour être juste, rappelons que les laboratoires américains avaient passé au moins autant de temps que la DAM pour accéder au thermonucléaire, et que Russes et Chinois avaient probablement bénéficié d’informations occidentales détournées pour y parvenir en une ou deux années de moins. Pour moi, les délais nécessaires à la DAM n’ont jamais rien eu de scandaleux, d’autant moins qu’avec l’accession française à la bombe A, de nombreux militaires et décideurs politiques avaient estimé, au moins jusqu’à la fin de 1962, que la moyenne puissance qu’était la France n’avaient pas besoin de l’arme suprême, la bombe H, si bien que le projet n’avait pas réellement été commandé à la DAM avant cette date. Les premiers craignaient pour leurs budgets et la diminution de leur rôle, alors que les autres, probablement très atlantistes, ne souhaitaient pas que la France atteigne la parité avec les États-Unis ou l’Union Soviétique. Ils avaient déjà compris à quel point le thermonucléaire confère un pouvoir égalisateur aux États qui le détiennent.

Robert Dautray a rejoint la DAM environ une année avant l’essai nucléaire de 1968 qui a montré que la formule finalement conçue par les équipes avait parfaitement fonctionné, conférant à la France une place dans le club très fermé des États thermonucléaires.

Robert Dautray est-il le père de la bombe H ? Voilà bien une question qui ne peut avoir de réponse simple dans un milieu comme la DAM, puisque les idées, proposées par des experts en tous genres, étaient nombreuses et que le principal challenge était sûrement de trier les bonnes. D’ailleurs, personne ne pose jamais la question de savoir qui est le père de la bombe A française. Sans le ressentiment des quelques responsables du CEA qui avaient été déplacés, exacerbé par la publication du livre Le mal français d’Alain Peyrefitte, on ne poserait sans doute pas plus la question de la paternité de la bombe H.

C’est vrai, il n’y a aucune archive contenant un document scientifique de Robert Dautray dans laquelle il aurait proposé la formule thermonucléaire et on peut rappeler le nom de plusieurs ingénieurs, Michel Carayol et Luc Dagens pour n’en citer que deux, qui ont donné un des éléments fondamentaux, sans pour autant avoir trouvé le Graal. À la DAM, les relevés de décisions des réunions comportent rarement le nom des décideurs, même si ces décisions sont prises par la hiérarchie. Ceci dit, aurait-ce été le rôle du directeur scientifique que d’écrire de tels rapports scientifiques ? Le rôle d’un directeur est d’abord d’orienter et de décider, pas de produire les études scientifiques. Il est donc malhonnête intellectuellement de conclure que Robert Dautray est étranger à l’affaire parce qu’il n’existe pas de document à son nom. Cette affaire me fait repenser à ma petite enfance, lorsque mon père, ouvrier métallurgiste, évoquait sa vie aux forges et me disait que les ingénieurs ne servaient à rien au prétexte que ce n’étaient pas eux qui faisaient fonctionner le laminoir.

Fig. 2 : Vue aérienne de l’atoll de Fangataufa

Fig. 3 : Vue aérienne d’une barge de mesures sur l’atoll de Fangataufa 

Robert Dautray a immédiatement conclu que cet essai de 1968, Canopus, était dans les faits moins un point d’aboutissement qu’un commencement. En effet, les formules thermonucléaires font appel à la Physique des plasmas et du rayonnement, disciplines qui ouvraient un nouveau champ où l’expérimentation est moins accessible et pour lesquelles le recours à la Simulation Numérique est beaucoup plus complexe. A contrario, la Physique des formules nucléaires, détonique, mécanique des matériaux et neutronique étaient pour les premières connues des ingénieurs de la DAM car elles sont largement partagées avec les armes conventionnelles, tandis que la neutronique est, pour partie, commune avec les réacteurs électrogènes. La DAM allait devoir progresser seule car les Etats dotés de la bombe H se gardent bien de publier des résultats scientifiques qui aideraient les prétendants au club.

