PRÉSENTATION

Les lignes qui suivent proposent une introduction au domaine des "explosifs". La complexité de ce vaste sujet et les spécialités qui en ont découlé font que cet article doit être considéré comme une visite, forcément limitée.

La chimie des explosifs est le lieu de nombreuses évolutions. Les motivations conduisant au développement de nouveaux produits sont diverses. La recherche de la performance est une raison majeure mais l'évolution des mentalités a conduit à la prise en compte de l'impact de l'utilisation des substances explosives sur l'environnement, notamment leur toxicité. En effet, une étude avait conclu que plus de 95% des explosifs sont utilisés en temps de paix, y compris les explosifs militaires qui sont employés lors d'exercices et dans le pays même qui a fariqué les armes. D'où le développement de produits explosifs à faible toxicité en éliminant notamment les métaux lourds (plomb, mercure, cadmium, etc.).

Un autre axe de recherche, concernant la fiabilité et la sécurité d'emploi, conduit à la synthèse d'explosifs ou de compositions explosives considérées comme insensibles.

Un certain nombre d'explosifs et de compositions explosives représentatifs de ce domaine sont présentés. Certains ne sont plus utilisés mais offrent certainement un intérêt historique. D'autres, de développements récents, voire encore théoriques, démontrent la fertilité de la chimie des explosifs.

Les poudres et produits propulsifs, à l'exception de la poudre noire, substance active omniprésente, ne sont pas étudiés car ils méritent d'être traités séparément.

I - INTRODUCTION

• Définition générale : les produits explosibles

Les produits communément appelés "explosifs" font en réalité partie de l'ensemble très vaste des "produits explosibles". Ces produits explosibles, faisant l'objet d'une réglementation très complexe, sont susceptibles d'exploser, c'est à dire de libérer leur énergie potentielle en un temps très bref en se décomposant grâce à une réaction chimique très rapide. Cette réaction se concrétise généralement par la libération rapide d'une grande quantité de gaz à très haute température qui entraine une brutale montée en pression générant des effets mécaniques plus ou moins violents dans l'environnement. Ces explosions, malheureusement souvent non voulues, peuvent être à l'origine d'accidents industriels ou même domestiques.

• Les produits explosibles particuliers : les explosifs

Parmi les produits explosibles, il existe un ensemble de substances dont on utilise spécifiquement les capacités explosives pour leurs effets mécaniques. Afin d'optimiser leurs effets mécaniques, on fait en sorte qu'ils contiennent en eux-mêmes tous les composants nécessaires à une réaction chimique interne rapide. Ces produits sont appelés "produits explosifs" et englobent règlementairement les poudres, les propergols, les explosifs et les compositions pyrotechniques, de même que les produits contenant ces matières et appelées "substances explosives".

Lors d'une explosion; les phénomènes mécaniques, sonores et lumineux sont impressionnants et les explosifs ont sans doute été utilisés dans un premier temps dans le domaine militaire. Puis, leur maîtrise s'étant affirmée, ils ont été de plus en plus utilisés dans le domaine du génie civil pour les actions de minage, dans les carrières par exemple et dans les milieux industriels comme pour le formage des métaux. L'usage maitrisé des explosifs s'est généralisé et le secteur civil est loin d'être en reste en ce qui concerne leur utilisation.

II - RÉACTION DE DÉCOMPOSITION DES PRODUITS EXPLOSIFS

N'importe quel explosif ne peut pas être utilisé dans n'importe quel domaine. A chaque secteur d'activité correspond un explosif ou une classe d'explosifs. La sélection se fait par rapport à un critère : la vitesse de la réaction chimique permettant le dégagement de l'énergie potentielle de l'explosif. Ce phénomène se déroule schématiquement en deux phases. La première phase consiste à décomposer, à casser, la molécule du produit explosif par un apport d'énergie. Durant la seconde phase, les éléments résultant de cette dissociation se recombinent lors d'une réaction chimique extrèmement rapide et fortement exothermique. Cette réaction chimique correspond en général à une réaction d'oxydoréduction qui est schématiquement décrite ci-dessous.

• La réaction chimique d'oxydoréduction

Les atomes de la matière sont composés d'un noyau, constitué de neutrons de charge électrique nulle et de protons chargés positivement, ainsi que d'électrons chargés négativement gravitant autour du noyau. Lorsque le nombre de protons est le même que celui d'électrons, les charges électriques positives et négatives de l'atome s'équilibrent et ce dernier est dit électriquement neutre. Il n'en est pas forcément inerte. La conformation du cortège électronique d'un atome peut lui donner la propension à accepter, à "capturer" ou à céder un ou plusieurs électrons à un autre atome de tendance opposée. Donneurs et preneurs d'électrons pourront ainsi, par mise en commun de ces particules, se lier et créer une molécule. Les atomes preneurs d'électrons sont des oxydants, appelés ainsi en hommage à l'oxygène qui a été le premier atome étudié présentant cette propriété, et les donneurs sont des réducteurs. L'oxydant qui a capté un ou plusieurs électrons est réduit et le réducteur qui a cédé un ou plusieurs de ses électrons est oxydé.

Certaines réactions d'oxydoréduction dégagent de l'énergie, elles sont dites exothermiques, d'autres en absorbent, elles sont dites endothermiques. En pratique, pour déclencher une explosion il est nécessaire de communiquer de l'énergie à l'explosif. Il est donc indispensable que la réaction d'oxydoréduction à l'origine de l'explosion soit fortement exothermique afin que la quantité d'énergie produite soit bien plus importante que celle fournie. L'énergie communiquée à l'explosif dans le but de déclencher l'explosion permet de dissocier les molécules le composant initialement. La recomposition très rapide des atomes par cette réaction d'oxydoréduction produit une grande quantité de gaz à très haute température générant une brutale montée en pression avec des effets mécaniques sur l'environnement. Plus que de la quantité totale d'énergie dégagée, l'efficacité d'un explosif dépend de la vitesse à laquelle cette énergie est libérée.

 

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• Exemple

Prenons comme exemple la combustion de l'essence. A poids équivalent la combustion complète de l'essence dégage une quantité de chaleur huit fois plus importante que celle de la nitroglycérine (chaleur de combustion du benzène : 10.026 cal/g et 1.623 cal/g pour la nitroglycérine) mais cette dernière libère son énergie en un temps bien plus bref.

La combustion complète d'un kilogramme d'essence nécessite 16 kg d'air, ce qui demande un renouvellement important de l'atmosphère et explique la combustion relativement lente. Cependant, si les molécules d'essence sont intimement mélangées à celles d'oxygène en proportions convenables, la combustion pourra prendre une allure explosive. Ces phénomènes d'explosions de mélanges gazeux sont bien connus dans le domaine industriel (Cf. MÉDARD – Les explosifs occasionnels).

De ces expériences, parfois malheureuses, on en tire la conclusion que pour obtenir des vitesses de décomposition rapides, il est nécessaire de réaliser un mélange intime entre oxydant et réducteur. Pour ce faire, il existe trois méthodes possibles :

a) On mélange intimement un combustible accepteur d'oxygène et un comburant capable d'apporter facilement cet oxygène. C'est le cas, par exemple, de la poudre noire qui est un mélange pulvérulent homogène de soufre et de charbon formant le combustible et d'un nitrate alcalin, le comburant.

b) On fabrique des composés au sein de la molécule desquels l'oxygène nécessaire est présent en quantité suffisante. On peut prendre comme exemple la nitroglycérine qui présente une bonne stabilité dans le sens qu'elle ne se décompose pas spontanément. A l'état de produit sec, une excitation mécanique ou thermique détruit l'équilibre de la molécule et la réaction est totale en quelques fractions de seconde. De tels phénomènes de combustion interne entre des groupements porteurs d'oxygène comme les nitrates (NO2) et des éléments facilement oxydables sont à l'origine de la plupart des compositions de molécules explosives.

c) La dernière possibilité, bien moins fréquente, est d'utiliser certains composés présentant une enthalpie de formation positive c'est à dire que la réaction chimique pour former la molécule finale a absorbé de l'énergie et cette molécule est moins stable que les corps purs qui la constituent. Il s'agit d'azotures métalliques utilisés comme explosifs d'amorçage. Le volume gazeux produit est faible, mais la molécule, métastable, se décompose facilement sous une action mécanique ou électrique même de faible énergie.

 

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II-1 LES MODES DE DÉCOMPOSITION DES PRODUITS EXPLOSIFS

Les domaines d'utilisation des produits explosifs dépendent de leur vitesse de décomposition. Il est donc naturel que les spécialistes aient créé une classification à partir de cette vitesse de transformation, tout en tenant compte qu'elle peut varier selon les modes d'excitation et de l'environnement.

a) La combustion

Il s'agit d'une réaction d'oxydoréduction exothermique (qui dégage de la chaleur) entre un ou plusieurs corps et un ou plusieurs oxydants. L'énergie d'activation est apportée par le choc des molécules gazeuses produites par la combustion. Si les gaz produits ne peuvent pas pénétrer à l'intérieur du produit explosif, seules les molécules situées à la surface sont activées par choc. La combustion se réalise par couches parallèles et elle est lente. Si cette décomposition s'effectue à l'air libre, la détente immédiate des gaz est possible, la vitesse est faible de l'ordre de quelques dizaines de centimètres à la minute et les effets mécaniques sont insensibles. La combustion est une réaction qui se propage par un transfert thermique classique. La vitesse de transformation peut varier de quelques centimètres à une centaine de mètres par seconde, parfois plus selon le produit et le confinement. Lorsque la vitesse de combustion devient particulièrement vive on l'appellera, dans certains, cas une "déflagration".

 

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b) La déflagration

Il s'agit d'une combustion dans laquelle la zone de réaction chimique se propage à une vitesse supersonique dans le milieu environnent créant ainsi une onde de choc dans ce milieu. Par contre cette propagation reste subsonique dans le produit explosif lui-même. Ce n'est que si une onde de choc apparaît dans le milieu environnant que cette réaction pourra être appelée "déflagration". La vitesse de décomposition variera selon que la combustion se fait à l'air libre ou en milieu confiné. Certains spécialistes distinguent la "combustion simple" de la déflagration même s'il s'agit en fait du même mode de transformation, la seule différence étant la vitesse de transformation par rapport au milieu environnant.

Les produits réagissant par une réaction de combustion simple ou de déflagration sont utilisés pour la propulsion, ce sont les "poudres propulsives" et les "propergols". Les premières sont des produits solides utilisés pour la propulsion des projectiles dans le tube d'un canon ou d'une arme légère, les seconds sont chargés directement dans le missile ou la roquette. Les propergols peuvent être solides ou liquides. La propulsion des projectiles est une science à part entière : la balistique intérieure.

• Combustion versus déflagration

Il n'y a pas de différence fondamentale entre une combustion et une déflagration, ces deux phénomènes ne se distinguent que par leur vitesse de propagation. Dans la déflagration on obtient cette augmentation de la vitesse de propagation par l'apport d'oxydant à l'intérieur même du produit explosif alors que dans la combustion l'oxydant utilisé est généralement l'oxygène du milieu environnant.

S'il est difficile de distinguer une combustion que l'on peut qualifier de "simple" d'une déflagration puisqu'il s'agit du même phénomène chimique se produisant à des vitesses différentes, il n'en est pas de même de la "détonation" qui mérite bien d'être classée à part.

b) La détonation

Lorsque la vitesse de transformation est très élevée, de l'ordre de plusieurs kilomètres par seconde, la réaction s'accompagne de l'apparition d'une onde de choc dans le produit explosif lui-même. Cette onde de choc entretient le phénomène, par un mécanisme connu sous le nom de "mécanisme réactionnel de l'onde explosive". L'onde de choc se propage également dans le milieu environnant. Dans l'atmosphère elle peut engendrer des effets dévastateurs selon la quantité de produit explosif utilisée et sa direction. Les produits qui détonent appartiennent règlementairement à la classe des "explosifs" dont l'étude a donné naissance à une science : la "détonique".

Ces explosifs qui détonent peuvent eux-mêmes être classés selon l'importance de l'excitation nécessaire à leur détonation. Dans le cas où un simple choc mécanique ou thermique, un frottement, une étincelle ou une flamme suffisent à déclencher la détonation, ils seront classés en "explosifs primaires" (ou d'amorçage). L'utilisation d'explosifs primaires est très délicate et réservée à des cas bien particuliers, comme d'initier la détonation d'explosifs "secondaires" qui nécessitent, eux, une excitation bien plus puissante telle qu'une onde de choc.

• En résumé

1) Il n'y a pas de différence entre la combustion et la déflagration. Le phénomène est le même, seule la vitesse de propagation est différente. Certains spécialistes parlent de "combustion simple" pour des vitesses de propagation lentes et de déflagration pour des vitesses nettement plus rapides capables de créer une onde de choc dans le milieu environnant.

2) La déflagration et la détonation sont donc des phénomènes de nature fort distincte, leurs régimes de propagation étant différents.

• Dans la déflagration, durant laquelle la vitesse de propagation communément admise est inférieure à 1000 m/s, la réaction chimique de décomposition est plus lente que le transfert thermique ;


• Si la vitesse de décomposition de la substance explosive est supérieure à celle du son dans le milieu environnant, il s'y produit une onde de choc ;


• Il n'y a pas d'onde de choc dans le produit explosif lui-même lors d'une déflagration ;


• Pour la détonation, dans laquelle la vitesse de décomposition est supérieure à 1000 m/s, la réaction chimique est plus rapide que le transfert thermique d'où l'apparition d'une onde de choc dans le produit explosif lui-même.

3) Pour compléter le tableau, notons qu'il existe des produits explosifs utilisés pour leurs effets particuliers sonores, lumineux, fumigènes, incendiaires et autres. Ces matières réagissent selon le mode de la combustion. Ce sont des "compositions pyrotechniques" comportant généralement un sel minéral oxydant et un réducteur métallique. Elles sont utilisées dans les "artifices" à usages civil ou militaire.

• Remarques

Il est à noter que la classification que nous venons de présenter est très schématique. La vitesse de décomposition d'une matière explosive dépend en général de l'excitation à l'origine de cette décomposition. La classification d'une substance parmi les poudres ou les explosifs dépend essentiellement de son utilisation la plus fréquente. Toute modification accidentelle ou voulue du mode d'excitation déclenchant la réaction chimique pourra en modifier la nature, un produit fonctionnellement classé comme une poudre peut accidentellement réagir comme un explosif et réciproquement.

• Quelques exemples (I.G.A. QUINCHON)

a) La nitrocellulose (SCHÖNBEIN - 1845) utilisée initialement à l'état sec et pulvérulent pour le chargement des munitions montrait une telle sensibilité au frottement et à la chaleur, comparable à celle des explosifs primaires, qu'elle fut abandonnée à cause des accidents qui furent déplorer. VIEILLE, en 1884, découvrit que par l'action d'un mélange éther-alccol on pouvait transformer ce produit en un gel macromoléculaire brûlant par couches parallèles ouvrant la voie aux premières poudres simple base sans fumée.

b) La nitroglycérine (SOBERO – 1847) fut rendue utilisable par NOBEL vers 1860 par absorption dans une terre d'infusoires, le kieselguhr à l'origine des dynamites toujours utilisées. On découvrit quelques années plus tard que la nitroglycérine est capable de gélatiniser la nitrocellulose pour lui permettre de brûler par couches parallèles ouvrant la voie aux poudres à doubles bases.

Il est à noter que ces poudres qui brûlent normalement à une vitesse de 50 à 100 m/s sont susceptibles, sous une masse suffisante et si elles sont amorcées par un relai adapté d'explosif, de détoner à une vitesse supérieure à 7000 m/s. Ces propriétés sont à garder à l'esprit lors de leur emploi.

c) Le trinitrotoluène (TNT ou "tolite") est utilisé depuis 1902 comme chargement explosif de projectiles de toutes sortes. Sa détonation nécessite l'emploi d'un "détonateur" constitué d'un explosif primaire. En vrac, cependant, et en l'absence de tout confinement, il brûle à l'air libre sans même que sa combustion prenne le régime de la détonation. Par contre, la malheureuse expérience a montré que le confinement provoqué par un incendie a permis à un stock de TNT de détoner à la Poudrerie Nationale de SAINT-CHAMAS en 1936.

d) L'hexogène (R.D.X.) est un explosif nitré à haute vitesse de détonation (≈ 8500 m/s), très souvent utilisé dans des munitions propres à délivrer une forte puissance explosive. Il peut, cependant, être inclus dans certains "propergols", destinés à la propulsion d'engins, afin d'augmenter leur effet d'impulsion tout en conservant une température acceptable.

Enfin, d'après notre propre expérience, prendre un peu d'explosif "Plastic" (pentrite), le frotter entre ses mains afin de produire un serpentin puis allumer à son extrémité : le serpentin brûle en produisant une belle flamme bien lumineuse et chaude. Elle permet de chauffer son café dans un quart. Attention cependant, compte tenu de la chaleur dégagée, à bien contrôler la distance entre le quart et le réchaud improvisé si l'on souhaite conserver son récipient longtemps.

