Le 12 octobre 1961, le Mirage IVA-02 effectue son premier vol. C’est le premier des trois prototypes au standard de série du Mirage IV, bombardier supersonique conçu pour porter la première arme nucléaire française. L’avion est accepté pour la production en série. 3 ans plus tard, le 8 octobre 1964, le premier Mirage IV prend l’alerte nucléaire : la France dispose de sa force souveraine de dissuasion.
La décision de doter la France de l’arme atomique est prise sous la IVe République et confirmée par le général de Gaulle dès son retour au pouvoir en 1958. Le premier essai, Gerboise bleue, a lieu à Reggane, dans le Sahara algérien, le 13 février 1960. Il faut un moyen de porter la bombe jusqu’au territoire soviétique. Les missiles balistiques ne seront pas prêts avant la fin de la décennie ; le seul vecteur réaliste à court terme est un avion.
L’armée de l’Air lance en 1956 un programme de bombardier capable de pénétrer à vitesse supersonique les défenses adverses. Dassault, qui achève le Mirage III, propose un appareil qui en reprend la formule : une aile delta sans empennage horizontal, mais deux fois plus grande, et deux réacteurs au lieu d’un. Le prototype Mirage IV 01, à peu près de la taille du Mirage III agrandi, vole à Melun-Villaroche le 17 juin 1959, aux mains de Roland Glavany. Le 19 septembre 1960, René Bigand bat avec lui le record du monde de vitesse sur 1 000 km en circuit fermé, à plus de 1 800 km/h de moyenne autour de Paris.
Pour atteindre Moscou et en revenir sans escale, Dassault étudie un appareil bien plus lourd, le Mirage IVB, propulsé par deux réacteurs américains Pratt & Whitney J75. Son prix et la dépendance envers un motoriste étranger le condamnent. On retient une version intermédiaire, le Mirage IVA, un peu plus grande que le prototype, d’environ 78 m² de surface alaire et de 32 tonnes au décollage, propulsée par deux réacteurs SNECMA Atar 9. Le rayon d’action insuffisant sera compensé par le ravitaillement en vol : la France achète aux États-Unis 12 avions-citernes Boeing C-135F, et les Mirage IV pourront aussi se ravitailler entre eux au moyen de nacelles. La commande de 50 avions de série est passée le 4 avril 1960, avant même le vol du premier prototype de présérie.
Le IVA-02, qui vole le 12 octobre 1961, sert surtout aux essais du système de bombardement. Il effectue des largages simulés au centre d’essais de Colomb-Béchar, dans le Sud algérien, où l’armée de l’Air dispose de vastes champs de tir. Le IVA-03, qui vole le 1er juin 1962, reçoit le système de navigation et la perche de ravitaillement en vol. Le IVA-04, en vol le 23 janvier 1963, est représentatif de la série. Le premier avion de série est achevé en décembre 1963.
Le Mirage IVA est biplace : le pilote est assis devant le navigateur, chargé du radar, de la navigation et du tir. Il peut dépasser brièvement Mach 2 en haute altitude, mais l’essentiel de son vol se fait en subsonique pour économiser le carburant. La bombe AN-11, d’environ 60 kilotonnes, est logée à demi encastrée sous le fuselage. 12 fusées d’appoint permettent de raccourcir le décollage depuis des pistes dispersées.
Les Forces aériennes stratégiques sont créées le 14 janvier 1964. Le premier escadron, l’escadron de bombardement 1/91 Gascogne, reçoit ses appareils à Mont-de-Marsan et prend la première alerte le 8 octobre 1964. Au total, 62 Mirage IVA sont livrés, répartis en neuf escadrons sur 9 bases différentes, de façon qu’une attaque surprise ne puisse les détruire tous. En permanence, plusieurs avions armés, équipages en tenue, attendent l’ordre de décoller dans les 15 minutes.
Le dispositif se transforme dès la fin des années 1960, quand les missiles sol-sol du plateau d’Albion, puis les sous-marins lanceurs d’engins, prennent le relais. Face aux défenses soviétiques, les Mirage IV apprennent à pénétrer à très basse altitude. À partir de 1972, 12 appareils sont équipés d’une nacelle de reconnaissance logée dans le logement de l’arme.
Pour prolonger la vie de l’avion, 18 Mirage IVA sont transformés en Mirage IVP, équipés d’un nouveau radar, d’une centrale à inertie et du missile nucléaire ASMP, qui peut être tiré à plusieurs dizaines de kilomètres de l’objectif. Le premier Mirage IVP vole le 12 octobre 1982, 21 ans jour pour jour après le IVA-02. Il entre en service le 1er mai 1986.
La mission nucléaire prend fin en 1996, quand le Mirage 2000N reprend l’ASMP. Les derniers Mirage IVP, versés à l’escadron de reconnaissance stratégique 1/91, mènent pendant encore 9 ans des missions de reconnaissance à haute altitude au-dessus des Balkans, de l’Irak et de l’Afghanistan. Ils sont retirés du service en 2005. Le IVA-02 lui-même, longtemps exposé en plein air au musée de l’Air et de l’Espace du Bourget.
