Etude des phénoménes lumineux produits par la détonation dans l'air et dans le vide de quelques explosifs d'amorçage

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Etude des phénoménes lumineux produits par la

détonation dans l’air et dans le vide de quelques

explosifs d’amorçage

Henri Muraour, André Langevin

To cite this version:

ETUDE DES

PHÉNOMÉNES

LUMINEUX PRODUITS PAR LA

DÉTONATION

DANS L’AIR ET DANS LE VIDE DE

QUELQUES

EXPLOSIFS

_{D’AMORÇAGE}

Par HENRI MURAOUR et ANDRÉ LANGEVIN. Laboratoire de l’Ecole de

_Physique

et Chimie.

Sommaire. 2014 Par enregistrement photographique sur tambour _tournant, on montre que les

phéno-mènes lumineux _accompagnant la détonation d’un _explosif d’amorçage sont très différents suivant qu’on

produit la détonation dans le vide ou à l’air libre. Dans l’air la luminosité est très courte suivie ou non de

la réinflammation des gaz de combustion.

Dans le vide et dans une enceinte cylindrique, la détonation provoque la formation d’une condensation lumineuse _qui se réfléchit aux deux extrémités du cylindre et se propage a une vitesse de 140 m _par sec

si l’explosif utilisé est de l’azoture de plomb, de 745 m avec l’azoture _d’Ag, de 630 m avec l’azoture de

mercure et de 1 000 m si on utilile le _perchlorate de diazo de métanitraniline. Ces vitesses sont du même ordre de _grandeur que celles calculées pour la vitesse du son dans les produits de la détonation _portés à

haute température.

1.

_Dispositif

_{expérimental. -A}

la suite de l’étude

à l’aide d’un

_{spectrographe,}

des luminosités

produites

par la

détonation,

dans le

vide,

dans l’air et dans diffé-rents _{gaz, de}

_{quelques explosifs d’amorçage,}

étude faite par l’un de nous, nous avons

_pensé

_qu’il

serait intéressant d’étudier directement la durée de ces

phé-nomènes lumineux. Dans ce but nous avons installé un

_{dispositif d’enregistrement photographique}

à courte distance

₍₂₅

à 30 cm

_environ)

du

_point

ou la détonation était

_provoquée.

Appareil

enregistreur.

-

L’enregistreur

était cons-titué par un tambour tournant à l’intérieur d’une chambre noire. Un volet mobile

_permet

de

_dégager

l’entrée au moment voulu.

Dans la fenêtre d’entrée est

_disposée

une fente de telle sorte

_qu’une

lueur instantanée serait

_{représentée}

sur le

_{papier photographique}

_par un trait vertical.

Le tambour tournant est _{entraîné par} un moteur

électrique

à courant continu dont la vitesse est facile-ment

_réglée

à la valeur convenable.

On mesure la vitesse du tambour à l’aide d’un

dis-positif

électromagnétique

engendrant

un courant alter-natif de

_fréquence

_{définie par la rotation de l’axe} du tambour. Cette

_fréquence

est mesurée ensuite à l’aide d’un

_{fréquencemètre}

à lames

_{vibrantes ;}

on déter-mine ainsi la vitesse de rotation à moins de

0,5

pour 100

près.

Les vitesses linéaires du

_papier

_{photographique}

utilisées dans nos

_expériences

ont été de 15 et 20 m par

seconde,

vitesses maximum

_pouvant

être réalisées

avec le tambour dont nous

_disposions.

Mise de feu. - La mise de feu

provoquant

la déto-nation est obtenue, par échauffement

électrique

au

rouge sombre d’un fil

de

platine.

Enregistrement

des luminosités émises par détonation d’un

_explosif

_{d’amorçage}

à l’air libre.

-

L’explosif

est

_disposé

sur un

_plateau

de verre en un tas

_placé

sur le fil de mise de feu. Les essais ont

_porté

sur deux

_{explosifs d’amorçage}

de natures très diffé-rentes :

a)

Azoture de

_plomb.

b)

Perchlorate du diazo de métanitraniline.