 

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II-2 OBTENIR UNE VITESSE DE DÉCOMPOSITION ÉLEVÉE

La puissance d'une substance explosive dépend de sa vitesse de décomposition. En général, on fera appel à une réaction d'oxydoréduction (décrite supra) qui permet d'obtenir une vitesse de réaction très élevée et une quantité d'énergie importante. Globalement on peut considérer qu'il existe trois façons d'obtenir une explosion.

• Les méthodes utilisées

Dans le cas des substances solides et liquides, trois méthodes sont utilisées pour obtenir des explosifs. Les deux premières faisant appel à une réaction d’oxydoréduction.

1- Associer  un combustible accepteur d’oxygène (réducteur) avec un comburant apportant facilement cet oxygène (oxydant).  Exemple : la poudre noire composée de souffre et de charbon (combustibles) associés avec un nitrate alcalin (comburant).

2- Utiliser des composés dont la molécule complexe contiendra, à la fois, des éléments combustibles (rédcteurs) et comburants (oxydants). Ces deux éléments sont maintenus séparés au sein de la molécule pour qu'ils n'interagissent pas spontanément. Par contre, lorsque la molécule est détruite, réducteurs et oydants peuvent interagir en libérant de l'énergie et en créant d'autres composés, par exemple du dioxyde de carbone CO₂ du monoxyde de carbone CO, éventuellement de l'eau H₂O.

Exemple : On utilisera le carbone ou l’hydrogène comme combustibles et l’oxygène ou le fluor comme comburants.  D’où l’utilisation des groupements atomiques porteurs d’oxygène comme les nitrates ou les composés nitrés.

Nota
Pour accélérer la réaction d'oxydoréduction, l'oxydant nécessaire fait partie intégrante de la substance explosive. Cependant, la quantité d'oxydant ajoutée n'est pas toujours suffisante pour réaliser une combustion complète. Le rendement n'est pas optimum mais on a néanmoins réussi à produire une réaction très rapide.

3- Il existe des molécules qui, de par leurs architectures, se transforment facilement, sous l’effet d’une faible excitation, en libérant une certaine quantité d’énergie qu’elles ont emmagasinée lors de leur formation.
Exemple : L’azoture de plomb.
Il est à noter, cependant, qu’une réaction d’oxydoréduction peut être associée.

 

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II-3 CLASSIFICATIONS DES EXPLOSIFS

Nous parlerons ici des explosifs de base. C'est à dire de produits purs qui pourront éventuellement être mélangés à d'autres substances afin d'obtenir des compositions aux caractéristiques bien précises.

Il existe différentes méthodes de classement des explosifs. Nous en proposerons deux. La première pourrait être considérée comme "les explosifs du point de vue de l'utilisateur" pour lequel c'est leur spécificité qui conditionne leur utilisation bien plus que leurs constituants chimiques que l'utilisateur pourrait à la limite ignorer. La seconde est un classement correspondant plus au point de vue des chimistes qui permet, outre de comprendre les principes de fonctionnement, d'apprécier les efforts déployés par ces derniers à la recherche de substances explosives plus en plus de puissantes en même temps que plus sures d'emploi et sans négliger également les considérations environnementales.

• CLASSIFICATION DES EXPLOSIFS SELON LEUR USAGE

1) Les explosifs primaires (ou d'amorçage) : azoture de plomb, fulminate de mercure et autres.

Ce sont des substances explosives pures. Ces explosifs ne nécessitent qu'une faible quantité d'énergie d'activation pour détoner. Bien que peu puissants, ces explosifs sont néanmoins capables d'initier la détonation d'explosifs plus énergétiques. Leur forte sensibilité les rend adaptés à la composition des charges d'amorçage. Ils sont parties intégrantes des détonateurs, par exemple.

2) Les explosifs secondaires

Ces explosifs, contrairement aux primaires, demandent une importante énergie d'activation pour détoner. Cette énergie est apportée généralement par l'onde de choc produite par un explosif primaire. Dans la pratique, cette énergie peut également être apportée par la détonation d'un explosif secondaire comme dans le cas de la liaison de charges par un cordeau détonant.

3) Les compositions explosives

Ce sont des mélanges d'une ou plusieurs substances explosives de base avec éventuellement d'autres produits. Dans le domaine militaire, le but recherché est généralement d'obtenir un produit final moins sensible que ses composants seuls. Les compositions insensibles et puissantes constituent les chargements idéaux des munitions. Dans le cadre d'un emploi civil ou industriel, les besoins sont plus nuancés. Les mélanges sont réalisés en fonction des travaux auxquels ils sont destinés.

4) Les explosifs tertiaires

C'est une classe d'explosifs relativement récente. La diminution de la sensibilité d'un explosif qui correspond à sa plus ou moins grande faciilté à exploser sous une excitation extérieure a toujours été un axe de recherche important notamment pour les explosifs militaires. Des efforts notables ont été réalisés soit sur les explosifs de base, soit en réalisant des compositions d'explosifs de base rendant ces composés moins sensibles, parfois au prix d'une perte de puissance. On a fini par obtenir des composés explosifs qui ne peuvent plus entrer en régime de détonation avec un amorçage classique (détonateur) mais nécessite l'emploi d'un explosif secondaire comme intermédiaire, d'où leur appellation "explosifs tertiaires".

• CLASSIFICATION DES EXPLOSIFS SELON LEUR COMPOSITION CHIMIQUE

 

• Le choix de la structure moléculaire de base et le travail des chimistes

Pour que la réaction d'oxydoréduction soit la plus efficace possible, il est nécessaire de réunir dans la même molécule les éléments oxydants et réducteurs. Plus une molécule est grosse, plus elle peut contenir d'atomes participant à cette réaction, à condition qu'elle présente une bonne stabilité. On s'est donc tourné vers une structure moléculaire de base qui puisse permettre de créer des molécules complexes d'explosifs.

Il existe des molécules de structure cyclique, en forme d'anneau, qui étaient susceptibles d'intéresser les chimistes des explosifs. Elles sont de forme applatie ce qui, par empilement, laisse prévoir une densité importante du produit final une fois cristallisé. Cette caractéristique est intéressante sachant que la puissance d'un explosif est fonction du carré de sa densité. De plus, leur structure en anneau leur assure, à priori, une bonne stabilité.

• Deux exemples : le benzène et le toluène

Ces molécules forment les composés aromatiques. Parmi celles-ci se trouvent des molécules, formées de six atomes de carbone, dont la plus connue est le benzène C₆H₆ (voir l'image ci-dessous). Elle est composée de six atomes de carbone et de six atomes d'hydrogène. Le benzène fait partie de la famille des hydrocarbures aromatiques monocycliques. Le benzène est très inflammable et, en temps normal, il brûle grâce à l'oxygène de l'air pour former du dioxyde de carbone CO₂ et de l'eau H₂O. Fixer de l'oxygène sur la molécule permettrait d'accélérer la combustion. Sur cette molécule on peut attacher, plus ou moins aisément, un certain nombre de groupes "nitro" NO₂ sur les atomes de carbone à la place des atomes d'hydrogène et obtenir ainsi un composé contenant, à la fois, un réducteur, le carbone, et un oxydant, le NO₂.

Benzène

Il existe une autre molécule, extraite à l'origine de l'huile de pin, très proche du benzène, le toluène C₇H₈. C'est pratiquement une molécule de benzène mais avec un groupe CH₃ ayant pris la place d'un atome d'hydrogène.

Toluène

Les chimistes vont s'attacher à accrocher sur les atomes de carbone, à la place de certains atomes d'hydrogène, des groupes contenant un oxydant, en l'occurence l'oxygène, qui pourra réagir avec les atomes de carbone qui se comporteront comme des réducteurs. Ce groupe, appelé "nitro", est constitué d'un atome d'azote et de deux atomes d'oxygène NO₂.

Le principe est posé et semble assez simple en théorie. En pratique, la fixation des groupes nitro sur la molécule, opération nommée "nitration", est complexe. Et plus le nombre de groupes nitro que l'on souhaite y fixer augmente plus les difficultés s'accroissent.

Ci-dessous, est présentée une classification des grands groupes d'explosifs selon leur composition chimique. Il s'agit d'explosifs, primaires et secondaires, à destination plutôt militaire. Certains groupes sont d'introduction assez récente et sont relatifs à des substances explosives modernes et très prometteuses même si certaines propriétés ont été révélées par simulation numérique.

Les explosifs chloratés et nitratés, d'usage principalement civil, seront traités plus bas dans le chapitre concernant les explosifs industriels.

• LES GRANDS GROUPES D'EXPLOSIFS

Selon le mode de fixation du groupement nitro (NO₂) sur la molécule à nitrer, on distingue trois grands groupes :

• Les composés nitrés aromatiques : il existe un noyau moléculaire cyclique. Les groupes nitro se fixent sur les atomes de carbone (liaison –C–NO₂). Parmi ces explosifs, on trouve le TNT (explosif secondaire), le diazodinitrophénol (explosif primaire), le stypnate de plomb (explosif primaire) ;

• Les esters nitriques : la nitration est réalisée sur l’oxygène (liaison –O–NO₂). Dans ce cas, on n'utilise pas de structure cyclique comme base de départ. Les principaux explosifs appartenant à cette famille sont la nitroglycérine (NG) et la pentrite (PETN) ;

• Les nitramines : la nitration s'effectue sur l’azote (liaison –N–NO₂). Ces explosifs sont utilisés principalement à des fins militaires. En effet, ils répondent parfaitement aux cahiers des charges définis par les armées : puissance, brisance, fiabilité, sûreté d’emploi et stabilité. Les représentants les plus connus de cette famille sont l'hexogène (RDX), l'octogène (HMX) et le tétryl qui est un exemple d'hybride car il est à la fois nitré-aromatique et nitramine comme on le verra plus bas ;

NOTA: certains considèrent qu'il existe un seul ensemble d'explosifs contenant le groupement nitro (NO₂) et des sous-groupes selon le mode de fixation du groupement NO₂ sur la molécule. C'est un autre mode de classification qui ne change rien aux propriétés des composés.

• Les amines : ces explosifs ne possèdent pas de groupe nitro mais un groupe amine (liaison –R–NH₂) R signifiant une partie de la molécule sur laquelle le groupe NH₂ est fixé. Un explosif de cette famille, le tétrazène, est présenté plus bas ;

• Les peroxydes : le principal représentant des peroxydes appartient à la famille des peroxydes d'acétone. Le plus connu est le triperoxyde de triacétone (TATP) pour son usage dans des actions térroristes. Cet explosif n'est pas destiné à un usage militaire mais un brevêt a été déposé concernant son usage dans des détonateurs destinés au domaine civil ;

• LES EXPLOSIFS AUX STRUCTURES DE BASE ORIGINALES

Les substances explosives que nous venons de présenter ci-dessus sont classées selon le groupe chimique qui caractérise l'explosif (nitrés, nitrés-aromatiques, esters-nitriques, nitramines, amines et peroxydes). Ci-dessous sont présentés quelques groupes d'explosifs classés selon la structure de la molécule de base. Ces molécules font partie de travaux relativement récents et sont les résultats de prouesses chimiques. Sinon, du point de vue de leur "fonctionnement" en tant qu'explosifs, ils pourraient être classés dans les groupes que nous avons passés en revue.

• Les furazanes et les furoxanes : ces explosifs sont synthétisés à partir d'une molécule cyclique, le furazane. Oxydée, cette molécule donne des furoxanes. La molécule est de forme cyclique mais un atome d'oxygène y a été inséré. Elle est solide de part sa structure mais présente une faiblesse au niveau des liaisons de l'atome d'oxygène qui pourra être exploitée lorsque le temps sera venu de la décomposer.

• Les cubanes : ces explosifs forment les polynitrocubanes. Ils devraient être inclus dans les explosifs nitramines puisqu'il s'agit d'une liaison –N–NO₂. Cependant la molécule de base de forme cubique, le cubane, qualifiée par certains de "molécule impossible" peut mériter, pour l'instant, la création d'un groupe éponyme à part. D'autant plus que les vitesses de détonation annoncées classeraient ces produits comme les plus puissants explosifs non nucléaires.

• Les adamantanes : on peut dire que cette molécule attire l'oeil puisque son nom vient de "adamantin", "qui est en rappport avec le diamant". Cette molécule, de part sa forme, laisse présager la constitution d'un corps cristallin de forte densité donc d'un explosif puissant.

III - MÉTHODES DE COMPARAISON DE LA PUISSANCE DES EXPLOSIFS

Pour  déterminer  la puissance d'une substance explosive, on compare la puissance de l'explosif testé à celle d'un explosif de référence, la mélinite (acide picrique).

Ci-dessous, sont décrites quelques méthodes permettant de comparer les effets de différents explosifs.

1) Le coefficient d'utilisation pratique (C.U.P.)

On fait exploser  une  certaine  masse  de mélinite à l'intérieur d'un bloc de plomb et on mesure le volume de la cavité résultante qui est directement proportionnel à la puissance dégagée.  On affecte, arbitrairement, le coefficient 100 à ce résultat. On fait, ensuite, exploser la même masse de l'explosif à tester dans le but d'effectuer la même mesure. Le C.U.P. est donné par la formule  :

Avec :

Ve = volume de la cavité créée par l'explosif testé,
Vm = volume de la cavité créée par la mélinite.

Une substance explosive dont le C.U.P. est supérieur à 100 est plus puissante que la mélinite et inversement.

Quelques exemples de C.U.P.

• Intérêt du C.U.P.

Le coefficient d'utilisation pratique est le principal facteur informant sur la pression exercée par l'onde de choc sur les parois d'un trou de mine à condition que les dimensions de ce trou de mine soient très proches de celles de la charge explosive.

2) Le travail au mortier balistique (T.M.B.)

Dans la cavité d'un pendule,  obstruée  par un boulet, on place 100 g de l'explosif à tester.  La  détonation  de  la  substance  fait  dévier  le pendule d'un certain angle "A" et on compare ce dernier avec celui provoqué par 100 g de mélinite. Parfois l'explosif de référence peut être différent, par exemple le TNT, dans ce cas cette autre référence est indiquée.

Le T.M.B. est donné par la formule :

Avec :

Ae = angle provoqué par l'explosif testé,
Am = angle provoqué par la mélinite.

Mortier balistique

D'après : Explosives - Bearbeitet von Rudolf Meyer, Josef Köhler, Axel Homburg

Il existe d'autres méthodes, notamment :

- Épreuve de la bulle : on fait détoner l'explosif à tester dans une piscine remplie d'eau et équipée de capteurs. Lors de la détonation, une bulle de gaz sphérique est produite. On enregistre le profil de pression à une certaine distance du centre de l'explosion, ce qui permet d'évaluer l'énergie rayonnée.

3) Le facteur d'efficacité relative - Relative effect factor (REF)

Le facteur d'efficacité relative (Relative Effect Factor -REF-)est utilisé pour comparer l'énergie produite lors de la détonation de l'explosif à tester par rapport à celle dégagée par la même masse de TNT. Il existe différentes méthodes de calcul, définies par des normes, selon les caractéristiques de l'explosif que l'on souhaite comparer (pression de l'onde explosive, capacité de destruction, etc.).

4) La brisance

L'onde de choc produite par l'explosion se propage dans le matériau en créant des contraintes mécaniques importantes (compression, traction, cisaillement) par suite de ses réflexions sur les surfaces de discontinuité du milieu. Lorsque les contraintes exercées par la pression de l'explosion dépassent la résistance mécanique du matériau, des fissures apparaissent par lesquelles les gaz peuvent s'échapper. Le résultat de l'action de l'explosif dépend d'une combinaison entre les effets de la pression des gaz et surtout de ceux de l'onde de choc.

Deux explosifs de même puissance peuvent donner des résultats différents. La brisance, soit la capacité d'un explosif à fragmenter un matériau, dépend de l'énergie générée par l'onde de choc, c'est à dire du produit de la vitesse de détonation D par la masse volumique de l'explosif  ρ. La relation précise est la suivante D²ρ dans laquelle la vitesse de détonation intervient au carré, ce qui est homogène à une énergie. Le facteur D²ρ est particulièrement important lors du choix d'un explosif militaire. En effet, sauf dans certaines missions du génie, il est rare que l'on ait le temps de pratiquer une fouille pour enfouir un explosif  afin d'optimiser son efficacité. Généralement, l'explosif est placé directement au contact de la structure à détruire et, dans ce cas, la brisance est le facteur principal à considérer.

Bien que l'utilisation du facteur D²ρ soit pratique et relativement fiable dans l'approche de la brisance d'un explosif, il existe quelques méthodes expérimentales visant à déterminer cette caractéristique.

• Quelques méthodes expérimentales permettant d'estimer la brisance

• L'épreuve de HESS qui consiste à mesurer l'écrasement d'un cylindre de plomb par rapport à celui provoqué par la dynamite gomme A prise comme référence ;


• L'épreuve de KAST, semblable à la précédente, mais dans laquelle on utilise un cylindre de cuivre ;


• L'épreuve d'estampage, notamment utilisée en Allemagne, qui consiste à comparer le diamètre de la perforation d'une plaque de plomb.