Aussi, j’estime qu’il faut désormais dépasser cette affaire de paternité parce que l’œuvre de Robert Dautray à la DAM est bien autre chose. Il faut regarder comment il a développé la Science au profit de la maitrise de la Dissuasion. La direction de la DAM a voulu qu’il soit un directeur scientifique extraordinaire parce qu’il était non seulement le référent scientifique de la maison, comme le sont tous les directeurs scientifiques du monde, mais qu’il était aussi le directeur opérationnel des deux grands centres de la DAM où étaient concentrées les équipes de physique et de mathématiques en charge de produire la science du fonctionnement des armes, de définir la formule des engins expérimentaux et, in fine celles des armes de notre Dissuasion.

Je l’ai connu et l’ai servi à partir de 1977, époque où les essais nucléaires, réalisés au milieu du Pacifique, tenaient une place spécialement importante pour faire progresser la DAM. La définition des engins expérimentaux était arrêtée lors de réunions d’arbitrage où siégeaient les autorités de la maison, mais où il se faisait assez fréquemment représenter par son adjoint, Bernard Lemaire, qui connaissait bien les travaux des concepteurs d’engins de la Direction Scientifique. Par contre, il prêtait une attention toute particulière aux résultats des mesures issues de ces essais, car elles étaient le diagnostic des progrès scientifiques que la DAM devait encore accomplir.

C’est ainsi que l’un des objectifs prioritaires qu’il a fixés était d’augmenter le niveau de connaissances en hydrodynamique radiative, ce qui impliquait de progresser à la fois sur la résolution des équations et sur les modèles de la matière chaude, les opacités et les équations d’états. La DAM devait progresser seule dans ces domaines scientifiques, parce que pour la physique qu’elle met en œuvre, la matière est froide jusqu’à la centaine de milliers de degrés, tiède jusqu’à quelques millions et chaude au-delà. Cela impliquait aussi, pour maîtriser le fonctionnement des armes opérationnelles qui se situe dans ce domaine chaud, de prendre en compte un nombre important de dimensions dans une sorte d’espace des phases généralisé. Plus question de solutions analytiques ; la simulation numérique multidimensionnelle était devenue incontournable.

Permettez-moi d’essayer de vous faire toucher du doigt le challenge auquel s’attaquait ainsi la DAM sous l’impulsion de Robert Dautray. Les simulations numériques du fonctionnement des engins sont spécifiques au sens où elles sont violemment instationnaires, sont caractérisées par de très fortes déformations de la matière, qu’elles couplent à chaque instant à peu près toutes les disciplines physiques enseignées à l’Université et qu’elles sont parfois hors de l’équilibre thermodynamique local. Le passage au thermonucléaire et la réponse que nécessitaient alors les programmes commandés par le Gouvernement, notamment les armes destinées aux missiles M4, ont imposé de complexifier la modélisation numérique en abandonnant certaines symétries qui simplifiaient grandement les calculs.

Robert Dautray est allé chercher les meilleurs spécialistes de l’Ecole de mathématiques appliquées fondée par Jacques-Louis Lions pour conseiller les numériciens de la DAM à développer de nouveaux schémas numériques bidimensionnels pour les principales équations de la physique. C’est ainsi que sont arrivés dans les locaux de Limeil des spécialistes de renommée internationale comme Luc Tartar, Michel Artola, Pierre-Arnaud Raviart, Pierre Lesaint et bien d’autres. Bien entendu, ces coopérations mathématiques ont été étendues à la physique, avec Jean-Paul Watteau dans le domaine laser, Guy Laval et de nombreux autres qui m’excuseront de ne pas tous les citer.

