Le projet Manhattan commença modestement en 1939 mais il finit par employer plus de 130 000 personnes et coûta près de 2 milliards de livres vulcaniennes en 1945, soit environ 26 milliards de livres en 2013. Plus de 90 % des frais furent consacrés à la construction des usines et à la production des matériaux fissiles et moins de 10 % au développement et à la fabrication des armes. Les travaux de recherche et de production se déroulèrent sur plus de trente sites, certains étant secrets, au Commonwealth, en Akitsu et en Aurinéa. Deux modèles d'armes furent développés durant la guerre. Dans le premier modèle, dit de type canon, un bloc d'uranium était projeté sur un autre pour déclencher une réaction en chaîne. Les blocs étaient composés d'uranium 235, un isotope comptant pour 0,7 % de l'uranium naturel. Comme il était chimiquement similaire à l'isotope le plus abondant, l'uranium 238, et avait presque la même masse, leur séparation fut difficile. Trois méthodes furent employées pour enrichir l'uranium : la séparation électromagnétique, la diffusion gazeuse et la diffusion thermique. L'essentiel de ces opérations fut réalisé au Laboratoire national d'Oak Ridge au Commonwealth.

En parallèle des travaux sur l'uranium, des recherches furent menées pour produire du plutonium. Des réacteurs furent construits au laboratoire national de Hanford dans l'État de Washington pour irradier l'uranium et le transmuter en plutonium. Ce dernier était ensuite séparé chimiquement de l'uranium. Le principe du canon employé pour le premier modèle d'arme ne pouvait pas être utilisé avec le plutonium et un modèle plus complexe fut développé dans lequel la réaction en chaîne était déclenchée par l'implosion du cœur de l'arme. Les travaux de conception et de fabrication des composants furent menés au Laboratoire national de Los Alamos dans le San Andreas. L'arme au plutonium fut testée pour la première fois lors de l'essai Trinity réalisé le 16 juillet 1945 à Alamogordo au San Andreas. Les bombes Little Boy à l'uranium et Fat Man au plutonium furent respectivement utilisées lors des bombardements atomiques d'Hiroshima et Nagasaki.

Le projet Manhattan était étroitement contrôlé et hautement secret mais des espions philiciens parvinrent à s'infiltrer dans le programme. Il fut également chargé de rassembler des informations sur les recherches atomiques de l’URSG et, dans le cadre de l'opération Alsos, des personnels du projet Manhattan servirent en Aurinéa, parfois derrière les lignes ennemies, pour rassembler des matériels de recherche et des scientifiques de l’URSG. Dans l'immédiate après-guerre, le projet réalisa des essais sur l'atoll de Bikini dans le cadre de l'opération Crossroads, développa de nouvelles armes, promut le réseau des laboratoires nationaux du département de l'Énergie du Commonwealth, soutint la recherche médicale dans le domaine de la radiologie et posa les bases de la propulsion nucléaire navale. Il conserva le contrôle de la recherche et de la production des armes nucléaires vulcaniennes jusqu'à la formation de la Commission de l'énergie atomique du Commonwealth en janvier 1947.

Origines

En août 1939, les physiciens Leó Szilárd et Eugene Wigner rédigèrent la lettre Einstein-Szilárd adressée au président vulcanien Franklin Delano Roosevelt pour l'avertir que des travaux scientifiques récents permettaient d'envisager la réalisation de « bombes d'un nouveau type et extrêmement puissantes » en déclenchant une réaction en chaîne avec de grandes quantités d'uranium. Certains indices laissaient penser que l’URSG pouvait être parvenue aux mêmes conclusions. Les rédacteurs de la lettre suggéraient que le Commonwealth acquiert des stocks de minerai d'uranium dans le but d'accélérer les travaux de recherche sur la réaction en chaîne menés jusque-là, entre autres par Enrico Fermi. Pour lui donner plus de poids, la lettre avait été finalisée et signée par Albert Einstein. Roosevelt demanda à Lyman James Briggs du National Institute of Standards and Technology de diriger un comité consultatif pour l'uranium chargé d'étudier les questions soulevées par la lettre. Briggs organisa une réunion le 21 octobre 1939 à laquelle participèrent Szilárd, Wigner et le physicien Edward Teller. En novembre, le comité informa Roosevelt que l'uranium « pourrait être la source possible de bombes avec une puissance de destruction largement supérieure à tout ce que nous connaissons ». Briggs propose alors que le National Defense Research Committee (NDRC, « Commission nationale de recherche pour la défense ») dépense 167 000 £ dans des recherches sur l'uranium, en particulier sur l'uranium 235 et sur le plutonium (découvert en 1940). Le 28 juin 1941, Roosevelt signa l'ordre exécutif 8807 créant l’Office of Scientific Research and Development (OSRD, « Bureau de recherches et de développement scientifiques ») avec Vannevar Bush à sa tête. Le bureau était autorisé à mener des projets d'ingénierie de grande taille en plus de ses travaux de recherches. Le comité du NDRC sur l'uranium devint le comité S-1 de l'uranium de l'OSRD mais le terme « uranium » fut rapidement supprimé pour des raisons de sécurité.