Quelques cractéristiques d'explosifs industriels liées à leur brisance

IV - LES EXPLOSIFS PRIMAIRES

IV-1 PROPRIÉTÉS ET UTILISATIONS DES EXPLOSIFS PRIMAIRES

• Propriétés des explosifs primaires

Pour les explosifs primaires, l'énergie d'activation nécessaire pour atteindre un régime de décomposition stable est très faible. Ils détonent facilement même en petite quantité, ce qui les rend très efficaces comme charges d'amorçage. Leur grande sensibilité mécanique ou électrique, pouvant varier d'un produit à l'autre, a une influence sur la sécurité lors de leur manipulation.

Il est couramment admis qu'un explosif primaire n'a en général qu'un seul mode de décomposition : la détonation. Cependant, des mesures très précises, montrent qu'il existe presque toujours une transition déflagration → détonation plus ou moins rapide. Cette transition déflagration → détonation (DDT - Deflagration to Detonation Transition) est devenue un facteur déterminant pour juger l'efficacité d'un explosif. Le délai entre ces modes de décomposition dépend de l'explosif, du niveau de compression et du confinement.

L'explosif primaire a besoin d'une faible énergie pour détoner mais sa molécule contient une faible énergie potentielle. Il en découle que l'énergie dégagée par les explosifs primaires est très faible. En conséquence, leurs vitesses de détonation sont également peu élevées, de l'ordre de 5 000 m/s, ce qui est lent par rapport aux explosifs secondaires dont les vitesses de détonation sont comprises entre 7 000 et  plus de 9 000 m/s. La vitesse de détonation est le principal facteur permettant de déterminer la brisance d'un explosif, propriété qui a été présentée plus haut.

• Remarque

1) L'énergie libérée par les explosifs primaires est faible mais, fournie en un temps très bref, elle est cependant suffisante pour déclencher l'explosion d'un explosif secondaire ou la combustion d'une poudre.

2) Le comportement particulier des explosifs primaires vient du fait que leurs  molécules ne contiennent pas d'éléments combustibles et comburants. Ils sont formés de composés de formation endothermique donc métastables, ce qui explique qu'une faible excitation peut détruire leur équilibre et libérer leur énergie de formation.

3) La frontière entre "explosifs primaires" et "explosifs secondaires" est utile mais peut parfois paraître un peu artificielle. Certains produits comme la pentrite sont classés généralement dans les explosifs secondaires car, dans les granulométries classiquement utilisées (une centaine de microns), ce produit présente une très faible sensibilité. Par contre, sous forme de "farine" (granulométrie de quelques microns) elle peut être considérée comme un explosif primaire.

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• Utilisation des explosifs primaires

Compte tenu de leur grande sensibilité, et pour des raisons de sécurité, les explosifs primaires sont utilisés en faible quantité. Ils servent à amorcer les explosifs secondaires et font partie des composants des détonateurs. Ils peuvent également être utilisés comme relais d'explosif permettant, dans les munitions, de déclencher la charge principale.

IV-2 LES PRINCIPAUX EXPLOSIFS PRIMAIRES

Les principaux explosifs primaires sont : le fulminate de mercure, l'azoture de plomb, le trinitrorésorcinate (ou styphnate de plomb), le tétrazène et le diazodinitrophénol.

FULMINATE DE MERCURE - Hg [CNO]₂

Fulminate de mercure

Le fulminate de mercure est le plus ancien des explosifs primaires. Ses propriétés ont été précisément décrites pour la première fois par HOWARD en 1800 qui aurait repris, semble-t-il, des travaux de Von LOEWENSTEIN datant de la fin du 17ème siècle. En 1867, NOBEL préconisa son emploi pour l'amorçage des dynamites. Il fut ainsi utilisé en grande quantité dans les amorces et les détonateurs, tant dans le domaine civil que militaire, jusqu'à la seconde guerre mondiale.

Sel mercurique de l'acide fulminique (C=N–OH), le fulminate de mercure se présente sous la forme d'une poudre cristallisée grisâtre. Il est insoluble dans l'eau, ce qui permet sa conservation sous l'eau et son transport en milieu humide (20% d'eau).

Chauffé progressivement, il peut détoner à partir de 180°C selon les impuretés qu'il contient. De ce fait, il est très difficile d'atteindre son point de fusion (263°C). Dans les conditions optimales, sa vitesse de détonation est de l'ordre de 5 000 m/s (densité 4,4).

Le fulminate de mercure est un composé très sensible à toutes contraintes mécaniques et électriques extérieures (choc, impact, frottement, étincelle). Sa sensibilité aux épreuves classiques est la suivante :

- Sensibilité au choc (Julius Peters) : 2,2 Joules ;

- Sensibilité au frottement (Julius Peters) : 8 Newtons.

Sa vitesse de détonation varie de 4 400 à 5 000 m/s selon la densité.

Il est à noter que cette sensibilité est fortement influencée par sa granulométrie, sa pureté et sa siccité. Autant de facteurs qui peuvent rendre cette sensibilité insuffisante pour une utilisation dans les amorces à percussion (armes à feu). Il est possible de flegmatiser le fulminate de mercure par addition d'huile ou de paraffine, ou par moulage à la presse à très hautes pressions.

Le fulminate de mercure présente des défauts importants :

- Toxicité : la concentration atmosphérique ne doit pas dépasser 0,1 mg/m3 ;

- À l'état humide, il a tendance à se décomposer au contact du cuivre et de ses alliages, ce qui implique la nécessité de vernir les alvéoles des amorces ou des détonateurs qui contiennent ces matériaux ;

- Il est peu stable à la température. En augmentant progressivement la température (20°C/mn), le point de déflagration est atteint à 163 °C. C'est un inconvénient important notamment pour l'usage dans les pays chauds. C'est ce qui explique son remplacement progressif par l'azoture de plomb ;

- La charge minimale pour amorcer un explosif secondaire classique comme la tolite est relativement élevée (360 mg contre 90 mg pour l'azoture de plomb) et dans le cas du tétryl, 290 mg contre 25 mg.

Il en résulte que le fulminate de mercure a été remplacé par l'azoture de plomb ou le styphnate de plomb.

Sa préparation est relativement artisanale. Il s'agit d'une réaction complexe d'oxydation avec isomérisation entre le mercure, l'acide nitrique et l'éthanol.

Notons qu'une autre composition, le fulminate d'argent, fait également partie des explosifs primaires. Il est principalement utilisé dans les jouets pyrotechniques.

AZOTURE DE PLOMB - Pb[N₃]₂

Azoture de plomb

L'azoture de plomb est un explosif plus récent que le fulminate de mercure. Il a été préparé pour la première fois par CURTIUS en 1891 et développé ensuite en Allemagne après la première guerre mondiale pour remplacer le fulminate de mercure. En France, il fut étudié par HYRONIMUS et MARQUEYROL mais a vraiment commencé à être fabriqué qu'à partir de 1928. Il a depuis remplacé le fulminate de mercure dans les détonateurs civils et militaires.

L'azoture de plomb est un sel de l'acide azothydrique ( H–N=N=N). Cet acide est délicat à manipuler. Volatil, explosif et toxique, il provoque des brûlures profondes de la peau. C'est de plus un poison violent dont l'action physiologique est proche de celle l'acide cyanhydrique.

L'azoture de plomb est un solide cristallin se présentant sous la forme d'une poudre jaunâtre formée d'agglomérats constitués de particules en général arrondies. L'apparition de protubérances allongées augmente sa sensibilté. En effet, l'azoture de plomb à tendance à cristalliser sous deux formes différentes. Lorsqu'il cristallise sous forme d'aiguilles prismatiques, il est instable et présente une grande sensibilité. Il est nécessaire, lors de sa fabrication, d'éviter toute formation d'aiguilles.

En tant que sel de plomb, il est susceptible de provoquer le saturnisme. Il est recommandé de ne pas dépasser la concentration de 0,2 mg/m3 dans l'atmosphère.

Dans des conditions optimales sa vitesse de détonation est de l'ordre de 5 300 m/s (densité 4,6).

Il est très sensible à toutes les contraintes mécaniques et électriques :

- Sensibilité au choc (Julius Peters) : 4 Joules ;

- Sensibilité au frottement (Julius Peters) : ≈ 0,1 Newton.

Cette forte sensibilité au frottement oblige à flegmatiser l'explosif pour une utilisation dans les détonateurs. La flegmatisation peut être réalisée en ajoutant de l'hydroxyde de plomb pour obtenir de l'azoture de plomb "pur" destiné, en France, à un usage militaire. On peut ajouter, en plus de l'hydroxyde de plomb, de la dextrine ou de la carboxyméthylcellulose (USA). Dans ce cas le produit est destiné à un usage civil.

Il existe d'autres azotures :

- L'azoture de cadmium dont la vitesse de détonation est légèrement supérieure (5 450 m/s). Il est un peu moins sensible aux actions mécaniques mais possède un pouvoir d'amorçage supérieur. L'inconvénient   est son coût plus élevé ;

- L'azoture d'argent : il est plus sensible que l'azoture de plomb, surtout aux décharges électrostatiques mais est plus stable à la température. Son coût est également plus élevé ;

- Les azotures de baryum, de calcium et surtout de sodium ne détonent que difficilement.

Certains produits proches des azotures ont vu leur emploi préconisé par certains pays dans des compositions modernes du fait de l'absence de métaux lourds. Il s'agit principalement du triazide cyanurique C₃N₁₂ (vitesse de détonation : 7 300 m/s) et du trinitrotriazidobenzène (TATN) C₆N₁₂O₆ (vitesse de détonation : 7 350 m/s).

Triazide cyanurique		Trinitrotriazidobenzène

STYPHNATE DE PLOMB -[NO₂]₃C₆HO₂PbH₂0

Styphnate de plomb

Le styphnate de plomb (trinitro 2-4-6 résorcinate de plomb ou tricinate) a été étudié en Allemagne aux alentours des années 1920 et fut fabriqué en France à partir de 1928. Cet explosif s'est montré adapté à l'évolution des munitions qui étaient amenées à être utilisées dans des conditions de plus en plus sévères.

Le styphnate de plomb se présente sous la forme d'une poudre cristalline de couleur rouge mais pouvant varier de l'orange au brun rouge selon son degré de pureté. L'eau, parfois additionnée d'éthanol, le flegmatise ce qui permet de le conserver sous l'eau et de le transporter sous forme humide.

Sa température d'inflammation par chauffage progressif est proche de 280°C. Il présente une bonne stabilité thermique. Sa vitesse de détonation peut varier de 2 000 à 4 900 m/s pour une densité 2,6 g/cm³ et 5 200 m/s pour une densité 2,9 g/cm³.

Sa sensibilité aux contraintes mécaniques est relativement peu élevée :

- Sensibilité au choc (Julius Peters) : 4 J ;

- Sensibilité au frottement (Julius Peters) : 8 N.

Le styphnate de plomb présente une forte sensibilité à l'électricité statique ce qui peut présenter un inconvénient pour la sécurité de manipulation mais un avantage pour son utilisation dans les amorces électriques.

Sa sensibilité à l'impact est faible, ce qui nécessite de le mélanger à un autre explosif dans les amorces à percussion, du tétrazène par exemple. Il peut être également utilisé comme flegmatisant pour l'azoture de plomb.

TÉTRAZÈNE - C₂H₆N₁₀.H₂O

Tétrazène

Par rapport aux explosifs primaires vus précédemment, le tétrazène (1-(5-tétrazolyl)-3-guanyl tétrazène hydrate) est un produit relativement récent. Il s'agit d'un composé purement organique dont la formule développée, actuellement retenue, est présentée ci-dessus. Parfois on précise son appellation "tétrazène explosif" afin de le différencier d'autres molécules portant le même nom.

Le tétrazène se présente sous la forme d'un solide cristallisé en fines aiguilles. Insoluble dans l'eau en milieu neutre, elle le flegmatise et permet son transport. Sa température d'inflammation par chauffage progressif est de l'ordre de 130°C. Sa stabilité thermique est limitée dès 75°C.

L'intérêt du tétrazène est sa grande sensibilité au choc, supérieure au fulminate de mercure, associée à une faible sensibilité à la décharge électrostatique :

- Sensibilité au choc (Julius Peters) : 3 J ;

- Sensibilité au frottement (Julius Peters) : 10 N.

Sa vitesse de détonation est de l'ordre de 4 000 m/s.

Son pouvoir d'amorçage étant pratiquement nul, il est surtout utilité en faible quantité avec notamment le styphnate de plomb dans des compositions pour amorces à percussion ou avec de l'azoture de plomb dans certains détonateurs. Le tétrazène n'est qu'un additif de sensibilisation pour les compositions d'amorçage militaires.

DIAZODINITROPHÉNOL (DDNP) - C₆H₂N₄O₅

Diazodinitrophénol

Le diazodinitrophénol (2-diazo-4,6-dinitrophénol) est également un composé organique. Le DDNP fut synthétisé en 1958 par le chimiste allemand Peter GRIESS. Il est connu aux États Unis depuis 1920. Il se présente sous la forme d'une poudre rouge ou jaune. Peu soluble dans l'eau, il peut y être conservé et transporté à l'état humide.

Il est sensible au choc et présente un pouvoir d'amorçage supérieur à l'azoture de plomb :

- Sensibilité au choc (Julius Peters) : 2 J ;

- Sensibilité au frottement (Julius Peters) : 20 N.

Sa vitesse de détonation varie de 4 400 à 7 000 m/s selon la densité.

Cet explosif est d'un coût de fabrication assez élevé. Sa molécule ne contenant pas de métal lourd (plomb, mercure), il est utilisé, entre autre, dans des compositions pour amorces "sans plomb".

TETRAAMINE-CIS-BIS(5-NITRO-2H-TETRAZOLATO-N2)COBALT(III)PERCHLORATE (BNCP)

BNCP

De couleur jaune-orangé, l'explosif tétraamine-cis-bis(5-nitro-2H-Tétrazolato-N2) Cobalt(III) Perchlorate autrement dit BNCP, relativement peu sensible, présente une transition déflagration → détonation (DDT) très rapide. Cette DDT se réalisant sur une distance suffisamment courte ainsi que sa faible sensibilité rend cet explosif apte à être utilisé dans les initiateurs. Sa vitesse de détonation varie de 5 700 à plus de 7 000 m/s selon la densité.

La molécule de BNCP ne contenant pas d'atome de métal lourd, elle entre dans la catégorie des produits pouvant être considérés comme écologiques. Elle contient bien un atome de cobalt, mais les chimistes expliquent que la vitamine B12 en contient un aussi.

V - LES EXPLOSIFS INDUSTRIELS

Les explosifs industriels sont destinés à être utilisés dans le domaine civil. Ils doivent répondre à des normes particulières et présenter des caractéristiques bien spécifiques. Ils n'ont pas vocation à un usage militaire. Cependant, dans un besoin de relative exhaustivité, il nous a semblé nécessaire de les présenter même rapidement.

PRÉSENTATION & HISTORIQUE

• La poudre noire

Prise dans sa généralité, la poudre noire fut le premier explosif industriel. Elle n'est plus guère utilisée, sauf dans les cas d'extraction de matériaux fragiles (marbres, ardoises).

• Les dynamites

Il existe différentes compositions. Néanmoins on peut considérer historiquement que le produit de base est la nitroglycérine ou une version dérivée.

Obtenue par condensation du glycérol avec l'acide nitrique, la nitroglycérine est un produit organique liquide huileux et toxique. C'est un explosif instable qui, telle quel, fut à l'origine de nombreux accidents.

NOBEL domestiqua la nitroglycérine en la flegmatisant  sur du Kieselguhr (terre à diatomée) en 1865, puis en la gélatinisant avec de la nitrocellulose donnant la gélignite en 1875.

• Les explosifs chloratés

Les explosifs chloratés  (type "O"),  de  par leur sensibilité, ont été peu employés. Il en est  de  même  des produits perchloratés. Ces explosifs font cependant, l'objet  d'études  dans  les  pays de l'Est et au Japon (Cheddites).

• Les explosifs nitratés

FAVIER,  cherchant  un explosif moins dangereux encore,  découvre,  en  1886, les explosifs nitratés à base de nitrate d'ammonium (type "N"). D'une puissance relativement élevée, les explosifs nitratés se décomposent complètement sans résidu.

• Les nitrates-fuel (ANFO ou nitrates-huiles)

Leur origine remonte également à FAVIER qui décrit un mélange de nitrate d'ammonium et d'hydrocarbure. Vers 1955, ACRE relance les travaux. Ils se developpent aux Etats-Unis sous le nom d'ANFO (Ammonium Nitrate Fuel Oil). Le mélange est obtenu par injection de 4 à 6 % de fuel dans du nitrate d'ammonium. De l'aluminium est parfois ajouté afin d'augmenter la température d'explosion et accroitre l'efficacité de l'explosif.

