Composition pyrotechnique : classification, composants, application

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 10:27

Une composition pyrotechnique est une substance ou un mélange de composants conçus pour produire un effet sous forme de chaleur, de lumière, de son, de gaz, de fumée ou d'une combinaison de ceux-ci, à la suite de réactions chimiques exothermiques auto-entretenues qui se dérouler sans détonation. Un tel processus ne dépend pas de l'oxygène provenant de sources externes.

Classification des compositions pyrotechniques

Ils peuvent être divisés par action:

• Fiery.
• Fumer.
• Dynamique.

Les deux premiers groupes peuvent être subdivisés en types plus petits.

Fiery: éclairant, signal nocturne, traceur et quelques incendiaires.

Le groupe de fumée comprend des compositions pour la signalisation diurne et le masquage (brouillard).

Principaux types de pièces pyrotechniques

L'effet ci-dessus (lumière, son, etc.) peut être créé en utilisant ces composants:

• Flash à poudre - brûle très rapidement, produit des explosions ou des éclairs lumineux.
• Gunpowder - brûle plus lentement que la poudre, émet une grande quantité de gaz.
• Propulseur solide - produit beaucoup de vapeurs chaudes utilisées comme sources d'énergie cinétique pour les fusées et les projectiles.
• Initiateurs pyrotechniques - produisent de grandes quantités de chaleur, de flammes ou d'étincelles chaudes utilisées pour enflammer d'autres compositions.
• Charges d'éjection - brûlent rapidement, produisent beaucoup de gaz en peu de temps, utilisées pour libérer les charges utiles des conteneurs.
• Charges explosives - brûlent rapidement, produisent une grande quantité de gaz en peu de temps, utilisées pour écraser le conteneur et vider son contenu.
• Compositions de fumée - brûlent lentement, produisent du brouillard (uni ou coloré).
• Delay trains - flambe à une vitesse silencieuse constante, utilisé pour introduire des retards dans la réserve d'incendie.
• Sources de chaleur pyrotechniques - émettent une grande quantité de chaleur et ne diffusent pratiquement pas de gaz, combustion lente, souvent de type thermite.
• Cierges magiques - produisent des étincelles blanches ou colorées.
• Clignote - brûle lentement, crée une grande quantité de lumière, utilisée pour l'éclairage ou la signalisation.
• Compositions colorées de feux d'artifice - produisent des étincelles légères, blanches ou multicolores.

Demande

Certaines technologies de compositions et produits pyrotechniques sont utilisées dans l'industrie et l'aviation pour générer de grands volumes de gaz (par exemple, dans les airbags), ainsi que dans diversfixations et dans d'autres situations similaires. Ils sont également utilisés dans l'industrie militaire lorsque de grandes quantités de bruit, de lumière ou de rayonnement infrarouge sont nécessaires. Par exemple, des fusées leurres, des fusées éclairantes et des grenades assourdissantes. Une nouvelle classe de compositions de matériaux réactifs fait actuellement l'objet de recherches par l'armée.

De nombreux composés pyrotechniques (en particulier ceux impliquant de l'aluminium et des perchlorates) sont souvent très sensibles au frottement, aux chocs et à l'électricité statique. Même aussi peu que 0,1 à 10 millijoules d'étincelle peuvent provoquer certains effets.

Poudre

C'est la fameuse poudre noire. C'est le plus ancien explosif chimique connu, composé d'un mélange de soufre (S), de charbon de bois (C) et de nitrate de potassium (salpêtre, KNO 3). Les deux premiers composants agissent comme carburant et le troisième est un oxydant. En raison de ses propriétés incendiaires et de la quantité de chaleur et de gaz qu'elle produit, la poudre à canon est largement utilisée dans la fabrication de charges propulsives dans les armes à feu et l'artillerie. En outre, il est utilisé dans la fabrication de roquettes, de feux d'artifice et d'engins explosifs dans les carrières, les mines et la construction de routes.