Un autre objectif qu’a donné Robert Dautray aux équipes de physique atomique visait à développer de nouveaux modèles de l’atome, dont la connaissance n’était pas satisfaisante pour les noyaux les plus lourds. Autant la littérature est bavarde sur l’atome d’hydrogène, autant elle est indigente lorsqu’il s’agit d’atomes de Z élevé, comme l’uranium et le plutonium, qui sont malheureusement des constituants essentiels des armes nucléaires. Cette absence de publications est d’ailleurs moins liée à la culture du secret qu’au fait que c’est un problème extrêmement compliqué, encore ouvert aujourd’hui à la recherche.

C’est sur cette thématique des modèles de l’atome que j’ai pris conscience d’une qualité essentielle de Robert Dautray, celle de toujours chercher à exprimer simplement, pour tous publics, les concepts physiques les plus compliqués. Il organisait chaque année un séminaire interne à sa direction, les journées DS, réunissant les scientifiques afin de faire le suivi de leurs travaux et qu’ils échangent à cette occasion. Arrive le tour d’un des responsables de la physique atomique qui, en guise d’introduction à sa présentation, écrit force équations au tableau noir. Robert Dautray l’arrête et lui dit :

N’écrivez pas toutes ces équations, mais dites moi simplement quel nouveau concept, quelle nouvelle idée, vous avez développés.

Notre physicien continue à blanchir le tableau, ce qui amène le directeur scientifique à réitérer sa demande. L’homme de la physique atomique ayant persisté une troisième fois, il fut renvoyé à ses travaux sans avoir donné son exposé.

Vous le savez tous, la science n’a pas de frontières, et il a semblé indispensable à Robert Dautray, au tout début de la décennie 1980, de nouer des échanges scientifiques avec les équipes des grands laboratoires américains, Los Alamos et Livermore principalement. Pour la DAM et la Dissuasion française, la relation avec l’allié américain avait jusqu’à ce jour été pleine d’ambigüités, n’ayant pas permis un dialogue scientifique ouvert entre les experts des deux pays. Finalement, un accord avait autorisé un premier échange et Robert Dautray avait proposé qu’il soit dévolu aux méthodes mathématiques et numériques pour la neutronique.

Je me souviens de son souci extrême que l’équipe France apparaisse à un niveau acceptable aux yeux des Américains, ce qui l’avait conduit à choisir cette thématique où les impulsions des universitaires Raviart et Lesaint avaient permis de faire largement progresser le niveau français, notamment avec l’utilisation des éléments finis et des méthodes particulaires. Mais cela ne l’a pas empêché de préparer cette première rencontre avec un soin exceptionnel : non seulement il a fait lui-même répéter chacun des orateurs français jusqu’à ce que les présentations lui conviennent, mais il a de plus voulu approfondir sa connaissance du domaine en me demandant de lui consacrer une heure chaque jour des mois de juillet et d’août qui ont précédé la rencontre afin non seulement de rafraîchir ses connaissances, mais de lui faire pratiquer les dernières méthodes numériques de la DAM. A cette occasion, j’ai découvert une nouvelle dimension humaine de Robert Dautray, sa grande modestie vis-à-vis de la connaissance et son désir permanent d’aller au fond des choses.

Robert Dautray l’avait bien compris. Les Dissuasions sont protégées d’un tel secret, qu’il est très difficile d’évaluer le niveau des arsenaux des États dotés, le seul moyen étant l’appréciation de la qualité des travaux scientifiques qu’ils publient sur le sujet et pour eux, ce qui en retour leur permet de signifier au reste du monde le niveau qu’ils ont acquis. Au travers de cette première rencontre sur la neutronique, c’est le niveau global de la Dissuasion française qui allait être jugé. Cette première rencontre a été suivie de nombreuses autres et a même permis de bâtir une coopération scientifique dans le domaine des lasers de puissance, avec notamment la relation qui a conduit à l’import du laser Phébus.