V-1 LES PRINCIPALES FAMILLES D'EXPLOSIFS INDUSTRIELS

I - LES POUDRES NOIRES

1 - Historique

Il semble qu'au 13ème siècle de notre ère, le nom de "salpètre" serait apparu dans les écrits d'un auteur arabe AB ALLAH qu'il aurait dénommé également "neige chinoise". Tout laisse à penser que ce furent les Chinois qui inventèrent la poudre noire, à une époque bien plus ancienne, pour les besoins de leurs feux d'artifices et la propulsion des fusées.

Si l'on souhaite plus de certitude historique, il faut remonter aux environs de 1242 pour trouver la première formule de la poudre noire établie par Roger BACON. Il présente une méthode pour purifier du salpêtre et propose un mélange de 7 parts de salpêtre, 5 parts de charbon et 5 parts de souffre. Au quatorzième siècle, un moine allemand, Berthold SCHWARZ, perdit semble-t-il la vie en la mettant au point dans des canons de son invention.

La poudre noire serait apparue sur les champs de bataille de BRESCIA (1311), de LA ROCHELLE (1313) et surtout de CRECY (1346) où, en plus d'apporter une efficacité dans l'armement, elle avait la propriété d'effrayer les chevaux semant ainsi le désordre mais peut-être pas seulement dans le camp ennemi.

La poudre noire a ainsi régné durant un demi millénaire dans le domaine du tir militaire et civil jusqu'à la fin du 19ème siècle, lorsque furent inventées, d'une part les poudres à la nitrocellulose (VIEILLE et NOBEL) et d'autre part la dynamite et des explosifs "de sureté" (NOBEL et FAVIER).

2 - Propriétés des poudres noires

2.1) Les poudres noires sont des mélanges solides de nitrate de potassium (salpêtre), mais parfois de sodium, de souffre et de charbon (en général du charbon de bois ou lignite). Ces matériaux sont finement broyés et intimement mélangés.

L'efficacité explosive maximale semble se trouver dans un mélange aux proportions suivantes :

- Salpêtre (nitrate-N) : 75 % ;
- Charbon (C) : 15 % ;
- Souffre (S) : 10 %.

On peut moduler les proportions indiquées ci-dessus en augmentant le souffre et en diminuant le taux de nitrate afin d'agir sur la vitesse de combustion.

Chacun de ces trois composants a un rôle dans le mélange explosif :

- Salpêtre : c'est un nitrate, c'est l'oxydant (comburant) ;
- Charbon : c'est le combustible ;
- Souffre : également un combustible, nécessaire pour sensibiliser le produit.

2. 2) La poudre noire s'enflamme facilement. Elle se décompose selon le mode de la déflagration. Sa combustion ne se transforme jamais en détonation, même sous fort confinement. Il n'y a pas d'apparition d'onde de choc au sein du matériau explosif.

Sa décomposition se réalise cependant à des vitesses très élevées pour une déflagration (500 à 900 m/s) et se traduit par des effets mécaniques pouvant être très voisins de ceux engendrés par une détonation. Ses caractéristiques explosives font classer réglementairement la poudre noire comme un explosif et non comme une poudre. Des essais aux États Unis ont montré des vitesses de déflagration variant entre 170 et 950 m/s.

2. 3) Lors de sa décomposition, la poudre noire produit beaucoup de résidus solides et incandescents (carbonate de potassium, sulfate de potassium, etc.). L'émission de ces particules chaudes ainsi que sa facilité d'inflammation rendent la poudre noire particulièrement adaptée à un rôle de poudre d'allumage de chargements propulsifs.

2. 4) La combustion de la poudre noire ne s'effectue pas par couches parallèles, sauf à très forte densité. Elle est donc difficile à maitriser. Sa vitesse de combustion dépend de la dimension des grains. Il a été observé que les gros grains commencent à brûler par couches parallèles mais éclatent rapidement augmentant ainsi la vitesse de combustion. Il est donc difficile de prévoir la balistique d'un tir et la poudre noire n'est plus guère utilisée comme moyen de propulsion. La vitesse de combustion de la poudre noire est très sensible à la pression et un confinement, même réduit, peut la faire monter rapidement.

2. 5) La poudre noire est très hygroscopique. Elle a donc tendance à absorber l'humidité environnante. En présence d'excès d'eau le salpêtre se dissout facilement, ce qui présente un avantage sur le plan de la sécurité (lavage à l'eau).

2. 6) La poudre noire est très sensible au choc et aux frottements. Sa température d'inflammation est de l'ordre de 270°C mais varie selon la composition et l'humidité.

3 - Utilisation des poudres noires

La poudre noire n'est plus guère utilisée. Sa fabrication principalement artisanale la rend relativement chère. C'est également un produit assez dangereux à manipuler.

3. 1) Dans le domaine militaire, son utilisation est limitée aux poudres d'allumage : appoints pour gargousses, tubes porte amorces pour munitions et propulseurs, artifices, etc. Ce sont des produits de granulométrie soigneusement contrôlée. Les conditions de recette sont très strictes.

3. 2) Dans le domaine civil, son usage est réservé à l'allumage de feux d'artifices, la confection de mèche lente, aux poudres de chasse à fumée abondante et à certaines mines ou carrières de matériaux fragiles. En effet, la déflagration de la poudre lente produit des effets mécaniques moins violents et surtout moins brisants qu'un explosif classique ce qui permet d'extraire de gros blocs de matériaux en limitant les fissures.

Pour l'histoire, on trouvera ci-dessous quelques compositions de poudres noires :

3.2.1. Le pulvérin (N=75 %, C=12,5 %, S=12,5 %). Il est utilisé uniquement pour la confection d'artifices. Du fait de sa finesse, il est particulièrement sensible au choc et aux frottements ;

3.2.2. La "mine ordinaire ronde" – M.O.R. (N=62 %, C=18 %, S=20 %). Adaptée aux roches tendres (ardoise, marbre, pierre de taille) ;

3.2.3. La "mine comprimée humide anguleuse" - M.C.H.A (N=78 %, C=12 %, S=10 %). Elle est utilisée sous forme de comprimés pour l'abattage de roches fissurées. Le nitrate utilisé est parfois celui de sodium, le lignite remplaçant alors le charbon de bois ;

3.2.4. La "fin grain". Il existe plusieurs types de composition, de densité et de granulométrie variables. Elle est utilisée pour la confection des mèches de sureté (mèches lentes en langage militaire) ;

3.2.5. La poudre noire de chasse (N=78 %, C=12 %, S=10 %). Elle est de densité et de granulosité proches de celles des poudres militaires.

4 - Fabrication de la poudre noire

Compte tenu des faibles quantités fabriquées chaque année, de la dangerosité du produit due à la sensibilité qui nécessite une expérience ancestrale pour réduire les risques, les procédés de fabrication sont encore artisanaux. La meule, perfectionnée au cours des siècles, est toujours utilisée pour le broyage des matériaux de base.

Afin d'améliorer le mélange final, on commence par le broyage séparé des "binaires" (salpêtre + charbon ; salpêtre + souffre) bien moins sensibles que le "ternaire" (salpêtre + charbon + souffre). Les charges sont ensuite triturées un certain temps dans les meules qui, après addition d'eau, permettront un compactage aboutissant à la formation d'une galette qui sera, ensuite, désagrégée en grains. Dans le cas particulier du pulvérin, le mélange des binaires est réalisé dans un récipient cylindrique appelé "tonne".

Aux États Unis, un procédé industriel a été mis au point tout comme l'avait réussi la Norvège dont l'installation a été malheureusement détruite lors d'une opération de maintenance. Ce procédé (brevet LOEVOLD) consiste à utiliser des jets d'air à haute vitesse pour les phases de broyage et de mélange des composants permettant ainsi une fabrication en continu. Cette méthode de fabrication a été améliorée au cours du temps (brevêt STEPHANOFF).

2 - LES DYNAMITES

2.1 - LA DYNAMITE-GUHR .

Composée de 75% de nitroglycérine absorbée par 25% de  Kieselguhr   (terre  à  diatomée). C'est la plus ancienne forme de dynamite qui n'est pratiquement plus utilisée.

2.2 - LA DYNAMITE GOMME " CLAIRE »

Mélange de nitrocellulose et de nitroglycéroglycol (50%  de  nitroglycérine  et 50% de nitroglycol, en France) plus résistante au froid. Selon les pays les pourcentages peuvent varier.

- Vitesse de détonation : 7 500 m/s ;
- C.U.P. : 155.

2.3 - LA DYNAMITE PLASTIQUE

Appelée "gomme" en France, sa composition est la suivante : 60% de nitroglycéroglycol, 31% de nitrate d'ammonium, 6% de farine de bois (parfois de dinitrotoluène). Ce mélange permet de diminuer la sensibilité du produit ainsi que son coût de fabrication.

- Vitesse de détonation : 6 500 m/s ;
- C.U.P. : 145.

On obtient  d'autres types de dynamites par ajout de certaines substances en pourcentages variables afin d'obtenir des effets optimums selon les utilisations. Par exemple, la dynamite antigrisouteuse qui peut être utilisée en sécurité dans les mines du fait de l'abaissement de la température d'explosion par l'ajout d'un sel inerte, le chlorure de sodium.

On obtient également des dynamites pulvérulentes en augmentant encore le taux de nitrate d’ammonium dans le but de rendre le mélange moins sensible encore. Ce genre de produit est bien moins puissant que les autres dynamites, mais il est utilisé pour les travaux sur les roches tendres.

Il est à noter qu’avec le taux de nitroglycérine diminuant au profit de celui de nitrate d’ammonium, on se rapproche des explosifs nitratés. La limite étant de 10 % de nitroglycérine. Toutes les différentes sortes de dynamites sont commercialisées sous forme de cartouches.

LES PRINCIPALES DYNAMITES UTILISÉES

Ci-dessous, sont présentées à titre d'exemple, les dynamites les plus connues. On constate les différentes propriétés présentées par chacune d'entre elles destinant l'une ou l'autre à un usage particulier.

3 - LES EXPLOSIFS NITRATÉS (explosifs " N »)

Ils sont issus des travaux de FAVIER et leur constituant de base est le nitrate d’ammonium (AN) NH₄NO₃ qui est un puissant oxydant.

Nitrate d'ammonium

Les principaux avantages de ce type d’explosifs sont leur puissance relativement élevée, l’absence de résidu d’explosion, leur très faible sensibilité et leur non inflammabilité en cas d’incendie dans des conditions correctes de stockage. Le nitrate d'ammonium présente une sensibilité si faible que, pour qu'il détone, il est nécessaire de le mélanger avec un autre explosif secondaire (TNT, pentolite). Cette si faible sensibilté a fait que, parfois, on a eu tendance à le considérer comme un explosif tertiaire ayant besoin d'un explosif secondaire pour détoner.

Ces produits sont généralement commercialisés encartouchés.

Notons cependant que le nitrate d'ammonium est surtout utilisé comme fertilisant donc aisément disponible. Dans ce cas, de grandes quantités peuvent être stockées dans des sacs et risquent d'être à l'origine d'explosions accidentelles dévastatrices si les précautions nécessaires pour le stockage ne sont pas prises. On se souviendra de l'explosion, le 4 août 2020, de plusieurs centaines de tonnes de nitrate d'ammonium (selon l'enquête) qui a dévasté le port de Beyrouth au Liban. Peut-être était-ce une conséquence d'une trop grande confiance à sa réputation d'explosif extrèmement peu sensible.

Port de Beyrouth après l'explosion du 4 août 2020 (image Mehr News Agency)

PRINCIPAUX EXPLOSIFS NITRATÉS

Chacune des compositions présentées ci-dessous correspond aux besoins spécifiques des spécialistes utilisant les explosifs notamment dans le domaine du génie civil.

N31R

- 79 % de nitrate d'ammonium
- 11,5 % de pentolite ;
- 8,5 % d'aluminium ;
- 1 % de stéarate de calcium ;
- C.U.P. : 135 ;
- Vitesse de détonation: 4 400 m/s.

N40R

- 81 % de nitrate d'ammonium ;
- 15,8 % de tolite ;
- 1,7 % de farine de bois ;
- 1 % de stéarate de calcium;
- C.U.P. : 112 ;
- Vitesse de détonation : 4 700 m/s.

N40A

- 82 % de nitrate d'ammonium ;
- 12 % de trinitrotoluène ;
- 6 % de farine de bois ;
- C.U.P. : 107 ;
- Vitesse de détonation : 4 300 m/s.

N7bis

- 67 % de nitrate d'ammonium ;
- 9,5 % de tolite ;
- 5 % de farine de bois ;
- 18 % de chlorure de sodium ;
- C.U.P. : 88 ;
- Vitesse de détonation : 3 800 ms-1.

Nota : L'adjonction de chlorure de sodium permet d'abaisser la température d'explosion, celle de stéarate de calcium améliore la résistance à l'humidité. L'aluminium augmente l’effet de souffle.

4 - PRODUITS DÉRIVÉS DES EXPLOSIFS NITRATÉS

4.1 - LES NITRATES-FUEL (ANFO ou NITRATES-HUILES)

Le nitrate d'amonium est rarement utilisé seul. Son bilan d'oxygène* positif le rend tout à fait apte à être utilisé avec un carburant afin de produire un explosif plus puissant. Il s'agit d'un mélange de nitrate d'ammonium et d'hydrocarbure,  généralement  du fuel domestique. Ce ne sont pas  des  explosifs  performants (peu brisants)  et certains présentent des difficultés d'amorçage (nécessité d'un relais constitué d'un explosif secondaire entre la charge et le détonateur).

Ces produits, appelés ANFO (Ammonium Nitrate Fuel Oil) sont conditionnés en sacs et utilisés en vrac .
Les proportions classiques  sont de l'ordre de 6 % de fuel, le reste étant du nitrate d'ammonium.

* Le bilan d'oxygène parfois appelé équilibre d'oxygène, pour un explosif, permet de connaître sa capacité à oxyder les autres atomes de la molécule le constituant. Un bilan d'oxygène négatif ne permet pas une oxydation complète (combustion incomplète). Un bilan d'oxygène positif permet l'adjonction d'un autre carburant afin d'augmenter la puissance le l'explosion. Par des mélanges de produits présentant des bilans d'oxygène positifs et négatifs, on tente d'atteindre, pour la composition finale, un bilan égal à zéro.

Principaux nitrates-fuel utilisés

Nota : Ces explosifs ne sont pas amorcés par un détonateur mais nécessitent un relais d’amorçage formé, par exemple, par une cartouche d’explosif secondaire plus puissant (TNT). Il est à noter que ces explosifs peu brisants produisent cependant une grande quantité de gaz. Ce qui est un avantage lorsque l'on souhaite que l'explosion produise une grande quantité de gros blocs de roche par exemple.

4.2 - LES BOUILLIES ET GELS  EXPLOSIFS ou SLURRIES

Ces produits résultent de recherches sur des explosifs capables d’être utilisés en vrac dans des trous remplis d’eau. Ce sont des explosifs contenant du nitrate d’ammonium (explosif de base), 10 à 15 % d’eau, des sensibilisants (tolite…), des combustibles (farine de bois…), parfois un antigel comme du glycol et un épaississant.

COMPOSITION TYPE DES GELS ET BOUILLIES

- 30 à 70 % de nitrate d’ammonium ;
- 10 à 15 % de nitrate de sodium ;
- 15 à 20 % de nitrate de calcium ;
- jusqu’à 40 % de nitrates d’amines ;
- 15 à 25 % d’aluminium ;
- 5 à 15 % de tolite, etc… (sensibilisants explosifs) ;
- 1 à 2 % de stabilisant ;
- 3 à 15 % de glycol, etc.

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PRINCIPAUX GELS ET BOUILLIES ENCARTOUCHÉS

 

Ci-dessous, sont présentés, à titre d'exemple, quelques explosifs de cette catégorie.

Principaux gels

Principales bouillies utilisées en vrac

VI - LES EXPLOSIFS SECONDAIRES DE BASE
Les explosifs militaires

Ces explosifs sont appelés "secondaires de base" car ils sont souvent utilisés en composition avec d'autres produits explosifs ou non explosifs afin d'adapter leurs caractéristiques à l'utilisation prévue et d'optimiser leur performance.

Ces explosifs sont utilisés principalement à des fins militaires. En effet, ils répondent parfaitement aux cahiers des charges définis par les armées : faible sensibilité, puissance, brisance, fiabilité, sûreté d’emploi et stabilité.

VI - 1 LES EXPLOSIFS NITRÉS ET NITRÉS-AROMATIQUES

ACIDE PICRIQUE ou 2,4,6-TRINITROPHÉNOL - C₆H₃N₃O₇ - MÉLINITE

Acide picrique

Ce produit a été découvert en 1885. L'acide picrique est obtenu par l'action de l'acide nitrique sur le phénol après sulfonation préalable de ce dernier :

- Présentation : solide cristallisé jaune paille ;
- C.U.P. : 100 (par définition) ;
- Vitesse de détonation : 7 645 m/s.

L'acide picrique n'est pas un explosif sensible. Mais c'est un acide fort qui, au contact des métaux, forme des sels qui présentent, eux, une forte sensibilité à la chaleur, aux frottements et au choc. Seul, l'acide picrique est de ce fait inutilisable pour le chargement des obus compte tenu de sa réaction avec l'acier dont ces derniers sont constitués. Une alternative avait été trouvée par un placage à l'étain de l'intérieur des obus. On a pu également utiliser l'asphalte. Cependant le risque de détérioration du revêtement, entraînant une réaction avec l'acide picrique, demeurait.