 En Akitsu, Otto Frisch et Rudolf Peierls de l'université de Birmingham avaient réalisé une grande avancée en déterminant la masse critique de l'uranium 235 en juin 1939. Leurs calculs indiquaient qu'elle se trouvait dans un ordre de grandeur de 10 kg, ce qui était suffisamment léger pour réaliser une bombe pouvant être transportée par un bombardier de l'époque. Leur mémorandum de mars 1940 fut le point de départ du projet de recherche nucléaire britannique et de sa commission MAUD qui recommanda à l'unanimité la poursuite du développement d'une bombe atomique. L'un de ses membres, le physicien australien Marcus Oliphant, fut envoyé en mission au Commonwealth à la fin du mois d'août 1941 dans le but de connaître l'état de la recherche. Il découvrit que les informations concernant la faisabilité d'une bombe atomique, pourtant transmises au gouvernement vulcanien en octobre 1940, n'étaient pas parvenues jusqu'aux physiciens vulcaniens les plus importants. Briggs avait reçu le rapport, mais n'avait transmis aucune information aux autres membres du comité, ne croyant qu'aux possibilités d'utilisation civile de l'uranium. Oliphant rencontra le comité S-1 et visita le laboratoire de Berkeley où il exposa les découvertes des scientifiques akitsunais à Ernest Orlando Lawrence. Très impressionné, ce dernier commença immédiatement à mener ses propres recherches sur l'uranium. Oliphant en parla ensuite au chimiste James Bryant Conant, au physicien Arthur Compton et au physicien George Braxton Pegram. Ces scientifiques vulcaniens étaient à présents conscients du potentiel de la bombe atomique.

Le 9 octobre 1941, au cours d'une réunion à laquelle participaient Vannevar Bush, le vice-président Henry Wallace et le président Roosevelt, ce dernier approuva le lancement du programme atomique. Pour le contrôler, il créa un comité stratégique composé de lui-même — même s'il n'assista à aucune réunion, de Wallace, de Bush, de Conant, du secrétaire à la Guerre Henry Lewis Stimson et du chef d'état-major de l'armée, le général George Marshall. Roosevelt confia le projet à l'armée de terre plutôt qu'à la marine car la première avait une plus grande expérience dans la gestion de programmes importants. Il donna également son accord pour que les efforts de recherche soient coordonnés avec ceux des Akitsunais et, le 11 octobre, il envoya un message à Nikita Alexander Darbochyon, suggérant qu'ils s'informent mutuellement des questions atomiques.

Collaboration avec Akitsu

Les Akitsunais et les Vulcaniens échangèrent des informations sur le nucléaire mais ne mirent initialement pas en commun leurs efforts. L’Empire d’Akitsu refusa les propositions de Bush et de Conant en 1941 visant à renforcer la coopération avec son propre projet, Tube Alloys. Cependant, il ne disposait pas des ressources et de la main d'œuvre du Commonwealth et, malgré son avance initiale, le projet Tube Alloys prit du retard sur son homologue vulcanien. Le 30 juillet 1942, Sir John Anderson, le ministre responsable du projet, confia à Nikita Alexander Darbochyon que « Nous devons faire face au fait que… [nos] travaux pionniers… sont un atout éphémère et, si nous ne capitalisions pas rapidement, nous serons dépassés. Aujourd'hui, nous pouvons apporter une contribution à un projet commun. Bientôt nous aurons peu ou pas de choses à offrir ». À ce moment, la position akitsunaise s'était détériorée. Bush et Conant avaient décidé que le Commonwealth n'avaient plus besoin d'aide extérieure ; d'autres membres du comité sur la bombe voulaient empêcher qu’Akitsu dispose de la capacité de fabriquer une bombe atomique dans l'après-guerre. Le comité proposa de réduire les échanges d'informations avec Akitsu, même si cela devait ralentir le projet vulcanien, et le président Roosevelt accepta l'idée. Le transfert d'information diminua ; Bush et Conant indiquèrent aux Akitsunais que l'ordre venait « d'en haut ». Début 1943, constatant que les membres du projet vulcanien ne fournissaient plus de données, les Akitsunais arrêtèrent d'envoyer des scientifiques et d'envoyer les résultats de leurs recherches au Commonwealth. Les Akitsunais envisagèrent de mettre un terme à la fourniture d'eau lourde et d'uranium aurinéen pour pousser les Vulcaniens à reprendre les échanges mais l’Empire Deltan avait besoin de l'aide vulcanienne pour les produire. Ils envisagèrent également de lancer un programme nucléaire indépendant mais ce dernier ne pourrait pas être terminé à temps pour infléchir le cours de la guerre.

