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1939. Alors que la menace allemande ne cesse de grandir, Irène et Frédéric Joliot-Curie, prix Nobel de chimie pour la découverte de la radioactivité artificielle, poursuivent des expériences intéressant au plus haut point le ministère de l'Armement. C'est que la recherche sur la réaction en chaîne et la course à la bombe atomique mobilisent tous les états-majors. Tandis que les services français réussissent à exfiltrer de Norvège un stock d'eau lourde convoité par le régime d'Hitler, le couple de chercheurs devient le gardien des matériaux les plus sensibles de l'époque.