La consultation initiée par le dirigeant kurde Massoud Barzani constitue toutefois un pari risqué car le Premier ministre irakien a clairement fait savoir qu'il prendrait "les mesures nécessaires" pour préserver l'unité du pays.
Des pays voisins comme la Turquie et l'Iran, inquiets de voir leurs minorités kurdes suivre cet exemple, ont aussi menacé de représailles.
Les bureaux de vote seront ouverts de 08H00 locales (05H00 GMT) à 18H00 (15H00 GMT) pour permettre aux 5.375.000 inscrits de se prononcer.
Au total, 12.072 bureaux de vote sont installés non seulement dans la région autonome du Kurdistan (nord de l'Irak), qui comprend les provinces d'Erbil, Souleimaniyeh et Dohouk, mais aussi dans des zones que se disputent les Kurdes et le gouvernement central irakien.
Ainsi, dans la riche province pétrolière de Kirkouk et dans celle de Ninive dans le nord du pays, comme dans celles de Dyala et de Salaheddine, au nord de Bagdad, plus de deux millions d'électeurs sont appelés à se rendre dans les 4.869 bureaux de vote, selon la commission électorale.
Les résultats initiaux seront annoncés 24 heures après le scrutin, mais ils ne font aucun doute, la majorité des Kurdes étant acquise à l'indépendance.
Les Kurdes, partagés entre l'Irak, la Syrie, l'Iran et la Turquie, n'ont jamais accepté le traité de Lausanne de 1923 qui les privait d'un État indépendant sur les dépouilles de l'empire ottoman.
Prêt à négocier
Lors d'une conférence de presse dimanche dans sa capitale d'Erbil, Massoud Barzani s'est montré inflexible.
"Le partenariat a échoué avec Bagdad et nous ne le reprendrons pas. Nous sommes arrivés à la conviction que l'indépendance permettra de ne pas répéter les tragédies du passé", a-t-il martelé d'une voix calme mais ferme.
"Nous nous attendons à des réactions d'un côté ou de l'autre, mais nous en sommes venus à une conviction: quel que soit le risque et le prix, c'est mieux que d'attendre un sombre destin", a-t-il clamé.
Il a toutefois souligné qu'une victoire du "oui" ne serait que le début "d'un long processus" vers l'indépendance et qu'il était prêt à négocier avec Bagdad les frontières de son Etat.
Intervenant au même moment depuis Bagdad dans un discours solennel, le Premier ministre Haider al-Abadi a refusé le divorce.
"Prendre une décision unilatérale affectant l'unité de l'Irak et sa sécurité ainsi que la sécurité de la région avec un référendum de séparation est contre la Constitution et la paix civile", a-t-il insisté.
Pétrole en jeu
Un peu plus tôt dans la journée, parmi les pays voisins, l'Iran avait pris une première mesure de rétorsion en interdisant jusqu'à nouvel ordre tous les vols avec le Kurdistan irakien, à la demande du gouvernement de Bagdad.
La Turquie, elle, a déjà averti que les représailles auraient des volets "sécuritaire" et "économique", pendant que son armée a intensifié ses manoeuvres à la frontière.
Le gouvernement irakien a demandé dimanche à tous les pays de ne traiter qu'avec lui pour toutes les transactions pétrolières.
Le Kurdistan produit en moyenne 600.000 barils par jour dont 550.000 b/j sont exportés via Ceyhan en Turquie.
Ces menaces, qui pourraient asphyxier économiquement le Kurdistan, inquiètent les électeurs même si l'entrain est de mise. A Erbil, les drapeaux kurdes flottent partout dans les rues, sur les voitures et les maisons.
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