Familles de composés 36

De nos jours, les EMs regroupent les explosifs, les propergols, les compositions pyrotechniques et les poudres. La différence majeure permettant de classer les EMs est leur comportement à l’amorçage.

La décomposition d’un matériau énergétique peut se faire de trois manières différentes : la combustion, la déflagration ou la détonation (Mathieu and Beaucamp 2004).

La combustion est plus ou moins rapide avec une production de produits gazeux, solides ou fondus. Une zone de réaction se propage à une vitesse de quelques millimètres à quelques mètres par seconde. La combustion est seulement observée pour des mélanges d’explosifs.

La déflagration est une combustion rapide à vitesse de propagation variant de quelques mètres par seconde à des centaines de mètres par seconde mais à vitesse inférieure à celle du son dans le matériau. La montée en pression dans le milieu environnant est progressive en fonction du temps.

La détonation quant à elle se propage à une vitesse supérieure à celle du son. La surpression maximale est atteinte instantanément. Elle est obtenue après initiation de la décomposition si l’apport d’énergie est suffisant pour entraîner l’apparition d’une onde de choc ou bien par transition déflagration-détonation. Ce phénomène a lieu dans un milieu confiné lorsque les produits gazeux engendrent une augmentation de la pression au niveau de la zone de réaction. La vitesse de décomposition augmente alors jusqu’à dépasser la vitesse du son entraînant l’apparition d’une onde de choc. Dans le cas où les pertes d’énergie sont faibles, la propagation de l’onde de choc se fait à vitesse constante dans le matériau.

Chapitre I : Matériaux énergétiques et sensibilités

1.4.1. Explosifs

Les explosifs sont définis comme des corps ou mélanges énergétiques pour lesquels le régime de combustion est uniquement la détonation. Ce sont des molécules explosives pouvant être mélangées pour obtenir des effets particuliers. Elles sont généralement constituées de groupements nitro (NO2) ou nitrates (NO3). On distingue les explosifs

primaires des explosifs secondaires (GFC 2004).

Les explosifs primaires sont des explosifs d’amorçage, très sensibles aux stimuli donc manipulés en faible quantité. On distingue les dérivés métalliques (en majorité) et organiques. Parmi les dérivés métalliques les sels de fulminate, d’azoture, d’acétylure et de styphnate. Les plus utilisés sont le fulminate de mercure et l’azoture de plomb. Les dérivés organiques employés en tant qu’explosifs primaires sont pour la plupart des dérivés diazoïques comme par exemple le tétrazène (H2N-NH-N=NH) et font partie de la composition de détonateurs

pyrotechniques ou électriques.

Les explosifs secondaires, contrairement aux primaires, nécessitent une énergie d’activation suffisamment élevée pour détoner. Ils sont composés de corps purs ou de mélanges. Ce sont des molécules nitrés, nitratés, ou des mélanges de combustibles avec des nitrates. On distingue alors les explosifs militaires comme le TNT, le RDX et le HMX ou des mélanges de ces composés, et les explosifs industriels qui comprennent des constituants inorganiques. Le plus répandu est le nitrate d’ammonium NH4NO3 additionné à une matière

combustible, qui même en faible quantité permet de lui donner un caractère explosif.

1.4.2. Propergols

Les propergols sont des corps se décomposant en régime de déflagration. Leur but est d’obtenir une propulsion par mélange d’un ou plusieurs réactifs de liquides ou solides (GFC 2004).

Les liquides sont le plus souvent des systèmes de deux ergols liquides comme les couples peroxyde d’azote - monométhylhydrazine (MMH) ou oxygène liquide(LOX) -

hydrogène liquide (LH2).

Pour les solides, le mélange est constitué d’une ou plusieurs charges et d’un liant. Les charges peuvent être énergétiques, oxydantes ou métalliques. Le perchlorate d’ammonium NH4ClO4 est utilisé dans la plupart des cas. Les liants sont constitués de polymères, de

Chapitre I : Matériaux énergétiques et sensibilités

mécanique du matériau. Parfois la charge et le liant sont au sein d’une même molécule, c’est alors un propergol homogène. Les propergols hétérogènes ou composites comportent une séparation physique de la charge et du liant. La figure 5 schématise la structure d’un propergol composite :

Figure 5 : Exemple de structure d’un propergol composite

Les caratéristiques recherchées sont une grande impulsion spécifique et une haute densité. L’impulsion spécifique (IS) permet de comparer la valeur énergétique des propergols. Elle est définie par le temps (en secondes) pendant lequel un moteur-fusée peut assurer au niveau de la mer une poussée égale à un kilogramme-force par kilogramme de propergol consommé (GFC 2004). Cela correspond au rapport de la poussée délivrée sur le débit-poids du propergol consommé. De ce fait, plus l’impulsion spécifique est grande, moins il faudra de propergol pour produire une poussée pendant un temps donné.

1.4.3. Poudres

Comme il a été vu dans la partie 1.1., les poudres ont été les premiers EMs confectionnés et utilisés, avec la poudre noire ainsi que les poudres B et SD encore utilisées aujourd’hui.

Les poudres sont utilisées comme générateurs de gaz dans un canon dans le but d’engendrer une surpression permettant l’éjection d’un projectile (GFC 2004). Ces substances déflagrantes se distinguent en poudres colloïdales et poudres composites. Les colloïdales, pour armes à feu, sont à base de nitrocellulose et sont sensibles aux chocs et frottements. Les poudres composites diffèrent des poudres pour armes à feu par la géométrie de leur chargement. Les poudres pour armes à feu brûlent instantanément alors que les poudres pour

Chapitre I : Matériaux énergétiques et sensibilités

1.4.4. Compositions pyrotechniques

Contrairement aux autres familles, les compositions pyrotechniques se décomposent à faible vitesse et libèrent des produits solides. Ces mélanges intimes sont mis en œuvre pour produire un effet particulier. Il peut s’agir de bruit, de lumière, de flamme, de fumée. On les retrouve dans les feux d’artifices, les fumigènes et les systèmes de mise à feu et sont essentiellement de composition minérale.

La poudre noire est encore utilisée dans ce domaine et peut être mélangée à des sels métalliques ou des métaux afin d’obtenir des effets de couleur. La poudre noire est aussi utilisée pour transmettre l’allumage dans des mèches lentes.

1.5. Informations sur les EMs