En 1886, les artilleurs français, considérés à juste titre comme les meilleurs au monde, créèrent une charge explosive pour les obus composée d'acide picrique et de nitrocellulose qu'ils appelèrent mélinite. La  mélinite  a été utilisée pour le chargement d'obus durant la première guerre mondiale. Actuellement, l'acide picrique n'est plus utilisé comme explosif.

2,4-DINITROANISOLE (DNAN)- C₇H₆N₂O₅

dinitroanisole

Le dinitroanisole n'est pas aussi puissant que le TNT, sa vitesse de détonation étant de 5 670 m/s et il présente une densité plus faible. Il semble que ce soit un bon colorant et un insecticide performant. En tout cas, en sa qualité d'explosif, il n'est jamais employé seul. On l'utilise dans certaines compositions explosives "insensibles" IMX (IMX : Insensitive Munitions eXplosives) comme un remplaçant efficace du TNT. On peut citer la composition IMX-101 contenant 45% de DNAN, 35% de nitroguanidine (NQ) et 20% nitrotriazolone (NTO). L'IMX-101 a été qualifiée aux USA pour le chargement des munitions d'artillerie après avoir subi des test de résistance aux impacts de projectiles, à la montée brutale en température, à la détonation par sympathie et aux impacts de jets de charges creuses.

Tests de la composition IMX-101 -Source BAE SYSTEMS-

HEXANITROBENZÈNE (HNB) - C₆N₆O₁₂

Hexanitrobenzène

Le 1,2,3,4,5,6-hexanitrobenzène est un puissant explosif (vitesse de détonation ≃ 9 500 m/s) synthétisé pour la première fois en Allemagne durant la seconde guerre mondiale. Il fait partie des quelques explosifs ne contenant pas d'atome d'hydrogène et appartient au groupe des explosifs organiques dénommés "nitrocarbones".

Le HNB présente cependant une faiblesse : sa relative sensibilité à la lumière qui, pour des raisons de sécurité, le rend impropre à un usage industriel ou militaire. Il est utilisé comme élément précurseur pour la synthèse du TATB.

HEXANITRODIPHÉNYLAMINE (HND) ou HEXYL - C₁₂H₅N₇O₁₂

Hexanitrodiphénylamine

Le 2,4,6-trinitro-N-(2,4,6-trinitrophényl)aniline se présente sous forme cristallisée jaune, il a été beaucoup utilisé durant la deuxième guerre mondiale en mélange avec la tolite, l'hexanite (60% TNT, 40% HND) chez les Allemands et le Kongo 98 (70% trinitroanisole, 30% HND) pour les Japonnais. Cependant, son prix élevé et sa toxicité lui a fait préférer d'autres substances .

- C.U.P. : 103 ;
- Vitesse de détonation : 7 200 m/s.

HEXANITROSTILBÈNE (HNS) - C₁₄H₆N₆O₁₂

Hexanitrostilbène

Préparé  pour la première fois en 1964 et breveté le 5 mai de la même année par Kathryn G. SHIPP du Naval Ordnance Loboratory sis à White Oak (Maryland), le 2,2',4,4'6,6'-hexanitrostilbène se  présente sous forme cristallisée jaune. Synthétiser une molécule de stilbène avec six groupes nitro était une performance. En effet, jusqu'à cette date personne n'était parvenu à ajouter plus de cinq groupes nitro au stilbène du fait que ceux déjà en place ne permettaient pas d'en ajouter d'autres. Afin de contourner cette difficulté, Kathryn G. SHIPP est partie de deux molécules de trinitrotoluène (TNT), chacune portant trois groupes nitro. Elle est parvenue à les coupler pour créer le HNS.

Sa stabilité à la chaleur et sa tolérance au vide ont permis au NHS d'être utilisé sur la lune par les missions Apollo dans le cadre de mesures en seismologie. Sur Terre, le HNS est surtout  utilisé  mélangé à la tolite pour donner une meilleure tenue mécanique aux charges, diminuer l'exsudation et accroître la stabilité dimensionnelle.

- Vitesse de détonation : 7 000 m/s.

N-MÉTHYL-4-NITROANILINE (MNA) - C₇H₈N₂O₂

N-Méthyl-4-nitroaniline (MNA)

Le N-Méthyl-4-nitroaniline (MNA) ou plus généralement N-Méthyl-p-nitroaniline est une substance explosive de très faible sensibilité. Il n'est jamais utilisé seul mais entre comme insensibilisant dans une composition explosive à très faible sensibilité destinée à être chargée dans des munitions. Cette composition nommée PAX-41 (PAX pour Picatinny Arsenal eXplosive) est un mélange de RDX (hexogène) de DNAN (dinitroanisole) et de MNA. Le PAX-41 remplace le PAX-21(RDX, DNAN, perchlorate d'ammonium -AP-), ce dernier composant (AP) étant considéré comme peu écologique. Le MNA est également utilisé comme additif afin d'accroître la durée d'utilisation des poudres à double bases et sans fumée.

PICRATE D’AMMONIUM ou DUNNITE ou explosif D - C₆H₆N₄O₇

Picrate d'ammonium

Développé en 1906 par le major Beverley W. DUNN de l'armée US, c'est un sel de l'acide picrique. Il fut l'un des tout premiers explosifs qualifiés d'"insensibles" compte tenu de la difficulté à le faire détoner. Cette propriété d'être insensible aux chocs de haute énergie lui valut d'être utilisé dans des munitions destinées à perforer les blindages et notamment les coques des navires. Cependant, des précautions devaient être prises car, tout comme l'acide picrique, il a tendance à former des sels au contact des métaux qui, eux, sont très sensibles aux chocs.

Il est considéré comme un explosif voisin de la mélinite.

- Présentation : forme allotropique rouge ou jaune ;
- C.U.P. : 88 ;
- Vitesse de détonation :  7 150 m/s.

TRINITROANILINE (TNA) ou PICRAMIDE - C₆H₄N₄O₆

Trinitroaniline

Solide cristallisé de couleur jaune à rouge en passant par l'orange, selon son niveau de pureté, le 2,4,6-trinitroaniline est un explosif très sensible, ce qui lui vaut de ne pas être utilisé seul mais plutôt de servir d'intermédiaire à la synthèse d'un puissant explosif doté d'une très faible sensibilité, le 1,3,5-triamino-2,4,6-trinitrobenzène (TATB).

- Vitesse de détonation : 7 300 à 7 500 m/s pour une densité ≃ 1,7 g/cm³.

TRINITROANISOLE - C₇H₅N₃O₇

Trinitroanisole

Synthétisé pour la première fois en 1849 par le chimiste français Auguste CAHOURS, le 2,4,6-trinitroanisole est obtenu par nitration du dinitroanisole, il n'a été que peu utilisé si ce n'est comme remplaçant de la mélinite du fait de sa moindre activité vis à vis de l'acier.

- Présentation : produit cristallisé jaune paille ;
- Vitesse de détonation = 6 900 à 7 200 m/s. Ses propriétés explosives sont proches de celles de la tolite.

TRINITROBENZÈNE (TNB) - C₆H₃N₃O₆

Trinitrobenzène

Le 1,3,5-trinitrobenzène est un produit cristallisé jaune verdâtre fortement instable. Cet explosif est plus puissant que le TNT. Cependant, la synthèse du TNB directement à partir du benzène est compliquée et nécessite d'utiliser des voies de contournement en passant notamment par le 2,4-dinitrochlorobenzène, point de passage pour la synthèse de nombreux explosifs puissants. De ce fait, le TNB est relativement difficile et coûteux à fabriquer. Il n'a connu qu'un faible développement.

- C.U.P. : 100 ;
- Vitesse de détonation : 7 300 m/s.

TRINITROCHLOROBENZÈNE (TNCB) ou CHLORURE DE PICRYLE (chlorure de picryle) - C₆H₂ClN₃O₆

Trinitrochlorobenzène

Le 2,4,6-trinitrochlorobenzène, très proche de la tolite, se présente sous forme cristallisée en aiguilles jaunes. De synthèse assez difficile, il n'a semble-t-il pas reçu d'application industrielle.

- Vitesse de détonation : 7 200 m/s.

TRINITROMÉTACRÉSOL - C₇H₅N₃O₇

Trinitrométacrésol

Obtenu par nitration du métacrésol, produit de distillation des goudrons de houille, on utilisait le 2,4,6-trinitrométacrésol en mélange 60/40 avec la tolite pour le chargement des grenades (crésylite).

- Présentation : produit  cristallisé en aiguilles jaunes ;
- C.U.P. : 87.

Ce produit ne fut guère utilisé que pendant la première guerre mondiale, en complément des autres explosifs du fait de la forte demande dans ce domaine.

1,3,8-TRINITRONAPHTALÈNE - C₁₀H₅N₃O₆

Trinitronaphtalène

Obtenu par nitration du naphtalène, les caractéristiques explosives du 1,3,8-trinitronaphtalène sont proches de celles de la tolite mais il est beaucoup moins sensible à l'amorçage. Il fait partie de ces nombreux composés nitrés, synthétisés dans la première moitié du siècle dernier, qui n'ont connu qu'un usage limité comme explosifs secondaires. Il n'est plus utilisé.

TRINITROTOLUÈNE ( TNT) ou TOLITE ou TROTYL - C₇H₅N₃O₆

Tolite (TNT)

Préparé pour la première fois en 1891 par nitration du toluène, le 2,4,6-trinitrotoluène est l'explosif de base le plus utilisé depuis le début du 20ème siècle. Le TNT est un explosif très peu sensible. À l'origine, cette très faible sensibilté avait été considérée comme un inconvenient. Puis lors de la première guerre mondiale cet inconvénient s'est transformé en avantage mis à profit, notamment par les Allemands, pour le chargement des obus. La très faible sensibilté du TNT aux contraintes mécaniques lui permettait de supporter la forte accélération subie lors d'un tir sans risquer de détoner dans le canon. De même l'obus chargé de TNT pouvait supporter l'impact contre un blindage, le perforer et détoner dans l'habitacle sous l'action d'une fusée.

En dehors du chargement des munitions, on trouve le TNT conditionné sous forme de pétards allant de 0,5 livre à 50 kg.

Lorsque l'on utilise des pétards de TNT, on constate, lors de la détonation, la formation d'une quantité importante de fumée noire. La raison est que la molécule ne contient pas suffisamment d'atomes d'oxygène pour oxyder tous les atomes de carbone. L'ajout de nitrate d'ammonium NH₄NO₃ permet d'améliorer le bilan d'oxygène. Le produit explosif obtenu est l'amatol. L'intérêt du nitrate d'ammonium est qu'il est peu cher et abondant. Tant que le taux de TNT demeure au dessus de 60%, la puissance de l'amatol est très peu inférieure à celle du TNT pur. ll existe deux compositions d'amatol connues le 80/20 et le 50/50.

- Présentation : Solide cristallisé jaune ;
- C.U.P. : 94 ;
- T.M.B. :100.
- Vitesse de détonation : 6 900 m/s ;

TRINITROTRIAMINOBENZÈNE (TATB) - C₆H₆N₆O₆

Trinitrotriaminobenzène

Explosif de synthèse récent, le 1,3,5-triamino-2,4,6-trinitrobenzène, de part sa quasi insensibilité aux chocs mécaniques, aux impacts, aux vibrations et à la flamme, est considéré comme pratiquement incapable de détoner accidentellement. Sa puissance explosive se situe entre le RDX (hexogène) et le TNT. Ces qualités le réserve à certaines  applications  militaires notamment comme explosif entrant dans la composition de certaines armes nucléaires afin de déclencher la réaction de fission. Produit coûteux se présentant sous forme cristallisée, ses propriétés explosives sont peu supérieures à celles de la tolite.

- Vitesse de détonation : 7 970 m/s.

NITROTRIAZOLONE (NTO) - C₂H₂N₄O₃

Nitrotriazolone (NTO)

Le 3-nitro-1,2,4-triazol-5-one est un autre explosif à haute performance, sa vitesse de détonation étant de 8 560 m/s à une densité de 1,93 g/cm³. Sa fabrication est aisée puisqu'elle se réalise en deux étapes avec des composants de base peu coûteux. Des chercheurs français ont rapporté avoir évalué le NTO comme chargement de têtes militaires directement sans nécessiter de liant mais qu'il pouvait également être utilisé dans des compositions plastiques PBX (Polymer-Bonded eXplosive).

Le NTO est bien moins sensible que le RDX et le HMX. Il est plus stable que le TNT et le RDX mais sa sensibilité à l'inition est plus élevée que celle du TNT. Une étude comparative réalisée sur des compositions de PBX à base de TATN et de NTO a démontré une sensibilité équivalente pour les deux mélanges alors que la composition à base de NTO affichait une vitesse de détonation supérieure. Le NTO ou des mélanges NTO/RDX ou NTO/HMX auraient été réalisés pour créer des compositions propulsives pour armes. Le NTO suscite beaucoup d'intérêt pour le développement de nouvelle compositions explosives à faible sensibilité à la détonation par sympathie comme le PAX-2 (Picatinny Arsenal eXplosive-2) destinées à être utilisées dans les obus d'artillerie.

VI - 2 LES EXPLOSIFS ESTERS NITRIQUES

NITROGLYCÉRINE (NG) ou TRINITRATE DE GLYCÉROL - C₃H₅N₃O₉

Nitroglycérine

La nitroglycérine est obtenue par action de l'acide nitrique sur la glycérine (voir image ci-dessous), en présence d'acide sulfurique et en prenant soin d'évacuer la chaleur produite lors de l'opération due à la dilution des acides concentrés dans l'eau formée.

Glycérol

Préparé pour la première fois en 1847 par le chimiste italien SOBRERO, le trinitrate de glycérol est un produit liquide d'une très grande sensibilité à toutes les actions extérieures et, par conséquent, de manipulation dangereuse. Ce fut NOBEL, en 1860, qui stabilisa la nitroglycérine par l'ajout d'une terre siliceuse de diamotée (Kieselguhr ou célite) en vue de son utilisation industrielle sous forme de dynamite ou de poudre. La proportion de terre de célite étant de l'ordre de 30%, la flegmatisation de la nitroglycérine est réalisée au prix d'une perte sensible de puissance de la composition obtenue.

Cet explosif, liquide au dessus de 12° C, cristallise en dessous de cette température et, d'après certaines études, serait plus sensible encore sous cette dernière forme.

La nitroglycérine est principalement utilisée dans les mélanges explosifs civils. Ce n'est qu'en tant qu'additif qu'elle apparaît dans certaines compositions militaires.

La nitroglycérine, puissant vasodilatateur, est également utilisée dans l'industrie pharmaceutique.

- Présentation : à température ambiante, c'est un liquide huileux incolore ;
- C.U.P. : 160 ;
- Vitesse de détonation : 7 700 m/s.

PENTRITE ou TÉTRANITRATE DE PENTAÉRYTHRITOL (P.E.T.N.) - C₅H₈N₄O₁₂

Pentrite

Le pentaérythritol C₅H₁₂O₄ est similaire à la glycérine (glycérol) C₃H₈O₃ sauf qu'au lieu d'avoir trois atomes de carbone et trois groupes OH, il possède cinq atomes de carbone (un central et quatre latéraux formant une sorte de croix) et quatre groupes OH, chacun fixé à un atome de carbone latéral (voir figures ci-dessous).

Glycérol		Pentaérythritol

La pentrite entre dans la composition des détonateurs, des relais d'amorçage et surtout des cordeaux détonants.

Cet explosif est également le constituant principal de l'explosif plastique militaire* (87 % de pentrite + liant à base de gomme et d'huile minérale).

On mélange également la pentrite avec de la tolite pour obtenir la pentolite (en général 20 % de pentrite et 80 % de tolite). La pentrite, explosif sensible, est alors flegmatisée par la tolite.

- Présentation :cristaux blancs plus ou moins allongés ;
- C.U.P. : 146 ;
- T.M.B.:135 ;
- Vitesse de détonation  :de 5 500 à 7 850 m/s selon sa densité.

* II s'agit de l'explosif plastique militaire français ("Plastrite" ou NP91 ou PLANP). Aux Etats-Unis, ce produit  est  constitué d'hexogène. Le terme "Plastic" est le nom d'une marque commerciale américaine. C'est un produit maléable à température ambiante. On peut accroître sa maléabilité en le malaxant à la main ce qui permet de lui donner la forme désirée, éventuellement en le moulant. On peut ainsi créer des charges adaptées aux missions (formes adaptées à des structures métalliques, longs cylindres pour créer des passages au travers des lignes de fil de fer barbelé, charges creuses ou coupantes de fortune, etc.).

VI - 3 LES EXPLOSIFS NITRAMINES

Ces produits sont relativement sensibles mais très performants. Ils ont tendance à remplacer la tolite dans le chargement des munitions, bien que leur fabrication soit plus coûteuse.