Dans ces

_composés

l’onde

_explosive

se _propage avec

une vitesse de

_plusieurs

milliers de mètres par seconde. Avec les vitesses de rotation que nous

_pouvions

réali-ser la luminosité de détonation

_paraît

donc instan-tanée. Avec l’azoture de

_plomb

on constate, de

_plus,

une luminosité résiduelle à

_peine

visible due vraisem-blablement aux _vapeurs

_métalliques

de

_plomb

_portée

à haute

_{température.}

On verra sur la

_figure

1

_(Planche)

unexempled’enregistrement

obtenu dans ces conditions Avec le

_perchlorate

de diazo au contraire la lumino-sité de détonation est suivie d’un intervalle obscur

_qui

dure environ

_1/1

500 de

seconde,

puis

on constate

l’apparition

d’une luminosité

_{d’environ d/200}

de

seconde, d’intensité d’abord croissante

_puis

décrois-sant lentement ensuite. Voir

_figure

_{2, p. 419.}

Cette luminosité de durée relativement

_grande

nous

a _{paru devoir être}

_{interprétée}

_par une réinflamma-tion des gaz de combusréinflamma-tion.

Afin de vérifier cette

_hypothèse

nous avons

enre-gistré

la lueur de détonation de ce même

_explosif

dans une

_atmosphère

de gaz

_carbonique

de

façon

à

suppri-mer la

possibilité

des réinflammations.

On pourra constater sur la

_figure

_3,

_p.

_419,

_{que la} lueur de

_longue

durée a ainsi totalement

_disparu.

3.

_{Enregistrement}

des luminosités émises _par

détonation

d’un

_{explosif d’amorçage}

dans je

30.

418

vide. -

L’appareil

dans

_lequel

on _{provoque la} déto-nation

_[cylindre

verticale de 158 mm de hauteur

(dis-tance entre les deux

_{extrémités)}

et de 67 mm de

dia-mètre,

muni d’une fenêtre verticale de 140 mm de

hauteur,

9 mm de

_largeur

et

_2,5

mm

_{d’épaisseur]}

_ayant

été décrit dans l’article relatif à l’étude

spectrogra-phique,

nous

_n’y

_{reviendrons pas}

_(1).

Pour

_augmenter

la netteté des tracés

_l’image

de l’axe du

cylindre

est formée à l’aide d’un

_objectif

à

grande

ouverture sur le tambour tournant

_garni

de

papier photographique.

Afin d’éviter un voile

_général

du

_papier

au cours de

l’enregistrement

on

_opère

en chambre noire.

Pour

_augmenter

la

_précision

de lecture des tracés nous avons utilisé la vitesse de rotation maximum du tambour c’est-à-dire une vitesse linéaire du

_papier

de 20 m _{par seconde.}

Nous avons étudié dans ces conditions la détonation de l’azoture de

_plomb,

de l’azoture

_d’a.rgent,

de l’azo-ture de mercure et du

_perchlorate

du diazo de méta-nitraniline.

L’enregistrement

de la lueur de détonation dans le vide a un

_aspect

_{complètement}

différent de

_l’aspect

du même

_{enregistrement}

dans l’air.

Nous ne

_{reproduirons ici,}

_{figures 4}

et 5

_(Planche)

_que des

_{enregistrements}

obtenus avec le diazo de métani-traline et avec l’azoture de

_plomb;

l’azoture

_d’argent

et l’azoture de mercure donnent un

_{enregistrement}

tout à fait

_analogue

à celui de l’azoture de

_plomb.

*

Ces

_{enregistrements}

montrent _{que le}

_phénomène

lumineux est assez

_complexe.

Une

_première

onde lumineuse

_partant

de

_l’explosif

se _{propage à} une

_grande

vitesse et vient rencontrer l’autre extrémité du

_cylindre;

une onde

réfléchie,

également

lumineuse,

prend

alors

_naissance,

revient vers la

_partie

inférieure et se réfléchit ainsi

plu-sieurs fois entre les deux extrémités du

_cylindre.