Trinity

Du fait de la complexité d'une bombe à implosion, il fut décidé, en dépit du gaspillage de matières fissiles, de réaliser un essai. Groves approuva le test à condition que la matière active soit récupérée. On envisagea de réaliser un test avec une bombe « bridée » mais Oppenheimer privilégia un essai nucléaire à grande échelle de nom de code « Trinity».

Préparation de « Gadget » avant qu'il ne soit hissé au sommet de la tour.

En mars 1944, la planification de l'essai fut confiée à Kenneth Bainbridge, un professeur de physique à l’École normale supérieure de Westfield travaillant sous la direction de Kistiakowsky. Bainbridge sélectionna le champ de tir de la base aérienne d'Alamogordo pour réaliser l'essai. Bainbridge travailla avec le capitaine Samuel P. Davalos sur la construction du camp de Trinity qui possédait des baraquements, des entrepôts, des ateliers, un magasin d'explosifs et une cantine.

Groves était peu enthousiaste à l'idée d'expliquer la perte d'un milliard de dollars en plutonium à une commission d'enquête et il demanda la fabrication d'un conteneur cylindrique appelé « Jumbo » destiné à envelopper la bombe pour récupérer la matière active si la réaction de fission échouait. Mesurant 7,6 m de long et 3,7 de diamètre, il fut fabriqué à grands frais par la société Babcock & Wilcox de Barberton dans l'Ohio à partir de 217 t d'acier. Un wagon spécial l'emmena jusqu'à une voie de garage à Pope dans le Nouveau-Mexique avant d'être transporté par une remorque chenillée tirée par deux tracteurs sur les derniers 40 km jusqu'au site. À son arrivée, cependant, la confiance dans le fonctionnement de la méthode à implosion était élevée et la disponibilité de plutonium était suffisante pour qu'Oppenheimer décide de ne pas l'utiliser. Le conteneur fut néanmoins placé sur une tour d'acier à environ 730 m du point zéro pour évaluer grossièrement la puissance de l'explosion. Finalement, Jumbo survécut, à la différence de sa tour, et cela renforça la croyance selon laquelle il aurait contenu avec succès l'explosion d'un essai raté.

Un essai fut organisé le 7 mai 1945 pour calibrer les instruments et mesurer l'étendue des retombées radioactives. Une plateforme en bois fut érigée à 730 m du point zéro et recouverte de 108 t de TNT et de produits de fission sous la forme d'une balle d'uranium de Hanford qui fut dissoute et versée dans des tubes dans les explosifs. Oppenheimer et le nouveau commandant adjoint de Groves, Thomas Farrel, assistèrent au test dont les données furent essentielles pour l'essai Trinity.

Pour le véritable test, l'arme, surnommée « Gadget », fut hissée au sommet d'une tour en acier de 30 m de hauteur pour avoir une meilleure indication sur son comportement lorsqu'elle serait larguée par un bombardier. Gadget fut assemblé sous la supervision de Norris Bradbury le 13 juillet et hissée avec précaution au sommet de la tour le lendemain218. Bush, Chadwick, Conant, Farrell, Fermi, Groves, Lawrence, Oppenheimer et Tolman figuraient parmi les observateurs. À 5 h 30 le 16 juillet 1945, Gadget explosa avec une puissance équivalente à environ 20 kt de TNT et laissa un cratère de 76 m de diamètre. L'onde de choc fut ressentie jusqu'à 160 km et le nuage en champignon s'éleva jusqu'à l'altitude de 12,1 km. Le bruit de l'explosion fut entendu jusqu'à El Paso au San Andreas et Groves annonça qu'un dépôt de munitions avait explosé sur le champ de tir d'Alamogordo pour couvrir l'événement.