HEXOGÈNE (RDX) ou CYCLOTRIMÉTHYLÈNETRINITRAMINE ou CYCLONITE ou T4 - C₃H₆N₆O₆

Hexogène

RDX est le nom de code pour Research Department eXplosive. Cet explosif est appelé HEXOGÈNE par les Allemands et les Russes, CYCLONITE par les Anglais et T4 par les Italiens lors de sa première fabrication industrielle vers 1925.

Le RDX a été breveté en 1898 par le chimiste allemand Georg Friedrich HENNING. Le brevêt (104280) présente un procédé de fabrication d'un composé nitro à partir de l'hexaméthylènetétramine. Normalement, la nitration de l'hèxaméthylènetétramine entraîne sa décomposition en ammoniaque et en formaldehyde. Le brevêt décrit une méthode permettant de contourner cette difficulté et d'obtenir de l'hexogène.

En 1920, l'Autrichien Edmund von HERZ dépose un nouveau brevêt (US1402693) sur une méthode de fabrication améliorée. C'est pendant la seconde guerre mondiale que, les besoins se faisant sentir, dautres procédés pour fabriquer de l'hexogène furent developpés, certains, en Allemagne et encore plus aux États Unis d'Amérique, au Canada et au Royaume Uni. On notera en particulier la méthode mise au point par le chimiste américain Werner E. BACHMANN et son étudiant John Clark SHEEHAN.

Durant la seconde guerre mondiale, les Anglais constatèrent que, lors de la guerre contre les sous-marins, le TNT montrait ses limites. Une composition à base de RDX, de TNT et d'aluminium pulvérulent se montrait bien plus performante dans les charges explosives sous-marines. Cette composition, appelée "Torpex" fut également utilisée lors de la lutte contre les barrages. A volume égal, le RDX développe le double de la puissance explosive du TNT. A titre indicatif sa pression de détonation est de l'ordre de 500 tonnes par centimètres carrés.

L'hexogène se présente sous forme cristalline.

- C.U.P. : 135 ;
- T.M.B. : 150 ;
- Vitesse de détonation : 8 750 m/s.

Sa seule utilisation connue, à l'état pur, est la constitution des cordeaux détonants, surtout à l'étranger. Au niveau militaire, il est principalement utilisé dans des compositions dont quelques-unes sont citées ci-dessous :

• Composition A : RDX et cire, utilisé pour le rendre plus dense et en faire un explosif maléable ;
• Composition B : RDX 60% et TNT 40%, plus quelques cires flegmatisantes ;
• Composition C : RDX 91% mélangé à un plastifiant, un liant et de l'huile de moteur ;
• Cyclotol : un mélange destiné à être moulé composé de RDX et de TNT en proportions variables ;
• Hexal : RDX et aluminium ;
• Hexocires : RDX et cires ;
• Hexolite : RDX et TNT en proportions variables, éventuellement la Composition B avec 1% de cire ;
• PBX : Polymer-Bonded explosive, incluant un grand nombre de formules d'explosifs plastiques ;
• Semtex : RDX 50% et PETN 50% ;
• Torpex : RDX 42%, TNT 40%, aluminium pulvérulent 18%.

OCTOGÈNE (HMX) ou HOMOCYCLONITE ou CYCLOTÉTRAMÉTHYLÈNETÉTRANITRAMINE - C₄H₈N₈O₈

Octogène

En même temps que BACHMANN et SHEEHAN développaient leur méthode pour fabriquer de l'hexogène, ce dernier isola un autre composé explosif encore plus puissant que le RDX, le cyclotétraméthylène tétranitramine. Depuis, ce nouvel explosif est connu sous le nom de HMX, acronyme pouvant venir de High Melting eXplosive ou High-velocity Military eXplosive du fait de sa vitesse de détonation de 9 100 m/s comparée à celles du RDX (8 750 m/s) et du tétryl (7 570 m/s). La vitesse de détonation du HMX supérieure à celle du RDX vient de la présence d'atomes d'azote et du groupe nitro supplémentaire.

Sur le continent européen, le HMX est appelé octogène ou homocyclonite. L'octogène fut produit industriellement après la seconde guerre mondiale.

Initialement le HMX était extrait comme un co-produit apparaissant lors du processus de fabrication du RDX. En 1961, le chimiste canadien Jean-Paul PICARD breveta une méthode pour produire du HMX directement à partir de l'hexaméthylènetétramine (US2983725). Le HMX est plus stable que le RDX. Il s'enflamme à une température plus élevée (335°C au lieu de 260°C) et il présente la même stabilité chimique que le TNT ou l'acide picrique. Dans le test de TRAUZL du bloc de plomb, il génère une cavité supérieure à celle créée par le RDX (48 cm³ contre 45 cm³). Bien que plus cher que le RDX, il est utilisé dans les missiles qui peuvent ainsi, pour le même effet militaire, transporter une charge moins lourde donc atteindre une vitesse plus élevée ou être dotés d'une plus longue portée. Le HMX est également utilisé dans les charges creuses destinées à perforer les blindages, là où des explosifs moins brisants pourraient échouer. Il est l'ingrédient principal des compositions les plus performantes telles que :

• Octol : HMX 70 à 75% avec du TNT ;
• OKFOL : HMX 95% flegmatisé par 5% de cire, le rendant ainsi maléable, cependant au prix d'une diminution de sa vitesse de détonation la ramenant à 8 670 m/s.

Il se présente sous plusieurs formes cristallines.

- C.U.P. : 127 ;
- Vitesse de détonation : 9 100 m/s à une densité de 1,9 g/cm³.

TÉTRYL ou TÉTRANITROMÉTHYLANILINE - C₇H₅N₅O₈

Tétryl

Obtenu par nitration du sulfate de diméthylaniline, ce produit, fabriqué pour la première fois en 1877, est utisé depuis 1906. Cet explosif est à la fois nitramine et aromatique puisque son nom complet est la 2.4.6-trinitrophénylméthylnitramine. Il se présente sous forme de cristaux jaune pâle.

Très sensible à l'armorce, moins sûr d'utilisation que le TNT, il a été surtout utilisé dans les détonateurs et les relais d'amorçage. Il entre dans la composition du "tétrytol" ( 70% de tétryl et 30% de TNT). Cette composition, moins sensible que le tétryl à toutes excitations mécaniques, électriques ou thermiques le rendait apte à être utilisé dans des charges creuses. Vu son coût, il a tendance à être remplacé par des compositions à base d'hexogène (En supra).

- C.U.P. : 114 ;
- T.M.B. : 126 ;
- Vitesse de détonation : 7 850 m/s.

NITROGUANIDINE (NQ) ou PICRITE - [NH₂]₂CNNO₂

Nitroguanidine

Connu depuis de nombreuses années, ce produit est utilisé surtout comme additif des poudres propulsives. Il se présente sous forme cristallisée en aiguille. C'est un explosif relativement peu performant, aussi est-il utilisé dans des compositions explosives comme l'IMX-101 contenant également du nitrotriazolone (NTO) et du dinitroanisole (DNAN).

- C.U.P. : 96 ;
- Vitesse de détonation : de 7 650 à 8 170 m/s selon sa densité.

 

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DINITROGLYCOLURILE ou DINGU - C₄H₄N₆O₆

Dinitroglycolurile

Obtenu par nitration du glycolurile par l'acide nitrique, la première mention concernant le 1,4-dinitroglycolurile remonte à 1888. Cet explosif fait partie de l'ensemble des explosifs classés "insensibles" (IHE : Insensible High Explosive). Compte tenu de cette qualification, il ferait partie des explosifs utilisés dans les armes nucléaires.

- Vitesse de détonation : 7 580 m/s.

TÉTRANITROGLYCOLURILE (TNGU) ou SORGUYL - C₄H₂N₈O₁₀

Tétranitroglycolurile

Le 1,3,4,6-tétranitroglycolurile contient deux groupes nitro de plus que le DINGU qui constitue le point de départ pour la synthèse du TNGU. Ces deux groupes nitro suplémentaires confèrent au sorguyl une puissance supérieure au DINGU. Cet explosif de très forte puissance a été décrit par les français dans les années 1970 (J. Boileau, J. M. L Emeury, J. P. A. Kehren : Tetranitroglycoluril for Explosives, Ger. Offen. 2,435,651, Société Nationale des Poudres et Explosifs, Paris, France, 1975.). Le terme "sorguyl" est français.

- Vitesse de détonation : 9 150 m/s.

HEXANITROHEXAAZAISOWURTZITANE (HNIW) ou CL-20 - C₆H₆N₁₂O₁₂

Hexanitrohexaazaisowurtzitane - CL-20

Le nom CL-20 de l'hexanitrohexaazaisowurtzitane vient de China Lake (CL), la base aéro-navale dans le désert Mojave en Californie sur laquelle est situé le laboratoire qui a synthétisé cet explosif.

Développée en 1986 par Arnold NIELSEN, cette molécule en forme de cage d'hexanitrohexaazaisowurtzitane annonce une vitesse de détonation de 9 660 m/s. Il s'agissait, ni plus ni moins, que du record de puissance de l'époque devant le HMX (9 100 m/s).

Il y a deux raisons à la supériorité du CL-20 sur le HMX. La première est qu'il présente un bilan d'oxygène plus élevé ce qui permet à un plus grand nombre de carbone d'être oxydés. La seconde raison est que la structure en cage de la molécule, constituée par les atomes de carbone, présente des liaisons fortement contraintes. Les angles de ces liaisons sont variables mais, pour la plupart, différents des 110 degrés normaux. De ce fait, il y a une énergie potentielle supplémentaire emmagasinée qui sera libérée lors de l'explosion en plus de celle produite à l'occasion du réarangement des atomes de la molécule en produits de réaction .

Le CL-20 est légèrement plus sensible que le HMX, proche de la pentrite (PETN) l'un des composés les plus sensibles parmi les explosifs militaires modernes. Le CL-20 est généralement mélangé à un polymère à base de caoutchouc qui permet de diminuer sa sensibilité, donnant ainsi un PBX (Plymer-Bonded eXplosive). En mélange avec du HMX et/ou du TNT, il accroît la performance des autres explosifs tout en profitant de leur moindre sensibilité.

Une autre voie pour diminuer la sensibilité du CL-20 aux contraintes mécaniques est de cocristalliser la molécule avec un autre explosif de forte puissance mais moins sensible. Dans un cocristal, les molécules d'un explosif se combinent à celles d'un autre dans un composé global à la proportion de 1/1 ou 2/1. Dans un cocristal de CL-20 et de HMX, il y a deux molécules de CL-20 pour une de HMX. La vitesse de détonation de ce composé est réduite à 9 470 m/s mais présente une sensibilité identique à celle du HMX. De plus, l'augmentation de la densité de la composition accroît sa puissance de 20%. À côté de ses performances en tant qu'explosif, ce composé se révèle un excellent produit de propulsion. Son bilan d'oxygène favorable entraîne une moindre émission de fumée que les autres compositions propulsives. Sa forte densité permet à une plus grande quantité de produit propulseur d'être chargée dans le missile, accroissant ainsi sa vitesse et sa portée. De plus, compte tenu de la miniaturisation de plus en plus poussée des drones, il y a un réel enjeux dans la diminution de la taille des munitions transportées par ces vecteurs tout en maintenant leur efficacité.

TRINITROAZÉTIDINE (TNAZ) - C₃H₄N₄O₆

Trinitroazétidine (TNAZ)

Le 1,3,5-trinitroazétidine (TNAZ) est né de la recherche dans le domaine des explosifs à haute performance qui sont également dotés de propriétés souhaitées, telles qu'une forte stabilité aux contraintes thermiques, une faible sensibilité au choc et aux impacts.

C'est en octobre 1989 que Thomas G. ARCHIBAL (Fluorochem), Richard GILARDI (Naval Research Laboratory -NRL-), K. BAUM (Fluorochem) et Cliford GEORGE (NRL) décrivirent un nouvel explosif nitramine. En juin 1993, Michael A. HISKEY et Michael D. COBURN déposaient un brevêt décrivant une méthode de synthèse du TANZ avec des ingrédients peu coûteux permettant d'atteindre de meilleurs rendements.

Le TANZ est un explosif puissant qui présente de meilleures performances que le RDX et le HMX. Il peut éventuellement les remplacer dans la composition propulsive à faible sensibilité pour les armes à feu XM-39. Le TNAZ fond à 101°C, sans se décomposer, ce qui permet de l'utiliser dans la fabrication des charges formées par fusion. Le TNAZ est moins sensible à la chaleur que le RDX et le HMX. Aucune détonation n'a été constatée tant que la température demeurait sous 199°C.

La structure en anneau du TNAZ due aux quatre atomes de carbone entraîne des liaisons chimiques fortement contraintes entre les atomes de carbone dotant la molécule d'une énergie potentielle supplémentaire qui est libérée au moment de l'explosion comme pour le CL-20 ou l'octanitrocubane dont nous parlerons plus bas. Le TANZ présente d'autres caractéristiques intéressantes pour un explosif ou un élément principal d'une composition propulsive : il n'attire pas l'humidité et est compatible avec de nombreux matériaux tels que l'aluminium, le laiton, l'acier et le verre contrairement à de nombreux autres explosifs chimiquement actifs.

La vitesse de détonation du TNAZ est de 9 600 m/s à une densité de 1,84 g/cm³.

• UN EXPLOSIF "NITRO" ET "AMINO"

Les nouveaux explosifs ont parfois tendance à bousculer les classifications établies. Le FOX-7 en est un exemple.

1,1-DIAMINO-2,2-DINITROÉTHYLÈNE (DADE / DADNE) ou FOX-7 - C₂H₄N₄O₄

1,1-diamino-2,2-dinitroéthylène - FOX-7

Synthétisé en 1998 par le Centre de Recherche de la Défense Suédoise, le 1,1-diamino-2,2-dinitroéthylène (FOX-7) présente une faible sensibilité proche de celle du TATB mais sa vitesse de détonation est supérieure : 8 870 m/s. Selon les recherches, les groupes nitro et amino présentent les même effets.

Cet explosif à été mélangé à une faible quantité d'un polymère actif polyGLYN (poly [glycidyl nitrate]) afin de créer un explosif de la catégorie PBX (Polymer Bonded Explosive), soit un explosif à liant polymère qui, tout en ayant une sensibilité très fortement diminuée par rapport au FOX-7 seul, atteint une vitesse de détonation de 8 335 m/s.

VI - 4 LES EXPLOSIFS PEROXYDES

Les peroxydes présentent des propriétés comburantes et oxydantes. Ces propriétés viennent de la liason des deux atomes d'oxygène (–O–O–) à l'intérieur de la molécule. Cette liaison, relativement faible, peut être facilement cassée libérant les atomes d'oxygène qui vont se recombiner avec les atomes de carbone et d'hydrogène pour former du dioxyde de carbone CO₂ et de la vapeur d'eau H₂O tout en libérant de l'énergie. La faiblesse de la liaison des deux atomes d'oxygène rend la molécule également très instable.

Ces explosifs sont simples bien que dangereux à synthétiser. Leur facilité de fabrication leur a donné le triste privilège d'être les explosifs de prédilection des kamikazes et autres terroristes. Comme représentant de ce groupe d'explosifs, nous prendrons le triacétone triperoxyde (TATP) qui a été utilisé dans des actes terroristes qui ont défrayé la chronique.

TRIACÉTONE TRIPEROXYDE (TATP) - C₉H₁₈O₆

Triacétone triperoxyde (TATP)

Le triacétone triperoxyde fut découvert en 1895 par le chimiste allemand Richard WOLFENSTEIN. L'image ci-dessus montre trois molécules d'acétone (O–C–[CH₃]₂) reliées par trois liaisons peroxydes. On a vu que sa facilité de fabrication a été la raison de son utilisation par des groupes terroristes notamment en Europe. Le TATP est condidéré comme un explosif primaire très sensible. C'est ce qui explique les cas de détonations accidentelles durant sa fabrication qui ont entraîné la mort des manipulateurs.

En tant qu'explosif primaire, le TATP a été utilisé par Richard Reid alias "shoe bomber" pour tenter de provoquer la détonation de la pentrite qu'il avait placée dans sa chaussure alors qu'il était passager à bord de l'avion de l'American Airline Flight 63. Son but était de provoquer la chute de l'appareil. Ces deux explosifs n'avaient pas été choisis par hasard. En effet, la fabrication du TATP et de la pentrite est relativement aisée et la faible pression de vapeur de cette dernière rend cet explosif difficile à détecter par les appareils de détection ou les chiens renifleurs.

Afin de ne pas trop noircir l'image du TATP, rappelons que son utilisation a fait l'objet d'un dépôt de brevêt relatif à la composition de détonateurs à usage civil.

