explosifs - chimie.

explosifs - chimie. 1 PRÉSENTATION explosifs, produits chimiques qui se décomposent en libérant en un temps très court des gaz à température élevée, provoquant ainsi une importante augmentation de la pression. En temps de paix, les explosifs sont surtout utilisés pour l'abattage et l'extraction dans les carrières, ainsi que dans les feux d'artifice, les appareils de signalisation, la mise en forme des métaux. On emploie les explosifs comme propulseurs de missiles et de fusées, et comme charges dans la démolition, dans les bombes et les mines. 2 HISTORIQUE Le premier explosif connu est la poudre à canon, également appelée poudre noire. Utilisé en Europe depuis le XIIIe siècle, ce fut le seul explosif pendant plusieurs centaines d'années. Les nitrates de cellulose et la nitroglycérine, découverts en 1847, furent les premiers explosifs modernes. On utilise des explosifs dans l'industrie depuis 1870. Les nitrates (voir Azote), les composés nitrés, les fulminates et les azotures sont devenus les principaux explosifs, seuls ou mélangés à des combustibles. Le trioxyde de xénon, premier oxyde pur explosif, fut synthétisé pour la première fois en 1962. 2.1 Caractéristiques des explosifs Les explosifs sont regroupés en deux classes principales : les explosifs faibles qui brûlent à des vitesses de l'ordre de quelques centimètres par seconde et les explosifs forts dont les vitesses d'explosion vont de 1 000 à 10 000 mètres par seconde. Les explosifs se distinguent également par d'autres caractéristiques importantes qui déterminent leurs conditions d'utilisation dans des applications spécifiques. Parmi ces caractéristiques figurent la facilité avec laquelle on peut les faire exploser et leur stabilité à la chaleur, au froid et à l'humidité. L'effet brisant d'un explosif, ou brisance, dépend de sa vitesse de détonation. Certains puissants explosifs récents ont une grande vitesse de détonation et sont extrêmement efficaces pour une utilisation militaire et des effets de souffle. D'un autre côté, dans les carrières et l'exploitation minière, des explosifs ayant une vitesse de détonation et un effet brisant plus faibles sont mieux adaptés pour détacher de grands rochers et d'importants morceaux de minerai. Les explosifs utilisés comme propulseurs pour les fusils et les canons doivent brûler encore plus lentement car ils doivent fournir une poussée en augmentation régulière sur le projectile dans le canon, plutôt qu'un choc brutal qui pourrait détruire l'arme. Des explosifs spéciaux, sensibles à la chaleur ou au choc, d'effet brisant moyen à fort, sont utilisés comme détonateurs pour déclencher des explosifs forts mais moins sensibles. Les explosifs puissants sont souvent mélangés avec des matériaux inertes pour diminuer leur sensibilité et leur effet brisant, et réduire les dangers de manipulation, comme dans le cas de la dynamite par exemple. 2.2 Déflagration et détonation Les explosifs sont caractérisés par leur vitesse de décomposition. On distingue alors deux catégories : -- les substances qui ont une vitesse de décomposition relativement faible, généralement appelées « poudres «, car elles ont remplacé la poudre noire, subissent une déflagration ; -- les composés qui ont une vitesse de décomposition extrêmement élevée, appelés « explosifs détonants «, subissent une détonation, qui se propage dans toute la substance par onde de choc. Parmi ces composés, on distingue les explosifs primaires, ou explosifs d'amorçage, et les explosifs secondaires. La détonation des premiers nécessite la présence d'une flamme ou de toute autre source de chaleur ; la décomposition des seconds est souvent amorcée par un dispositif mécanique, le détonateur. Lors de la détonation, la substance se décompose progressivement à une vitesse de l'ordre de plusieurs kilomètres par seconde, et on observe une élévation importante de la pression accompagnée d'un claquement violent. Pour provoquer la décomposition d'un explosif, on doit lui apporter une quantité d'énergie suffisante, qui se présente sous deux formes principales : l'élévation de température et le choc mécanique. Cette énergie se répartit entre les molécules de la substance explosive puis la chaleur se dissipe par conductivité et rayonnement. 2.3 Agents propulseurs Deux types d'explosifs sont généralement utilisés pour la propulsion de projectiles des armes à feu et de fusées et ces deux types sont communément désignés par le nom générique de poudre sans fumée. Ce terme est bien adapté à l'explosif faible nitrate de cellulose gélatineuse. L'autre type de poudre sans fumée, constitué par un mélange de nitrate de cellulose et d'un explosif puissant comme la nitroglycérine, est plus correctement désigné comme une poudre à double constituants ou poudre composée. Un explosif courant à double constituants est la cordite qui contient 30 à 40 p. 100 de nitroglycérine et une petite quantité de pétrolatum comme stabilisant. Le terme de poudre sans fumée est cependant trompeur car chacun de ces explosifs émet de la fumée quand il explose et aucun ne se présente comme une vraie poudre. La vitesse de combustion de chaque type de poudre sans fumée est liée aux caractéristiques physiques des grains. Comme ceux-ci brûlent de la surface vers l'intérieur, il est possible de formuler des grains dont la combustion soit contrôlée, de vitesse constante ou progressivement plus rapide suivant la géométrie des grains. Par exemple, des grains sphériques, lorsqu'ils brûlent, ont des surfaces qui diminuent progressivement et donc une vitesse de combustion de plus en plus lente. De telles poudres sont utilisées pour de petites armes à canon court comme les pistolets. 