Indicateurs

La poudre à canon a été inventée en Chine au VIIe siècle et s'est répandue dans la majeure partie de l'Eurasie à la fin du XIIIe siècle. Développée à l'origine par les taoïstes à des fins médicinales, la poudre a été utilisée pour la guerre vers l'an 1000 après JC.

La poudre à canon est classée encomme un petit explosif en raison de sa vitesse de décomposition relativement lente et de sa faible brisance.

Puissance explosive

L'allumage de la poudre à canon derrière le projectile crée une pression suffisante pour que la bouche tire à grande vitesse, mais pas assez puissante pour faire éclater le canon d'une arme à feu. Ainsi, la poudre à canon est un bon combustible, mais elle est moins adaptée pour détruire la pierre ou les fortifications en raison de sa faible puissance explosive. En transférant suffisamment d'énergie (de la substance brûlante à la masse du boulet de canon, puis de celle-ci à la cible via des munitions à impact), le bombardier peut éventuellement submerger les défenses fortifiées de l'ennemi.

La poudre à canon était largement utilisée pour remplir les obus et a été utilisée dans les projets miniers et de génie civil jusqu'à la seconde moitié du XIXe siècle, lorsque les premiers explosifs ont été testés. La poudre n'est plus utilisée dans les armes modernes et les applications industrielles en raison de son efficacité relativement faible (par rapport aux alternatives plus récentes telles que la dynamite et le nitrate d'ammonium ou le mazout). Aujourd'hui, les armes à feu à poudre sont principalement limitées à la chasse et au tir à la cible.

Source de chaleur pyrotechnique

Les compositions pyrotechniques sont un dispositif à base de substances combustibles avec un allumeur approprié. Leur rôle est de produire une quantité contrôlée de chaleur. Les sources pyrotechniques sont généralement basées sur des combustibles oxydants de type thermite (ou retardateurs de composition) à faible taux de combustion,une puissance calorifique élevée à la température souhaitée et peu ou pas de formation de gaz.

Ils peuvent être activés de plusieurs manières. Les allumettes électriques et les bouchons d'impact sont les plus courants.

Les sources de chaleur pyrotechniques sont souvent utilisées pour activer les batteries, où elles servent à faire fondre l'électrolyte. Il existe deux principaux types de conception. L'un utilise une bande fusible (contenant du chromate de baryum et du zirconium métallique en poudre dans du papier céramique). Des compositions thermo-pyrotechniques de granulation coulent le long de son bord pour initier la combustion. La bande est généralement démarrée avec un allumeur électrique ou une prise utilisant du courant.

La deuxième conception utilise un trou central dans la batterie dans lequel un allumeur électrique à haute énergie libère un mélange de gaz combustibles et de lampes à incandescence. La conception avec un trou central permet de réduire considérablement le temps d'activation (dizaines de millisecondes). À titre de comparaison, notons que dans les appareils dotés d'une bande de bordure, cet indicateur est de plusieurs centaines de millisecondes.

L'activation d'une batterie peut également être effectuée avec une amorce à impact de type fusil de chasse. Il est souhaitable que la source d'exposition soit sans gaz. Typiquement, la composition standard des mélanges pyrotechniques est constituée de poudre de fer et de perchlorate de potassium. Dans les rapports de poids, ce sont 88/12, 86/14 et 84/16. Plus le niveau de perchlorate est élevé, plus la production de chaleur est élevée (nominalement 200, 259 et 297 calories/gramme). La taille et l'épaisseur des comprimés de perchlorate de fer ont peu d'effet sur la vitesse de combustion, mais elleseffets sur la densité, la composition, la taille des particules et peut être utilisé pour ajuster le profil de dégagement de chaleur souhaité.

Une autre composition utilisée est le zirconium avec du chromate de baryum. Un autre mélange contient 46,67 % de titane, 23,33 % de bore amorphe et environ 30 % de chromate de baryum. Sont également disponibles 45 % de tungstène, 40,5 % de chromate de baryum, 14,5 % de perchlorate de potassium et 1 % d'alcool vinylique et d'acétate de liant.