La vitesse maximum du tambour est

trop

faible _pour que l’on

puisse

déterminer avec

_précision

la vitesse de

propagation

de la

_{première onde,}

mais elle est

supé-rieure à 2 000 m _par sec.

Il est à remarquer que la luminosité au moment de la réflexion de l’onde sur les extrémités du

_cylindre

est

plus

intense que dans la

partie

intermédiaire au cours des

_premières

réflexions.

La vitesse de l’onde réfléchie est de l’ordre de 740 m avec l’azoture de

_plomb.

La vitesse est _{la même pour} l’azoture

_d’argent.

Cette vitesse est de 630 m avec l’azoture de mer-cure et de 1 000 m avec le

_perchlorate

du diazo de méta-nitraniline.

On remarquera

qu’elle

reste très sensiblement cons-tante

_malgré

les réflexions successives.

(l) La seule modification _apportée au mode opératoire à été

la suivante: l’explosif était placé sur une _plaque d’acier de faible _{épaisseur disposée} à la _partie inférieure du cylindre et

non sur la surface supérieure d’un bloc cylindrique de 34 mm de

hauteur, comme c’était le cas dans les _expériences exécutées devant le _{spectrographe.}

La durée totale de la luminosité est de l’ordre de

0,5

à 1 millième de seconde pour l’azoture de

plomb,

de 1 millième de seconde pour l’azoture

d’argent,

de

0,25

à

0,6

millième de _{seconde pour l’azoture de} mer-cure et de l’ordre de 1 à _{3 millièmes de seconde pour} le

_perchlorate

du

_diazo,

suivant

_{l’importance}

de la

charge.

La durée de la luminosités est donc nettement

_plus

grande

pour ce dernier

_explosif.

De

_quelle

nature est l’onde ainsi

_{enregistrée ?}

Le fait que sa vitesse reste sensiblement constante

malgré

les réflexions

_successives,

fait exclure

l’hypo-thèse d’une onde de choc. On _{doit donc admettre que}

le

_{phénomène enregistré}

a _pour

_origine

une condensa-tion se

_propageant

avec la vitesse dit son dans le milieu lumineux créé par

l’explosion.

La détonation s’effectuant dans le vide

₍₁

mm de

mercure)

par

conséquent

sans travail extérieur

appré-ciable,

on

_peut

_{admettre que les gaz émis} ont sensible-ment la

_température

_{que l’on}

_peut

déduire de

l’équa-tion de

_{décomposition,}

soit dans le cas de l’azoture de

plomb.

Cal

en tenant

_compte

de la chaleur de

_vaporisation

du

plomb,

36

Cal,

et de la chaleur

_spécifique

_{des gaz à} haute

_{température,}

le calcul

_indique

une

_température

absolue

_{d’explosion}

de 3

La vitesse du son dans le milieu

_3N-+Pbvapeur

_porté

à cette

_température

serait

_{théoriquement}

de 735 m

l’expérience

donne 740 m. L’accord doit être considéré comme très satisfaisant.

La

_comparaison

entre la vitesse calculée et la vitesse

enregistrée

est

_plus

difficile dans le cas du

_perchlorate

du diazo de métanitraniline. On ne _{connaît pas,} en

effet,

la chaleur de formation de ce

_{composé ;}

d’autre

part

le choix de

_{l’équation}

de

_{décomposition}

_peut

prê-ter à discussion.

En

_adoptant

_pour cet

_explosif,

_par

_analogie

avec d’autres dérivés

_diazoïques,

une chaleur de formation de - 41

Cal par molécule et en admettant

_{l’équation}

de

_{décomposition}

suivante :

on calculerait une

_température

_{d’explosion}

_{de 3 888-K,}

mais la

température

étant très élevée et la

_pression

faible

_(voisine

de

0,5

atmosphère

au moment du maxi-mum de

_pression),

il est nécessaire de tenir

_compte

d’une certaine dissociation en atomes de la molécule

d’hydrogène.

