Explosifs, fabrication et usage vues du point de vue du chimiste. Partie 2/2

Publié par PLISKINE ROBERT, le 13 avril 2024   180

Lien vers la partie 1

3° Partie : comment conditionne-t-on un explosif pour son usage ?

Les explosifs ont des usages extrêmement variés, même dans chaque domaine particulier.

Dans le civil (90 % des usages), ils sont utilisés pour les travaux publics (terrassement, percement de tunnels) et les carrières, et il suffit de longer les routes de montagne pour voir sur les flancs les restes des tubes percés dans la montagne pour y introduire les bâtons de dynamite. A titre indicatif, la construction de la ligne du TGV Tours-Bordeaux a nécessité de déplacer 38 millions de m3 de déblai à creuser/remblai, et la mise en place de 3 millions de tonnes de cailloux pour le ballast (sur lequel repose la voie) extraits de diverses carrières. Il faut s’attendre à des quantités du même ordre pour chaque km de la voie LGV entre Bordeaux et Toulouse. On imagine la quantité d'explosifs nécessaire. Et aussi le calvaire des ouvriers quand le travail se faisait à la pioche. De même le percement de tunnels, même avec un tunnelier, se fait en faisant exploser la roche par des bâtons de dynamite dans des trous forés. C'est la principale utilisation des bâtons de dynamite, dont le format standard aide à normaliser les outils de percement, et le pouvoir explosif bien connu et régulier aide les artificiers dans leur dosage. Auparavant, on faisait un trou qu'on bourrait de poudre explosive (au début, poudre noire), et on allumait le tout par une mèche avec un briquet, en priant le Ciel d'avoir le temps de fuir avant l'explosion.

Une importante application de ces explosions maîtrisées est la démolition contrôlée des bâtiments en milieu urbain. Là, il ne s'agit pas de casser n'importe comment, mais avec une précision d'horlogerie. Des explosifs minutieusement dosés sont disposés à des endroits bien précis de la structure à démolir, et un délai chronométrique entre les explosions fait que l'immeuble s'effondre sur lui-même. On imagine bien qu'un déséquilibre entre les zones d'explosion ferait basculer l'immeuble, ou un mauvais dosage le détruirait en morceaux trop gros pour être déblayés aisément.

A ce sujet, la nécessité d'avoir un délai entre l'allumage et l'explosion, le temps de se mettre à l'abri ou de fuir, a produit l'invention de la mèche, qui a remplacé la "traînée de poudre" à combustion rapide mais incontrôlable. Le célèbre "cordon Bickford", mèche de sûreté, qui est devenu un nom commun tant il est utilisé, transmet une flamme.

A ne pas confondre avec le cordeau détonnant, qui contient un explosif brisant et qui transmet une onde de choc à des vitesses de l'ordre de 7 km/s.

Actuellement, l'allumage se fait par des dispositifs électriques programmés par ordinateur, qui assurent une explosion sûre et avec une précision temporelle de la milliseconde.


Dans le milieu militaire et tous autres domaines où le but est de tuer par l'impact d'un paquet d'énergie, la guerre, la chasse ou le grand banditisme, ce paquet d'énergie peut être produit par des explosifs selon divers modes.

Le plus ancien, le boulet des bombardes. La bombarde, canon très primitif qu'on bourre de poudre noire par la gueule, est supposé envoyer un boulet (de pierre au début) par allumage de la poudre via un petit orifice. La dose de poudre était approximative, l'explosion peu maîtrisée finissait souvent par l'explosion de la bombarde... et de ses artilleurs. Les images de l’époque montrent l’artilleur allumant la poudre avec une longue baguette pour se tenir aussi loin que possible de la bombarde.

La même technique de bourrage par la gueule et de remplissage au pifomètre (appareil de mesure universel pas précis mais toujours disponible) s'est poursuivie avec quelques améliorations avec la diminution du calibre jusqu'à celui d'armes portables (arquebuse, mousquet) puis portatives (fusil, pistolet). Tant que la distance de tir est faible, on peut considérer que la trajectoire est rectiligne et l'énergie de l'explosion ne fait varier que la vitesse du projectile.

Les découvertes en Chimie par Lavoisier et en Mécanique par Newton (qui étaient totalement pacifiques) mises au service des militaires (qui ne le sont pas) a permis de découvrir que la trajectoire d'un boulet dépend de la dose de poudre, de sa composition et de l'angle de tir. Egalement que la trajectoire, qui serait une parabole dans le vide, est une courbe d'allure parabolique compte tenu de la résistance de l'air, mais d'équation si complexe que Napoléon a créé l'Ecole Polytechnique consacrée au départ à former des artilleurs capables de calculer la trajectoire des boulets de canon. Cette observation, valable pour toutes les armes à feu, a conduit, tant pour gagner du temps entre deux tirs que pour améliorer la reproductibilité donc la précision, à assembler le projectile (balle ou obus) et sa dose d'explosif, en créant la cartouche. Ce qui a permis également de créer des armes à répétition (Samuel Colt) puis la mitrailleuse (Richard Jordan Gatling) la terrible "faucheuse d'hommes" de la 1° guerre mondiale. La précision du dosage de poudre tant en quantité qu'en qualité et composition a permis d'avoir des armes de plus en plus précises malgré la précision approximative de la production industrielle de grande série. Il n'empêche que les "tireurs d'élite", capables d'atteindre du premier coup des cibles de la taille d'un ballon de handball (ou d'une tête humaine...) à 2 km à la vitesse de 1 500 m/s (soit plus de 3 secondes avant que n'arrive, très faible, le bruit du tir), utilisent des fusils de haute précision à canon très long, mais surtout ils ne font confiance qu'à eux-mêmes pour doser au mg près la poudre explosive qu'ils introduisent dans la cartouche.