Dans ces domaines, de bons physiciens peuvent écrire les bons modèles et des équations pertinentes. Mais il n’est pas possible d’en écrire des solutions analytiques comme on le faisait sur les bancs du lycée, et l’accès aux plus gros supercalculateurs est indispensable. Sous le directorat de Robert Dautray, la DAM a pu bénéficier à chaque époque des plus gros calculateurs disponibles dans le monde. Ainsi la DAM a pu se doter dès 1968 d’un IBM Stretch, qui atteignait le million d’opérations par seconde, puis durant les années 1970, des puissants ordinateurs de la société Control-Data. L’année 1983 a vu arriver à Limeil le premier CRAY 1S, vectoriel, d’une puissance soutenue de 45 millions d’opérations par seconde. Et, lorsque Robert Dautray a quitté la DAM, il avait convaincu les autorités politiques d’acquérir simultanément un des tous premiers CRAY YMP, vectoriel à 8 processeurs délivrant près d’un milliard d’opérations par seconde et un CRAY T3D massivement parallèle avec 128 processeurs interconnectés par un Tore et dont la vitesse maximale approchait 20 milliards d’opérations par seconde afin de préparer l’avenir.

Robert Dautray avait compris que les essais nucléaires seraient toujours en nombre très limité et dans des conditions expérimentales extrêmes, limitant le nombre de mesures et rendant parfois complexe leur interprétation. Si bien qu’il a fait développer des moyens de laboratoire afin que les physiciens disposent d’expériences nombreuses représentatives de la physique des armes obtenues par des moyens de mesure de qualité. Ainsi la place des lasers de puissance, de la radiographie gamma et de la simulation numérique était-elle bien établie lorsqu’il a quitté la DAM pour devenir haut-commissaire.

Fig. 4 : Le laser Phébus développé sous la direction de Robert Dautray en 1987 au CEA-DAM en coopération avec le Lawrence Livermore National Laboratory, transféré à son arrêt à l’Ecole Polytechnique pour devenir le laser LULI 2000.

Trois années plus tard, la France renonçait aux essais nucléaires et passait à la simulation. Qu’est-ce que la simulation ? C’est tout simplement la garantie du fonctionnement et de la sûreté des armes nucléaires par le Science (les américains parlent de Science based stockpile stewardship) et qui repose sur trois piliers : la physique couplée à la simulation numérique, la radiographie gamma et les lasers de puissance. Bien entendu, cette démarche n’est pertinente que si l’on détient par ailleurs un patrimoine d’essais nucléaires et de mesures associées, car comme j’aime à le rappeler, les phénomènes se produisant dans le domaine chaud qui caractérise le fonctionnement des armes sont tellement différents de ceux auxquels nous sommes accoutumés, qu’ils ont besoin d’avoir été découverts expérimentalement avant d’être modélisés numériquement. Robert Dautray avait été un très grand visionnaire puisqu’en 25 années de son leadership scientifique de la DAM, il avait amené cette dernière à maîtriser ces trois piliers.

Mon expérience de premier directeur du programme Simulation m’a amené à penser que, sans lui, la France n’aurait jamais été prête en 1996 à cette transition.

 

Daniel Verwaerde

Ancien administrateur général du CEA, ancien directeur des Applications Militaires du CEA, membre de l’Académie des technologies

Ce billet fait suite à l’intervention de l’auteur lors du colloque en hommage à Robert Dautray, qui s’est tenu le 19 novembre 2024 en Grande salle des séances de l’Institut de France.

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Crédits

Image d’illustration mise en avant : Photographie de Robert Dautray. Source : Archives et collection patrimoniale de l’Académie des sciences.

Figure 1 : Installation du CRAY ONE, 20/10/1982, Archives historiques CEA © CEA/CADAM – LIMEIL_1982_758-1

Figure 2 : Vue aérienne de l’atoll de Fangataufa, 95.9.130-01-006 : © Auteur inconnu/ECPAD/1995/Défense

Figure 3 : Vue aérienne d’une barge de mesures sur l’atoll de Fangataufa, 95.9.130-01-006 : © Auteur inconnu/ECPAD/1995/Défense

Figure 4 : Vue du Laser LULI 2000 dans les locaux de l’Ecole Polytechnique, source, autorisation de réutilisation accordée par LULI.

 

 

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