Une cartouche, au sens premier du terme, est un étui cylindrique en carton ou une douille de métal contenant la charge de poudre d'une arme à feu, et souvent aussi le projectile. On distingue plusieurs types de cartouches : à plombs, à chevrotines, ou à balle. Une cartouche à blanc, quant à elle, ne contient pas de projectile.
Plus largement, le terme peut désigner une petite boîte ou un étui contenant des matières inflammables ou explosives, comme une cartouche de dynamite, ou un récipient contenant un produit liquide ou gazeux, comme une cartouche d'encre ou de gaz pour briquet.
Dans le contexte des armes à feu, la cartouche a pour fonction primaire de solidariser l'ensemble des éléments entre eux. Elle constitue le récipient pour la poudre et le dispositif d'allumage (amorce et capsule d'amorçage).
Une cartouche typique se compose de plusieurs éléments essentiels :
L'amorce est un élément crucial de la cartouche. Lorsque l’on parle d’amorce, on fait référence d’une part à l’explosif primaire qui va servir à enflammer la poudre à l’intérieur de la douille, mais aussi à la capsule contenant cet explosif. La principale caractéristique de l’explosif primaire est sa forte sensibilité aux chocs et aux frictions.
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La capsule d’amorçage contient l’explosif primaire qui va s’enflammer dès sa compression entre le percuteur et l’enclume. Au sein de la capsule d’amorçage on observe une sorte de canaux reliant l’amorce à l’intérieur de la douille, il s’agit des évents.
La vitesse de combustion de l’explosif primaire est d’environ 1000m/s. La découverte de l’explosif primaire remonte à 1805, avec l’utilisation du fulminate de mercure (Alexander Forsyth). Cependant depuis 1926, les amorces Sinoxid® ont vu le jour avec le remplacement du mercure par le styphnate de plomb. En 1982, un munition appelé Sintox® a été mis sur le marché dans le but de remplacer les métaux lourds par des composés organiques comme le diazole (ou diazodinitrophénol). La tendance actuelle est la suppression des métaux lourds de toutes les amorces.
Découverte en Europe au XIIIe siècle, la charge propulsive utilisée pour les armes à feu était la poudre noire (composée généralement de 75% de nitrate de potassium (salpêtre), 15% de charbon de bois et de 10% de soufre). Les munitions composées de poudre noire produisait 44% de son poids en gaz et 56% de résidus solides. Sa combustion produisait un fort dégagement de fumée noire et une faible pression.
La nitrocellulose est un polymère formé de monomères de glucose plus ou moins nitrés. Elément de base dans la fabrication de la dynamite, la nitroglycérine a été introduite par Alfred Nobel en 1860. Ainsi selon leur composition, les poudres peuvent être simple base (uniquement à base de nitrocellulose) ou double base (à base de nitroglycérine et de nitrocellulose). La poudre double base proposant d’avantage de groupe oxygène a une vitesse de combustion beaucoup plus importante que la poudre simple base.
Il est important de faire la distinction entre combustion et détonation. La vitesse de combustion de la poudre dépend de la pression à l’intérieur de la cartouche et de la forme des grains de poudre. Ainsi la quantité de gaz produit par la combustion de la poudre dépend de la pression et de la géométrie des grains de poudre.
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Une poudre à grande vivacité implique une grande surface des grains de poudre par rapport à leur volume. Elle va par conséquent produire un grand volume de gaz et brûler rapidement. De l’autre côté, une poudre lente aura des grains de poudre plus petits par rapport à leur volume. Dans le cas de projectiles lourds, il est nécessaire d’utiliser des munitions comportant une poudre lente car le volume pour la combustion augmente relativement lentement. L’utilisation d’une poudre vive avec un projectile lourd, pourrait provoquer le gonflement du canon.
Les premiers munitions étaient pourvues de projectiles sous forme de simples sphères de plomb mou de 31 à 37 grammes environ et d’un diamètre moyen de 18mm. On chargeait ces projectiles par la bouche du canon. De nos jours, il existe un très grand nombre de formes de projectiles et de type / composition de chemisage.
On distingue :
Le chemisage TMJ (Totally Metal Jacketed) concerne les projectiles dont la totalité de celui-ci est chemisée (base comprise). Ce type de chemisage est souvent utilisé pour les munitions sans plomb ou métaux lourds dans l’amorce, car il permet d’éviter que le noyau en plomb du projectile ne s’évapore lors de la mise à feu.
Certaines munitions militaires sont pourvus de projectile en noyau en plomb nu ou d’un mélange plomb acier avec un chemisage complet TMJ en acier ou tombac (Cuivre + 5 à 20% de Zinc). En revanche, les projectiles utilisés pour la chasse sont pour la plupart à tête creuse (Hollow Point en anglais, HP) ou à pointe mousse (Jacket Soft Point, JSP). Dans un contexte de chasse, ces projectiles sont conçus pour faire le plus de dégât possible dans le corps de la cible, mais surtout d’éviter tout dommage collatéral (le projectile ne doit pas ressortir de sa cible).
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Certains projectiles, appelés projectiles traçants ou lumineux, possèdent à l’intérieur de celui-ci une charge pyrotechnique généralement à base de phosphore ou de magnésium qui produit une vive lumière lors de son inflammation.
On parle de calibre réel lorsqu’il s’agit du diamètre d’un projectile et de calibre nominal quand il s’agit de l’appellation de la munition. Le calibre nominal d’une munition d’arme de poing peut être exprimé en millimètres (exemple du 9mm Parabellum ou du 7,65mm Browning), en centième de pouce (par exemple le .45ACP avec 1 pouce = 25,4mm) ou même en millième de pouce (par exemple le .357 Magnum).
La dénomination de certains calibres peut être très variable. 30-30 Winchester (ou 30-30WIN) est une cartouche qui équipe un fusil de chasse à percussion centrale.
La plupart des cartouches de chasses sont constitués d’un culot court ou long (en laiton ou en fer). La fermeture de la cartouche à son extrémité est assurée soit par un sertissage des bords (en étoile) soit par une rondelle.
La majorité des cartouches de chasse sont désignées par un calibre ayant un chiffre entre 4 et 36. Ce chiffre indique le nombre de sphère de même diamètre que l’intérieur du canon que l’on peut faire avec une livre anglaise de plomb (453,6g).
Lorsque l’on parle de munitions de chasse à billes en plomb, on peut être dans le cas de chevrotine (diamètre des billes supérieures ou égales à 5mm) ou de grenaille (diamètre des billes inférieur à 5mm).
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