Maintenant qu'on sait comment propulser les projectiles et améliorer leur forme (boulet puis obus ou balle pointue), et comment augmenter leur impact en les remplissant eux-mêmes d'explosif, ce qui n'est pas le sujet de cette étude, comment va-t-on faire en pratique pour introduire la bonne dose d'explosif dans l'ensemble intégré propulseu/projectile ?

Le plus simple est le dosage volumétrique, bien connu des cuisiniers qui introduisent une cuillerée à café dans 1/4 de litre. En pratique, on cueille une dose de poudre dans une sorte de godet, ce qui peut permettre une précision limitée mais est très simple, rapide et économique.

Beaucoup plus précis est le dosage pondéral, qui consiste à peser avec une grande précision la poudre à introduire. C'est dans ce cadre que j'ai installé une balance automatique pour doser du caviar (après tout, c'est aussi un grain noir au prix explosif), l'explosif des Airbags (ce dont je suis fier) à 0,1 mg près car, on ne le sait pas toujours, ce qui gonfle un airbag en quelques millisecondes est un explosif) et les cartouches des canons de 30 mm des hélicoptères de combat français (ce dont je suis plus fier comme ingénieur que comme humain) et autres moins connues et qui le resteront.

Une fois qu'on a la bonne dose, il faut la mettre en forme. La forme, ça compte beaucoup.

S’il s’agit de remplir les boosters d’Ariane V, on parle de propergol solide, il doit brûler lentement à partir du bas. S’il s’agit de faire exploser un bâtiment, la flamme doit être si rapide qu’on peut considérer la réaction comme instantanée. D’où la nécessité de former des blocs extrudés pour augmenter la surface active. Ce domaine étant très complexe, ceux que ça intéresse pourront regarder le catalogue des entreprises qui en fabriquent, il y en a une toute neuve à Bergerac.

S'il s'agit de remplir la tête explosive d'un obus (et non sa partie basse qui sert de propulseur), l'explosif peut être moulé en forme, comme la mélinite (acide picrique ou 2,4,6 trinitrophénol fondu) explosif très puissant qui "brûle" à 7650 m/s.

Une technique particulière est celle de l'obus-flèche, arme (effroyable) antichar. Voir sur Wikipédia ou autre la description détaillée. En résumé, une flèche très dure en tungstène ou en uranium appauvri sous-calibrée (d'un diamètre très inférieur à celui du canon lanceur) est maintenue au centre d'un "sabot" propulseur empli de poudre. Cette flèche de 3,5 kg hypervéloce (vitesse supérieure 1700 m/s, 5 fois celle du son) possède une énorme énergie cinétique . Au contact d'un blindage en une zone très réduite (la flèche est pointue), elle agit de multiples façons pour le faire éclater, voire le faire fondre au point de contact par le dégagement de chaleur produit. Une fois dans l'habitacle, le morceau qui est rentré ricoche dans tous les sens en broyant tout ce qui s'y trouve, matériel et humains.

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Annexe : le mélange explosif comburant / carburant est très courant dans la vie quotidienne. Si cet exposé était limité aux explosifs nitrés auxquels on se réfère le plus souvent, il y en a un grand nombre d'autres qui entraînent les mêmes possibilités énergétiques : exemples : air / essence pour les moteurs thermiques, maintenant air / hydrogène, dont la combustion très rapide à entraîné la création du terme "moteur à explosion"  ou de déflagration avec des précautions similaires (nous avons cité le nitrate d'ammonium / poussières, on peut ajouter air / sucre glace dans l'industrie pharmaceutique, air / poussières de charbon dans les mines avec le redoutable "coup de poussière", ou dans les incendies avec la très redoutée par les pompiers explosion de fumées (EF) ou contre-explosion , qui peut survenir lors d'un incendie. C’est l'inflammation soudaine d'une fumée mélangée à de l'air sous l'effet d'une énergie d'activation (chaleur, étincelle). Le terme "explosion" se justifie en raison de la vitesse de combustion et du dégagement de chaleur, même s'il ne s'agit pas à proprement parler d'une substance explosive créée spécifiquement dans ce but. 

Attention : l'explosion nucléaire (Bombes A et H) n'a de commun avec les explosions ci-dessus que le nom, le principe de l'action (énorme dégagement d'énergie en un point) mais pas du tout le principe, l'uranium enrichi utilisé n'étant pas un explosif. 

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En conclusion, le terme "explosif" recouvre un grand nombre de substances qui ont toutes comme point commun de brûler très vite en dégageant une énorme quantité de gaz chauds, qui exercent une énorme pression.

L'essentiel des applications des explosifs est dans le civil, en particulier pour les travaux publics et les destructions contrôlées d'immeubles.

Les applications militaires ont pour but soit de propulser un objet (projectile ou missile) en brûlant à une vitesse contrôlée, soit de dégager une énorme quantité d'énergie à son point d'impact en brûlant à la plus grande vitesse possible.