2.4 Explosifs forts Un grand nombre d'explosifs ont une combustion détonante. Certains de ceux-ci, comme le TNT, trinitrotoluène, ont une grande résistance au choc ou à la friction et peuvent être manipulés, stockés et utilisés avec une relative sécurité. D'autres, comme la nitroglycérine, sont si sensibles qu'ils doivent presque toujours être mélangés pour leur utilisation avec des composés qui les désensibilisent. Afin d'obtenir les caractéristiques souhaitées, les explosifs de propriétés différentes sont souvent mélangés. Le TNT a été l'explosif fort le plus utilisé pendant la Première Guerre mondiale mais d'autres nouveaux explosifs forts extrêmement efficaces ont été développés avant et pendant la Seconde Guerre mondiale. L'hexogène et la pentrite (tétranitropentaérythritol) font partie des plus importants. L'hexogène, appelé aussi RDX, est utilisé dans les détonateurs. Un mélange de TNT et de cire est appelé Composition B et est utilisé dans les bombes. Un mélange similaire contenant de l'aluminium, appelé torpex, a une efficacité sous l'eau d'à peu près 50 p. 100 plus grande que le TNT. Une formulation contenant de l'hexogène et un plastifiant explosif est utilisée comme charge pour les démolitions. Le tétranitropentaérythritol (pentrite), d'abréviation PETN en anglais, a des propriétés voisines de celles de l'hexogène et, mélangé avec le TNT, donne un explosif appelé pentolite. Il constitue également le coeur des cordeaux détonants des charges de démolitions et des charges amplificatrices pour les explosions. Deux types d'explosifs forts ont largement remplacé la dynamite depuis 1955. Un mélange de nitrate d'ammonium et de fioul est très bon marché et a une puissance explosive de 25 p. 100 supérieure à celle du TNT. Les explosifs dits pâteux, utilisés également pour leur souffle explosif, sont des mélanges contenant suffisamment d'eau pour former des produits fluides et facilement transportables. 2.5 Détonateurs Pour provoquer la détonation d'explosifs forts et relativement insensibles, certains composés sont utilisés, composés qui vont eux-mêmes détoner sous l'effet d'un choc relativement faible ou sous l'effet de la chaleur et cela avec suffisamment de force pour faire exploser la charge principale. Depuis longtemps, on utilisait pour cela le fulminate de mercure, Hg(OCN)2 soit seul, soit mélangé avec d'autres produits comme le chlorate de potassium. Sa fabrication est cependant dangereuse et il ne peut pas être stocké à de hautes températures sans décomposition. De plus, le mercure peut être difficile à obtenir en temps de guerre. De ce fait, le fulminate a été pratiquement entièrement remplacé dans les détonateurs commerciaux et militaires par l'azoture de plomb, PbN6, le diazodinitrophénol et l'hexanitromannitol. Ces composés sont utilisés avec une charge d'hexogène ou de pentrite, qui ont largement remplacé le tétryl 2,4,6-trinitrophényl-méthylnitramine utilisé auparavant. Ces explosifs sensibles ont un grand pouvoir brisant et une grande puissance. Ils sont souvent utilisés comme des charges d'amplification entre le détonateur et la charge principale de l'explosif fort dans les gros obus et les bombes. Un relais de mise à feu est une petite charge de détonateur dans de la dynamite et qui est déclenché soit par un amorceur soit par une étincelle. 2.6 Explosifs de sécurité L'utilisation d'explosifs forts et ordinaires dans les mines de charbon est dangereuse du fait de la présence possible de gaz ou de poussières de charbon qui peuvent exploser. Pour l'abattage à l'explosif dans de telles conditions, plusieurs types d'explosifs de sécurité ont été développés pour minimiser le danger de feux ou d'explosions. Ces explosifs qui génèrent des flammes très brèves, relativement froides, ont été approuvés pour le travail dans ces mines et sont principalement constitués par des mélanges de nitrate d'ammonium avec d'autres composés comme le nitrate de sodium, la nitroglycérine, la nitrocellulose, l'amidon nitré, des produits carbonifères, du chlorure de sodium et du carbonate de calcium. Un autre type de charge pouvant être utilisé dans les mines s'est développé et a pris de l'importance car elle ne génère aucune flamme. Cette charge est constituée par un cylindre de dioxyde de carbone liquide qui peut être vaporisé pratiquement instantanément par chauffage chimique d'un constituant interne. Un scellement situé à une extrémité du cylindre peut éclater sous la pression et permet au gaz de sortir. La charge de dioxyde de carbone n'est pas un vrai explosif et absorbe de la chaleur plutôt qu'elle n'en fournit. Un avantage supplémentaire est que la force de l'explosion peut être dirigée à la base de l'endroit à sonder, en y plaçant la charge, ce qui diminue la dispersion du charbon. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Tous droits réservés.