Le calcul _{effectué par M. Aunis} a conduit à une

tent-pérature

absolue de 1» 0 i 3eK.

La vitesse du son dans le milieu

_porté

à cette

419

Vu les incertitudes dans le calcul de la

_{température,}

on

_peut

considérer l’accord comme satisfaisant.

En résumé il ne

_paraît

_{pas douteux que le}

_phéno

mène lumineux

_enregistré

a _pour

_origine

la

propaga-tion,

dans les

_produits

de

_{l’explosion}

_portés

à haute

température,

d’une condensation

qui

se _propage à la vitesse du son et se réfléchit successivement aux deux extrémités du

_cylindre.

Il est intéressant de

_rapprocher

nos

_expériences

de celles exécutées par Vieille en 1890

_(1).

En enflammant des

_explosifs

dans des bombes de forme

allongée,

munies en différents

_points

de

_{dispositifs enregistreurs}

de

_{pressions ;}

_puis

en

_suspendant

la bombe comme un

pendule,

cet

_{expérimentateur}

a mis en évidence la

pro-pagation

de

_{pressions ondulatoires,}

la vitesse de

dépla-(1) VIEILLE. àfémorial des Poudres. 3, p. 177.

Fig.2.

cement de la condensation étant du même ordre

(envi-ron 1 000 m _par

_sec)

_{que la vitesse du} son calculée pour la

propagation

dans les

produits

de

l’explosion.

Vieille

_opérait

sous des

_pressions

de 1 000 à 2 000

_kg

par

cm’,

et avec des

_explosifs

donnant naissance à de l’acide

_carbonique,

_{de la vapeur}

_d’eau,

de

_{l’hydrogène}

de 1

_oxyde

de

_carbone,

et à de

_l’azote;

nos

_expériences

montrent

_{qu’un phénomème analogue}

à celui observé par Vieille se retrouve _{pour des}

_pressions

inférieures à la

_pression

_{atmosphérique,}

voisines au moment dru maximum de

_{0,5 atmosphère.}

Nos

_expériences

montrent,

en outre,

qu’en opérant

avec un

_explosif

donnant naissance à des _vapeurs

métal-liques

denses

_(azoture

de

_Pb)

on trouve

_également

un accord satisfaisant entre la vitesse

_{expérimentale}

et la vitesse calculée.

Manuscrit reçu lc 15 juillet 1936.

Fig. 3.

LÉGENDES DES FIGURES

Fig. 1 _{(Planche) -} Fil éclaté sous 1 500 V avec allumant

une _charge d’azoture de _plomb. Vitesse de déroulement du film : V = 15 m _par sec.

Fig. 2. - Détonation à l’air libre du perchlorate de diazo de

métanitraniline. Allumage par fil explosé. Vitesse du film : 15 m : sec.

Fig 3. - Fil éclaté

sous 1 500 V avec _{8 p, F} allumant une _charge

de _perchlorate de diazo de métanitraniline dans une

atmo-sphère de C02 Suppression de la réinflammation des gaz de combustion. Vitesse due déroulement : 15 m : sec.

Fig. 4 _{(Planche). - Explosion perchlorate} de diazo dans le vide

1 mm de Hg. Explosif placé au fond du cylindre sur le _disque

d’acier de _2,5 mm _{d’épaisseur.} P = 20 m _par sec.

Enregistre-ment avec objectif.

- Vitesse onde : 1 000 m _par sec.

32

Période : _e,,4 mm

= ’

de sec.

’

10 000

Fig. 5 (Planche). - Explosion azoture de Pb dans le vide 1 mm de

Hg. Explosif placé sur _disque de 2,5 m’n _{d’épaisseur.} Pression

des gaz après explosion : 44 mm de Hg. Vitesse de dérou-lement du film : 20 m _par sec. _{Enregistrement} avec _objectif.

Vitesse onde : 740 m par sec.

. 4,25

Période : 8,5 mm =

10 00-0

de sec.