Les réactions pour former des composants intermétalliques de compositions pyrotechniques, telles que le zirconium avec du bore, peuvent être utilisées lorsqu'un fonctionnement sans gaz, un comportement non hygroscopique et une indépendance par rapport à la pression ambiante sont souhaités.

Source de chaleur

Il peut faire directement partie de la composition pyrotechnique, par exemple, dans les générateurs chimiques d'oxygène, un tel composant est utilisé avec un grand excès de comburant. La chaleur dégagée lors de la combustion est utilisée pour la décomposition thermique. En ce qui concerne la combustion à froid, les compositions sont utilisées pour produire de la fumée colorée ou pour pulvériser un aérosol tel que des pesticides ou du gaz CS, fournissant la chaleur de sublimation du composé souhaité.

Le composant retardateur de phase de la composition, qui, avec les produits de combustion, forme un mélange avec une température de transition de phase distincte, peut être utilisé pour stabiliser la hauteur de la flamme.

Matériaux

Les compositions pyrotechniques sont généralement des mélanges homogénéisés de petitesles particules de carburant et les oxydants. Les premiers peuvent être des grains ou des flocons. Généralement, plus la surface des particules est élevée, plus la vitesse de réaction et de combustion est élevée. À certaines fins, des liants sont utilisés pour transformer la poudre en un matériau solide.

Carburant

Les types typiques sont basés sur des poudres métalliques ou métalloïdes. La composition peut indiquer plusieurs types de carburant différents. Certains peuvent également servir de classeurs.

Métaux

Les carburants courants incluent:

• L'aluminium est le combustible le plus courant dans de nombreuses classes de mélanges, ainsi qu'un régulateur de l'instabilité de la combustion. Flamme à haute température avec des particules solides qui interfèrent avec l'apparition des colorants, réagit avec les nitrates (sauf l'ammonium) pour former des oxydes d'azote, d'ammoniac et de chaleur (réaction lente à température ambiante, mais violente au-dessus de 80°C, peut s'auto-enflammer).
• Le Magnalium est un alliage aluminium-magnésium plus stable et moins cher qu'un seul métal. Moins réactif que le magnésium, mais plus inflammable que l'aluminium.
• Fer - produit des étincelles dorées, un élément couramment utilisé.
• L'acier est un alliage de fer et de carbone qui produit des étincelles ramifiées jaune-orange.
• Zirconium - Produit des particules chaudes utiles pour les mélanges inflammables, tels que l'initiateur standard de la NASA, et pour supprimer l'instabilité de la combustion.
• Titanium - produit des pièces pyrotechniques et des composés chauds, augmentesensibilité aux chocs et aux frottements. Parfois, un alliage Ti4Al6V est utilisé qui produit des étincelles blanches légèrement plus brillantes. Avec le perchlorate de potassium, il est utilisé dans certains allumeurs pyrotechniques. La poudre grossière produit de belles étincelles bleu-blanc ramifiées.
• Le ferrotitane est un alliage fer-titane qui crée des étincelles brillantes utilisées dans les étoiles pyrotechniques, les fusées, les comètes et les fontaines.
• Le ferrosilicium est une substance fer-silicium utilisée dans certains mélanges, remplaçant parfois le siliciure de calcium.
• Manganèse - utilisé pour contrôler la vitesse de combustion, par exemple, dans les compositions avec un retard.
• Zinc - utilisé dans certaines compositions de fumée avec du soufre, qui est utilisé comme carburant amateur pour les fusées, ainsi que dans les étoiles pyrotechniques. Sensible à l'humidité. Peut s'enflammer spontanément. Rarement utilisé comme combustible principal (à l'exception des compositions fumigènes), il peut être utilisé comme composant complémentaire.
• Cuivre - utilisé comme colorant bleu avec d'autres espèces.
• Le laiton est un alliage de zinc et de cuivre utilisé dans certaines formules de feux d'artifice.
• Tungstène - utilisé pour contrôler et ralentir la vitesse de gravure des compositions.

Il convient de noter qu'il est dangereux de réaliser des compositions pyrotechniques de ses propres mains.