VI - 5 LES EXPLOSIFS DÉRIVÉS DES FURAZANES ET DES FUROXANES

FURAZANE - 1,2,5-oxadiasole - c₂H₂N₂O

Furazane

La molécule de 1,2,5-oxadiasole ou furazane présente des caractéristiques susceptibles d'intéresser les chimistes des explosifs. C'est une molécule aromatique puisqu'elle est cyclique. La configuration de ses liaisons (alternance de doubles et simples liaisons) lui confère une bonne stabilité. Elle est plate, ce qui permet d'envisager, lors de la cristallisation du produit final, un arrangement propre à offrir une densité élevée (facteur déterminant de la puissance d'un explosif). L'atome d'oxygène n'est pas lié aux atomes de carbone mais à deux atomes d'azote, liaison plus faible qui laisse prévoir lors de l'explosion la recombinaison de l'atome d'oxygène avec l'hydrogène ou le carbone qui génèrera de l'énergie. Quant aux deux atomes d'azote, il se lieront pour former de l'azote gazeux.

La molécule de furazane a été synthétisée pour la première fois en 1964 et en 1968 Michael COBURN, inventeur d'autres produits explosifs, avait créé quelques composés à base de furazane dont le 3,4-diaminofurazane (DAF). La molécule de furazane oxydée est appelée furoxane.

DIAMINOFURAZANE (DAF) - 3,4-diaminofurazane - C₂H₄N₄O

Diaminofurazane (DAF)

Le diaminofurazane est utilisé comme précurseur de nombreuses molécules à la base de composés fortement énergétiques dont les vitesses de détonation avoisinent celles des explosifs militaires les plus puissants. Quelques-uns de ces composés, fruits des recherches d'autres chimistes dans les années 1980-1990, sont présentés ci-dessous.

AMINONITROFURAZANE (ANF) - 3-amino-4-nitofurazane - C₂H₂N₄O₃

Aminonitrofurazane (ANF)

L'oxydation de la moléule de DAF peut produire du 3-amino-4-nitrofurazane (ANF). Tel quel, ce produit est très sensible. Il a été à l'origine d'au moins un accident mortel en laboratoire (1993). Il sera utilisé comme base à d'autres molécules moins sensibles.

En couplant deux molécules d'ANF, les chimistes ont réussi à synthétiser un composé, le méthylène-bis-aminonitrofurazane (MBANF) - C₅H₄N₈O₆ , qui se présente comme un bon candidat pour le remplacement du RDX tant sur le plan de la sensibilité, de la puissance et de la toxicité notamment dans le domaine des substances propulsives.

(MBANF)

DIAMINOAZOXYFURAZANE (DAAF) - C₄H₄N₈O₃

Diaminoazoxyfurazane (DAAF)

Le DAAF est un explosif (vitesse de détonation de 7 930 m/s) utilisé dans des compositions. Certaines de ces compositions sont des substances propulsives au perchlorate d'ammonium dans lesquelles le DAAF contribue à diminuer la vitesse de combustion. Les qualités modératrices du DAAF sont également utilisées dans des compositions explosives afin de diminuer leur sensibilité. Il s'agit notamment du PBX-7 (60% TATB, 35%, RDX, 5% Viton) et du PBXW-14 (50%, 45%, 5%). Le DAAF est également envisagé comme remplacement de la composition B (RDX et TNT). La sensibilité des compositions explosives est un sujet particulièrement important même en dehors des théâtres d'opérations.

Image : SERDP • DOD • EPA • DOE

DINITROBIFUROXANE (DNFX) - C₂N₄O₆

Les molécules de furazane peuvent être oxydées et deviennent des furoxanes. Le dinitrobifuroxane (DNFX) est un furoxane.

Dinitrobifuroxane (DNFX)

Cette molécule est complètement nitratée et fortement oxydée. Le DNFX est un liquide stable à -20°C et se décompose lentement à température ambiante. C'est un explosif très sensible, à manipuler avec soin. Cependant, c'est une base intéressante à partir de laquelle d'autres molécules explosives, plus grosses et plus stables, peuvent être développées.

DINITRODIAZENOFUROXANE (DNAF) - C₄N₈O₈

Dinitrodiazenofuroxane (DNAF)

La 4,4'-dinitro-3,3'-diazenofuroxane est la molécule de tous les records. Sa vitesse de détonation avoisine les 10 000 m/s.

VI - 6 LES EXPLOSIFS DÉRIVÉS DU CUBANE - LES POLYNITROCUBANES

CUBANE - C₈H₈

Cubane

Cette molécule qui n'est pas considérée comme un explosif est pour le moins surprenante. Ce n'est autre qu'un cube formé à chaque coin d'atomes de carbone. Les liaisons entre les atomes de carbone sont fortement contraintes car elles forment un angles de 90 degrés, alors qu'elles forment normalement un angle de 109 degrés. Une forte énergie potentielle est donc enmagasinée. Chacun des huit atomes de carbone est lié à trois autres atomes de carbone et à un atome d'hydrogène. L'histoire raconte que cette molécule a été synthétisée pour la première fois, en 1964, par le chimiste Philip EATON de l'université de Chicago en pas moins de quinze étapes. Afin d'expliquer les raisons de ses recherches, Philip EATON (photo ci-dessous) aurait déclaré : «Tant de gens travaillent sur des produits naturels ; j'ai décidé de travailler sur des produits non naturels».

Prof. Philip Eaton à l'Université de Chicago avec une collègue Photo : Université de Chicago

Depuis, des études ont permis de diminuer sensiblement le nombre d'étapes menant à sa synthèse. Maintenant, le cubane est produit industriellement mais reste néanmoins un produit onéreux.

Sa structure cubique confère une grande stabilité à la molécule de cubane et une extrême résistance mécanique au matériau qui en est formé par cristallisation. Il faut chauffer à plus de 230°C pour que le matériau commence à se décomposer très lentement.

Une molécule très stable, conférant une grande résistance mécanique au matériau qu'elle constitue et présentant huit sites sur lesquels on pourrait théoriquement fixer des groupes nitro, ne pouvait qu'intéresser les chimistes des explosifs. De plus, les liaisons forcées à 90 degrés entre les atomes de carbone de cette "molécule impossible" sont soumises à de fortes contraintes et ajouteraient, lors de la détonation, de l'énergie à la puissance explosive. Philip EATON a été tout naturellement sollicité par le Centre de Recherche et de Développement de l'Armement de l'armée des USA afin de développer, à partir de la molécule de cubane, un explosif en ajoutant un groupe nitro à chaque coin du cube.

Si cette molécule d'explosif pouvait être créée, elle présenterait de nombreux avantages. Elle serait très stable. En effet, lorsqu'un groupe nitro est attaché à un atome de carbone comme pour le TNT, la liaison est plus solide que lorsqu'il est attaché à un atome d'oxygène comme dans le cas de la nitroglycérine ou à un atome d'azote comme pour le RDX ou le HMX. Le produit aurait notamment une forte densité et, sachant que la vitesse de détonation est une fonction du carré de la densité, il aurait également une grande vitesse de détonation. De plus, l'absence d'hydrogène ferait que, lors de l'explosion, seraient créées huit molécules d'oxyde de carbone( CO) et quatre d'azote sous forme gazeuse (N₂). Il n'y aurait pas de création d'eau, donc pas de vapeur. L'absence de fumée et de vapeur ferait de cet explosif un excellent propulseur pour missile du fait de l'absence de panache de fumée, ce qui rendrait la munition difficile à détecter et à suivre. L'énergie libérée serait gigantesque et l'excellent bilan d'oxygène ne laisserait aucun combustible ni oxygène après la combustion.

On peut arrêter là le suspense. La molécule d'explosif a été synthétisée. Il s'agit de l'octanitrocubane (C₈N₈O₁₆).

OCTANITROCUBANE - C₈N₈O₁₆

Octanitrocubane

Cette molécule, synthétisée en 2000, combla les attentes et présenta tous les avantages prévus lorsque nous écrivions sur le cubane. Sa densité élevée (1,98 g/cm³) lui permet d'atteindre une vitesse de détonation de l'ordre de 10 100 m/s, le record. Le facteur d'efficacité relative par rapport au TNT est de 2,38.

Philip Eaton (à droite) montrant la molécule d'octanitrocubane avec son collègue Mao-Xi Chang (à gauche)

Il y a cependant quelques ombres au tableau. Attacher huit groupes nitro à chaque coin du cube n'est pas une entreprise aisée. La synthèse de l'octanitrocubane, se réalisant par étapes, est longue et laborieuse. A l'époque, elle faisait de ce produit un explosif de luxe à près de 40 000 dollars le kilogramme.

Néanmoins, il était alors l'explosif non nucléaire le plus puissant connu. Jusqu'à ce qu'il soit détrôné par une espèce d'octanitrocubane pas tout à fait fini, l'heptanitrocubane dont nous parlerons un peu plus bas. La défaite ne fut que de courte durée car un réarrangement cristallographique (octanitrocubane version 2) allait permettre d'accroître la densité du précédent champion entraînant de ce fait une augmentation de la vitesse de détonation, atteignant nettement 10 100 m/s, et rendre à l'octanitrocubane la première place.

HEPTANITROCUBANE - C₈HN₇O₁₄

Heptanitrocubane

Cependant, il existe un explosif qui est un rival sérieux de l'octanitrocubane en terme de vitesse de détonation. Il s'agit de l'hepanitrocubane qui est la phase précédent l'obtention de l'octanitrocubane. Il garde un atome d'hydrogène. Son équilibre d'oxygène est moins bon que celui de l'octanitrocubane mais sa densité est supérieure à l'octanitrocubane version 1 (2,028 g/cm³). Cette densité supérieure lui à donné, un temps, la première place en terme de puissance. Un réarrangement moléculaire de l'octanitrocubane (version 2) permit d'atteindre une densité de 2,1 g/cm³ et il reprit la première place.

OCTAAZACUBANE - N₈

Octaazacubane

La compétition pour la puissance n'est pas terminée. Un challenger arrive, l'octaazacubane. Il ne semble pas avoir été encore synthétisé. Sa vitesse de détonation calculée par simulation laisse entrevoir la valeur de 15 000 m/s. Ce serait, et de loin, le record absolu de puissance pour des explosifs non nucléaires.

VI - 7 LES EXPLOSIFS DÉRIVÉS DE L'ADAMANTANE - LES POLYNITROADAMANTANES

ADAMANTANE - C₁₀H₁₆

Adamantane

L'adamantane est une molécule dont la structure (figure ci-dessus) présente des similitudes avec celle du diamant, d'où son nom. Elle est formée d'une base hexagonale à six atomes de carbone (carbone 1 à 6) reliés par une liaison simple (traits noirs sur le dessin). Cette base est surmontée d'une sorte de chapiteau à trois côtés formé par quatre atomes de carbone (carbone 7, 8, 9 et 10 au centre) réliés par une liaison simple (traits verts sur le dessin) et qui se fixe sur des atomes de carbone de la base (carbone 2, 4, 6) par des liaisons simples ([2-8], [4-9] et[ 6-7] - traits rouges sur le dessin) comme des "pylônes" soutenant le chapiteau.

Contrairement à la molécule de cubane les liaisons entre les atomes de carbone ne sont pas contraintes, leur angle étant normal. La stabilité de l'adamantane n'en est que meilleure. Par contre, il n'y pas d'énergie potentielle enmagasinée au niveau de ces liaisons qui pourrait s'ajouter à celle de la réaction chimique lors de l'explosion. On gagne en stabilité mais on perd en puissance potentielle.

Tout naturellement les chimistes ont envisagé la possibilité de fixer des groupes nitro sur les atomes de carbone à la place d'atomes d'hydrogène. Tirant profit de la stabilité et de la densité de l'adamantane, les chimistes Everett GILBERT et Gilbert SOLLOT déposèrent un brevêt le 14 octobre 1980 sur une méthode permettant de fixer quatre groupes nitro sur la molécule. Chacun de ces groupes nitro fut fixé sur un atome de carbone qui, à l'origine, ne portait qu'un seul atome d'hydrogène soit la base du "chapiteau" (carbone 2, 4, 6) et le sommet du chapiteau (carbone 10). GILBERT et SOLLOT obtinrent ainsi un explosif le tétranitroadamantane (TNA) - C₁₀H₁₂N₄O₈, particulièrement peu sensible à la température puisqu'il ne détone pas tant qu'elle demeure sous les 400°C. Il est plus de deux fois moins sensible au choc que le TNT.

Tétranitroadamantane

VII – LES COMPOSITIONS EXPLOSIVES MILITAIRES

Dans le domaine militaire, notamment celui du chargement des munitions, il est de plus en plus rare d'utiliser directement un explosif de base. On réalise diverses compositions à partir des explosifs de base afin de répondre au mieux au cahier des charges correspondant à l'utilisation prévue et aux contraintes qui en découlent. On recherche, à la fois, des performances supérieures, une résistance plus élevée aux conditions mécaniques et thermiques. Sur le plan économique, le prix des compositions les plus performantes peuvent n'avoir que peu d'impact sur le coût de certaines munitions comme des missiles par exemple.

Une des opérations les plus importantes sera la flegmatisation des explosifs.

VII - 1 FLEGMATISATION DES EXPLOSIFS

Nous avons présenté le besoin de développer des explosifs ou des compositions explosives considérées comme insensibles (IHE : Insensitive High Explosive). Dans le domaine militaire, on sous-entend insensibles aux aléas du champ de bataille : impacts de projectiles, montée brutale en température, risque de détonation par sympathie, etc.

La mélinite et la tolite sont des explosifs qui ont une température de fusion suffisamment basse pour être fondues et chargées dans les munitions. Leur sensibilité aux contraintes mécaniques est intrinsèquement faible. On peut les utiliser à l'état pur pour le chargement de beaucoup de munitions. Malheureusement leurs qualités explosives sont médiocres.

Des explosifs de synthèse comme la pentrite et l'hexogène sont bien plus performants. Cependant leur température de fusion et trop élevée pour un chargement en fondu. De plus, leur sensibilité aux contraintes mécaniques est également trop élevée pour que l'on puisse les utiliser seuls.

On s'est trouvé face à la nécessité de mettre au point des compositions dans lesquelles l'explosif de base est "flegmatisé" afin de pouvoir, d'une part, charger la munition et d'autre part que cette munition puisse être utilisée dans les conditions inhérentes aux actions militaires.

La flegmatisation d’un explosif consiste à le mélanger avec une substance inerte ou avec un explosif moins sensible, afin que la composition résultante présente une sensibilité plus faible. Il faut cependant tenir compte que, d'une manière générale, plus un mélange explosif contient de substance flegmatisante, moins il est sensible, certes, mais en contrepartie ses propriétés explosives sont également plus faibles. Les caractéristiques du flegmatisant et la manière dont il est utilisé sont des facteurs particulièrement importants.

Nous avons cité plus haut quelques compositions modernes. Ci-dessous, nous présentons d'autres exemples.

VII - 2 LES MÉLANGES « EXPLOSIFS-CIRES »

Les principaux explosifs de base utilisés dans la fabrication des « explosifs-cires » sont l’hexogène, l’octogène et la pentrite.

Les cristaux d’hexogène, d’octogène ou de pentrite (substances présentant une sensibilité relativement élevée), sont enrobés dans une pellicule de cire. Les mélanges « explosifs-cires » présentent une consistance plus grasse au toucher. Ces mélanges sont nommés hexocires, octocires ou pentocires. Les taux de cire varient de 2 à 10 %. Ces mélanges qui ne se distinguent des explosifs de base que par une consistance plus grasse, sont compressés à froid (P ≃ 1 tonne/cm²).

Les explosifs-cires sont surtout utilisés pour la confection de relais ou le chargement de munitons de petit calibre.

• Les compositions à l'aluminium

Dans certains explosifs ou mélanges, on peut parfois introduire de la poudre d'aluminium. L'aluminium, en tant que produit inerte, diminue la vitesse de détonation de l'explosif mais, étant chimiquement un réducteur, il produit une réaction exothermique supplémentaire en arrière du front de détonation. Il augmente ainsi la puissance de l'explosif et élève la température des gaz de détonation. Cet effet est intéressant pour le chargement des torpilles car on accroît le volume de la bulle de gaz fomée lors de l'explosion. On utilise, par exemple, l'aluminium pour renforcer l'effet explosif de la tolite en créant le composé Tritonal (V ≃ 6 700 m/s) constitué de 60 à 80% de tolite et de 40 à 20% d'aluminium.

PRINCIPAUX EXPLOSIFS-CIRES UTILISÉS

On trouvera ci-dessous les principales compositions avec certaines de leurs caractéristiques.

• Hexocire 98-2-1

Hexogène 98 %, cire 2 %, graphite 1 % (compté en sus )
- C.U.P. : 131 ;
- Vitesse de détonation : 6 500 m/s.

• Hexocire 91-9 ou composition A3

Hexogène 91 %, cire 9 %.

• Hexal 17

Hexogène 78 %, cire 4 %, graphite 1 %, aluminium 17 %.

•Hexal 30

Idem Hexal 17 mais avec 70% d'hexogène et 30 %  d'aluminium afin de privilégier l'effet de souffle et incendiaire. L'hexal 30 est intéressant dans les explosions sous-marines par l'augmentation du volume de la bulle de gaz.
- Vitesse de détonation : 7 730 m/s.

VII - 3 LES MÉLANGES À BASE DE TOLITE

Les explosifs de base sont, dans ce cas, l'hexogène, l'octogène et la pentrite que l'on mélange à la tolite.

La tolite est un explosif peu coûteux, très stable et peu sensible. C'est un flegmatisant de choix car, étant elle-même un explosif, on peut l'utiliser en grande quantité dans les mélanges.

• LES PENTOLITES

II s'agit de mélanges de pentrite et de tolite.
Les principales compositions sont la pentolite 20-80 (20 % de pentrite, 80 % de tolite) et la pentolite 50-50.

• Pentolite 20-80

- Vitesse de détonation = 5 260 m/s.

- Vitesse de détonation = 7 510 m/s.

• LES HEXOLITES ET LES OCTOLITES

Ce sont des mélanges d'hexogène ou d'octogène avec de la tolite.

• Héxolite 60-40 ou composition "B" (avec 1 % de cire) ;

- Vitesse de détonation = 7 800 m/s.

- Vitesse de détonation = 8 060 m/s.

- Vitesse de détonation = 8 200 m/s.

Octogène : 75%, tolite : 25% ; - Vitesse de détonation = 8 643 m/s.

VII - 4 LES EXPLOSIFS À LIANT PLASTIQUE

La substance de base est constituée de cristaux d'explosif enrobés d'une matière thermoplastique. On obtient ainsi des composés explosifs pouvant se présenter sous diverses formes, plaques et autres.

PRINCIPALES COMPOSITIONS D'EXPLOSIFS À LIANT PLASTIQUE

• PBX 9010

Hexogène 90 %, liant fluoré 10 %.
- Vitesse de détonation : 8 370 m/s.

• HEXAVYL

Hexogène 89 %, vilon (polymère de l'hexafluoropropylène) 11 %.
- Vitesse de détonation : 8 250 m/s.

• OCTONYL 

Octogène 90 %, nylon 10 %.
- Vitesse de détonation : 8 500 m/s.

• FORMEX F4

Se présente sous forme de plaques.
Pentrite 89 %, caoutchouc 11 %.
- Vitesse de détonation : 6 500-7 500 m/s.

LES EXPLOSIFS COMPOSITES

Ce sont des compositions constituées d'un explosif de base et d'une résine polymérisable.

• HEXABU

Hexogène 88 %, liant polybutadiène 12 %.
- Vitesse de détonation : 8 100 m/s.

• OCTORANE

Octogène 86 %, liant polyurétane 14 %.
- Vitesse de détonation : 8 330 m/s.

AUTRES TYPES DE COMPOSITIONS CONNUES

• Composition B3

Héxogène 60 %, tolite 40 %.
- Vitesse de détonation : 7 900 m/s.

• SEMTEX

Pentrite 76%, héxogène 5% et 19% de plastifiant, antioxydant et pigment. La composition dépend du type de semtex.

• Composition C4

Héxogène 91%, plastifiant 3 %, huile moteur 1,6 %, liant polyisobutylène 2,1 %.

• AMMONAL

Dinitrotoluène,  trinitrotoluène,  nitrate d'ammonium, aluminium, fuel domestique, sciure de bois. En pratique, il s'agit souvent d'aluminium ajouté à de l'amatol (TNT et nitrate d'ammonium).

VIII - LES ACCESSOIRES DE TIR

Les accessoires de tirs sont des dispositifs permettant de mettre en œuvre les explosifs.

Les configurations de tirs peuvent être très complexes et gérées par des logiciels informatiques qui permettent le déclenchement de nombreuses charges explosives simultanément et/ou séquentiellement, notamment dans le domaine civil lors, par exemple, des opérations de destruction d' ouvrages d'art ou d'édifices arrivés en fin de vie.

Dans ce qui suit, nous nous contenterons, à titre d'illustration, d'une présentation simple de quelques exemples d'accessoires de tir permettant de mettre en œuvre une chaine pyrotechnique élémentaire.

• La mèche lente

Elle peut connaitre différentes appellations : mèche de sûreté, cordeau de mine, cordeau Bickford, mèche de mineur.

Elle transmet le feu au détonateur. La lenteur de sa combustion donne le temps à l’artificier de se mettre à distance de sécurité.

La mèche lente est constituée d’un mince filet de poudre noire comprimée à l’intérieur d’une enveloppe imperméable. Parfois, au cœur du filet de poudre noire se trouve un fil de soie qui assure la continuité de la flamme en cas de rupture du filet de poudre noire.

La couleur extérieure de la mèche lente est généralement sombre afin d’éviter toute confusion avec le cordeau détonant, de couleur claire.

Cependant, il existe des mèches lentes de couleur claire et une identification soigneuse s’impose avant utilisation.
D’un diamètre de 6 mm, la mèche lente possède une vitesse de combustion de 1 m en 90 s à 1 m en 135 s. Avant usage, un étalonnage est nécessaire.

Son allumage peut s’effectuer à l’aide de tout objet incandescent. Il existe des dispositifs d’allumage à friction appelés boutefeux.

Mèche lente

• Les exploseurs

Ce sont des appareils générateurs d'un courant électrique permettant de déclencher une explosion. Une ligne électrique remplace la mèche lente. Une extrémité de la ligne est connectée aux bornes d'un exploseur, l'autre extrémité est reliée à un détonateur électrique.

Il existe differents modèles. On peut les classer en deux catégories : les exploseurs mécaniques et électroniques.

- Les exploseurs mécaniques

Leur fonctionnement nécessite l'action mécanique de l'utilisateur. Il actionne un générateur électrique qui fournit l'énergie électrique immédiatement à la ligne en provoquant l'explosion, ou bien charge un condensateur. Ce dernier sera déchargé dans la ligne par l'action d'un contacteur. Sur certains modèles, le générateur électrique est actionné par la détente d’un ressort remonté préalablement.

Le modèle présenté ci-dessous est muni d'une manivelle amovible qui, lorsqu'elle est actionnée charge un condensateur. Si la manivelle est retirée un voyant de test informe automatiquement de la continuité du circuit électrique en même temps que le condensateur est déchargé (bornes mises en cours-circuit) empêchant un déclenchement accidentel. Un voyant lumineux s'allume dès que le condensateur est chargé. Un appui sur le bouton de mise de feu décharge le condensateur dans la ligne et provoque l'explosion.

Exploseur mécanique

- Les exploseurs électroniques

Ils sont munis d'une batterie. L'appui sur un bouton de charge active le chargement d'un condensateur. Lorsque ce dernier est chargé, l'appui, parfois simultanément, sur le bouton de mise de feu décharge le courant dans la ligne. Il existe, dans cette catégorie, des exploseurs filaires que l'on raccorde à la ligne de tir. D'autres exploseurs permettent des déclenchements par transmission radio.

Exploseur électronique		Exploseurs électroniques radiocommandés

• Les détonateurs 

Ce sont des dispositifs qui, sous une excitation thermique (feu transmis par la mèche lente) ou électrique (transmise par fils conducteurs), détonent et provoquent l’explosion de la charge.

D’une façon générale, ils contiennent une faible quantité d’explosif primaire et un volume plus important d’explosif secondaire (souvent de la pentrite).

Selon la source d’énergie utilisée pour leur excitation (flamme ou électricité), ils seront qualifiés de détonateurs pyrotechniques ou électriques.

- Les détonateurs pyrotechniques

Il s’agit d’un tube de métal embouti de couleur « aluminium » ou « cuivre », d’une longueur de 40 à 50 mm et d’un diamètre de 6,5 mm. La partie évidée est destinée à accueillir la mèche lente ou, dans certains cas, le cordeau détonant.  La charge explosive varie de 1 à 2 g.

Détonateur pyrotechnique

- Les détonateurs électriques

Ce sont des détonateurs pyrotechniques comportant un inflammateur électrique (fil conducteur fin présentant une résistance suffisamment élevée, noyée dans une composition fusante).

Lorsque la résistance  est parcourue par un courant, cette dernière s’échauffe par effet joule. Elle produit l’inflammation de la substance qui provoque la détonation de l’explosif.

Les dimensions de ces détonateurs sont légèrement supérieures à celles des pyrotechniques.

Il est à noter qu’il existe des détonateurs à retards et micro retards.

L’utilisation des détonateurs électriques demande des précautions dans les zones où existent des champs électromagnétiques et en tous lieux et conditions où des courants électriques peuvent être induits et où des charges électrostatiques peuvent exister. C’est la raison pour laquelle des détonateurs spécialement protégés ont été produits.

Détonateur électrique

- Le cordeau détonant 

C’est un explosif permettant de transmettre l’explosion à une vitesse de l’ordre de 7 000 m/s. En France, le cordeau détonant est composé d’une âme de pentrite (aux U.S.A. d’hexogène) à l’intérieur d’une enveloppe imperméable de couleur claire. Cet accessoire est commercialisé sous différents noms : « Cordtex, Pentaflex, Gammacord… ». Il possède un diamètre de 5,9 mm.

Cordeau détonant

Les accessoires élémentaires qui viennent d'être décrits permettent la mise en œuvre d'une chaine pyrotechnique ou d'une ligne de tir élémentaire.

• Chaîne pyrotechnique

Une chaîne pyrotechnique est un ensemble d'éléments qui par déclenchement pyrotechnique ou électrique entraîne l'explosion du dispositif explosif. Elle résulte de l’assemblage des accessoires de tir (inflammateur, mèche lente, détonateur, cordeau détonant…) en vue de provoquer la détonation de la charge d’explosif de façon certaine et en toute sécurité pour l’artificier. Ci-dessous, sont présentées deux exemples de chaînes pyrotechniques déclenchées par un inflammateur et la troisième par un système électrique.

Chaîne pyrotechnique à déclenchement pyrotechnique

Chaîne pyrotechnique à déclenchement pyrotechnique

Chaîne pyrotechnique à déclenchement électrique

GLOSSAIRE

1/ BRISANCE : Aptitude d'un explosif à fragmenter plus ou moins un matériau situé au voisinage de son lieu d'explosion. On distingue souvent les explosifs brisants des explosifs progressifs. Les explosifs progressifs ont tendance à produire une poussée et seront plutôt utilisés dans des fouilles. Leur pleine efficacité sera observée lorsqu'ils sont enfouis. L'action des explosifs brisants est plus brutale et, pour prendre une description imagée, elle est considérée comme un coup de poing. Les explosifs brisants produisent leurs effets au contact direct du matériau. La brisance croît en même temps que le carré de la vitesse de détonation.

2/ COEFFICIENT D’UTILISATION PRATIQUE (C.U.P.) : Le C.U.P. permet de classer les explosifs selon leur puissance par rapport à un étalon, l'acide picrique (mélinite). Il existe d'autres méthodes de classification, notamment de facteur d'efficacité relative (F.E.R.) qui prend le trinitrotoluène (TNT) comme référence.

3/ COMBUSTION : La combustion est une réaction d'oxydoréduction faisant appel, en général, à l'oxygène de l'air. Dans le cas des substances explosives, l'oxygène est fourni par des molécules faisant partie de leur composition. La réaction peut donc se produire en l'absence d'air. Du fait que l'oxygène nécessaire à la réaction d'oxydoréduction est reparti de manière homogène dans tout le volume de la matière explosive,  la réaction chimique est particulièrement vive. La réaction de combustion se propage par conductibilité thermique. Les gaz produits par la combustion se déplacent dans le sens opposé à celui de la propagation de la réaction.

La vitesse linéaire de combustion est la vitesse à laquelle se propage la réaction dans un barreau de matière explosive. La vitesse de combustion augmente avec la pression engendrée par les gaz. Dans le cas d'une enceinte fermée permettant une augmentation importante de la pression engendrée par les gaz, cette combustion peut se transformer en une déflagration voire une détonation.

4/ CONFINEMENT : Le confinement est la résistance plus ou moins grande des matériaux inertes entourant ou contenant la matière explosive. Le confinement a une grande importante sur le mode de décomposition du produit explosif. Il peut, en favorisant l'augmentation de la pression dans le milieu explosif faciliter le passage de la combustion à la déflagration voire à la détonation. Le confinement peut être involontaire (explosions accidentelles) ou voulu pour accroître la vitesse de combustion d'une substance explosive et l'efficacité d'une munition par accroissement de la vitesse initiale des éclats.

5/ DÉFLAGRATION : La déflagration est une combustion qui se propage à une vitesse très élevée. Elle peut produire une onde de choc dans le milieu où se trouve la substance explosive à partir du moment où la vitesse de propagation de la réaction est supérieure à celle du son dans ce milieu. Dans l'atmosphère, une déflagration peut provoquer des dégâts proches de ceux d'une détonation mais moins importants. La poudre noire présente une exception car des vitesses de décomposition de l'ordre 500 m/s sont classiquement mesurées, ce qui, pour certains spécialistes s'apparente à une "détonation douce". Notons qu'aux États Unis des vitesses de décomposition comprises entre 170 et 950 m/s ont été mesurées, ce qui conduit à prendre des précautions lors de son utilisation. La vitesse de décomposition d'une substance explosive dépendant de la pression, il ne s'agit donc pas d'une constante.

Le point de déflagration d'un explosif est la température à partir de laquelle, lors d'un chauffage progressif, il s'enflamme, déflagre ou détone.

Une onde de choc est une surface de discontinuité au travers de laquelle les caractéristiques physiques du milieu (pression, température, etc.) varient brutalement.

6/ DÉTONATION : La détonation est une réaction de décomposition extrêmement rapide engendrant au sein de la substance explosive elle-même une onde de choc que l'on appelle "onde explosive". Les très hautes pressions et les températures très élevées apparaissant au niveau de cette onde de choc contribuent à l'entretien de la réaction chimique. Les gaz produits par la détonation se déplacent dans le même sens que la réaction. Cette différence de comportement des gaz observée lors d'une déflagration où d'une détonation conduit à une description imagée de leurs actions : une poussée dans le cas d'une déflagration et un coup de poing dans le cas d'une détonation.

La détonation idéale est un régime de détonation permanent se propageant à la vitesse du son dans la substance explosive.

La vitesse de détonation  c'est à dire la vitesse de propagation de l'onde de choc dans le milieu explosif est constante quelle que soit l'intensité d'initiation de la détonation à condition que l'énergie d'initiation ne soit pas inférieure à un certain seuil en dessous duquel il y a un raté d'amorçage. La vitesse de détonation se situe entre 1 000 et 10 000 m/s. Elle dépend fortement de la densité du produit. La brisance d'un explosif est directement liée à sa vitesse de détonation.

La pression de détonation dépend de plusieurs facteurs : elle est proportionnelle à la masse volumique de l'explosif, de la vitesse de détonation et de celle des gaz de détonation. La pression de détonation est de l'ordre d'une dizaine de mégapascals soit une centaine de kilobars.

L'onde de détonation crée des effets dévastateurs dans le milieu environnant. Dans le cas de la détonation à l'air libre, la plus grande partie de l'énergie est transmise. Elle se caractérise par un pic de pression et une impulsion qui diminuent en fonction de la racine cubique de la distance du point d'explosion.

7/ DIAMÈTRE CRITIQUE : Le diamètre critique est le diamètre minimal d'une charge explosive au dessous duquel elle ne détonera pas du fait que l'onde explosive ne pourra pas se propager. Le confinement permet de diminuer le diamètre critique.

8/ EXPLOSION : L'explosion est un phénomène physique se matérialisant par une variation brutale de la pression et de la température. Il existe des explosions mécaniques dues, par exemple, à la rupture d'une enceinte contenant du gaz sous pression. Il existe également des explosions nucléaires dues aux phénomènes de fission.

Dans le cas d'une explosion chimique, il existe une réaction très rapide à l'intérieur de la matière explosive entrainant, en général,  la libération d'un grand volume de gaz à haute température qui conduit à une brutale montée de la pression. L'explosion est le résultat de cette augmentation brutale de la température et de la pression.

9/ FLEGMATISATION : Opération destinée à diminuer la sensibilité  d'un explosif en le mélangeant avec une substance explosive moins sensible ou inerte. Dans certains cas, le flegmatisant peut être un produit actif comme la tolite car c'est un explosif généralement peu sensible. Les performances de l'explosif sont diminuées au profit de la sécurité d'emploi.

10/ ONDE DE CHOC : zone limite, à travers laquelle les caractéristiques physiques du milieu (pression, température, etc.) présentent une brutale variation.

11/ PUISSANCE : La puissance d'un explosif est l'énergie utilisable pour un effet de destruction. Elle est fonction de l'énergie dégagée par l'explosion elle-même. La puissance ne doit pas être confondue avec la brisance qui est l'aptitude à fragmenter un matériau dans le voisinage de l'explosion et qui est une fonction de la pression de détonation.

12/ SENSIBILITÉ : La sensibilité d'un explosif correspond à l'énergie nécessaire pour amorcer sa déflagration ou sa détonation. Le niveau d'énergie nécessaire à déclencher une explosion dépend de la forme sous laquelle elle est fournie : choc mécanique, impact, friction, étincelle, onde de choc.

13/ STABILITÉ : La stabilité d'un explosif est sa capacité à être conservé sans perte de son efficacité. Ce paramètre est important pour son stockage.

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