La poudre noire est un élément essentiel pour les armes à feu anciennes, y compris les canons de 3 pouces. Sa composition et sa fabrication influencent grandement ses performances. Cet article explore les détails de la poudre noire, sa fabrication, et les différentes gradations utilisées.
Les poudres noires sont disponibles en deux grades de base :
La différence entre les « A » et les « g » réside dans leur fabrication respective.
À la base, les deux poudres commencent en un mélange (milled « meal » powder) avec du nitrate de potassium, du charcoal (carbone) et du soufre qui sont mélangés en une poudre extrêmement fine. Le tout est comprimé sous haute pression pour faire un gâteau (« mill cake ») de poudre noire. Le gâteau est alors séché et écrasé en grains.
Le tout est alors tamisé pour enlever les particules trop fines et « grader » les grains. Tout ce procédé est fait sous une supervision à distance, en raison du grand risque d’explosion. Par la suite, il y a un polissage des granules dans des tumblers pour la poudre sportive; l’autre catégorie de poudre n’est habituellement pas polie. On ajoute du graphite lors du tumbling de la poudre sportive « g » SEULEMENT et non dans la « A ». La formule de base entre les deux poudres est la même, sauf que le graphite ne fait partie que de la poudre sportive.
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Le graphite agit comme un modulateur du « burn rate », en le ralentissant légèrement; mais son but principal est de servir de lubrifiant de surface pour faciliter le flot de la poudre lors de son introduction dans nos canons.
DONC, LA GROSSEUR ET LE CONTENU DES GRAINS SONT DIFFÉRENTS entre la poudre sportive et la « blasting powder ».
Voici les tamisages industriels en milieu contrôlé :
La poudre « blasting « « A » est utilisée principalement par les pyrotechniciens.
La première tentative faite pour expliquer l’action de la poudre à canon est due, si je ne me trompe, à M. de la Hire, qui, dans son histoire de l’Académie française, en 1702, attribua la force produite par la poudre enflammée à l’air compris entre les grains, ou emprisonné dans l’intérieur de ces grains eux-mêmes. Robins, qui écrivit le second sur celle matière, et qui peut être considéré comme ayant posé les bases de cette section de la science de l’artillerie, comme de tant d’autres, fit remarquer l’énorme disproportion qui existe entre les effets produits et la force à laquelle M. de la Hire les avait attribués.
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Il institua lui-même une série d’expériences habilement conçues et soigneusement exécutées, pour déterminer la quantité de gaz permanents produits par l’explosion de la poudre ; il regarda cette quantité comme invariable, que l’explosion eût lieu dans l’air ou dans le vide ; et enfin, il détermina l’accroissement de force élastique due à la température supposée de l’explosion. 3° La chaleur de la combustion porte ce volume à environ 1000 fois celui de la poudre ; par conséquent, la force maximum - un peu affaiblie avec de petites charges.
La fig. 95 représente l’appareil employé par le comte Rumford. - V est un récipient de fer forgé, à parois fort épaisses ; son diamètre intérieur est d’un quart de pouce anglais (un peu plus de 6 millimètres). Ce récipient est posé sur le piédestal P ; il est fermé à la partie supérieure par l’hémisphère E sur lequel on peut placer un poids convenable. Voici comment Rumford opérait : une charge donnée étant placée dans l’appareil, on appliquait en E un poids que l’on considérait comme équivalent à la pression du gaz produit.
La poudre dont il se servait était de la poudre de chasse d’un grain très-fin, et d’une composition notablement différente de la poudre ordinaire, puisqu’elle contenait seulement 67 % de salpêtre. De plus, les charges employées étaient très faibles, car elles ne dépassèrent jamais 18 grains (1,17g). Dans un seul cas, il avait rempli le récipient, ce qui exigea 28 grains (1,81g) et le fit éclater.
Le but que Rumford se proposait était double : premièrement, préciser la limite de la force produite par l’explosion de la poudre, lorsque les gaz sont à leur maximum de densité ; et, en second lieu, déterminer la relation qui existe entre la densité des gaz et la tension.
La courbe tracée ici (fig. 96) représente les résultats de la première série, qui est en même temps la meilleure, des expériences de Rumford ; et l’on peut remarquer que, jusqu’aux charges de quinze grains (97 centigrammes), la courbe, que l’on peut représenter par l’équation empirique $$$ y = x^{1+0,0004x}$$$ ne s’écarte pour ainsi dire pas des points observés.
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Si l’on admettait que cette loi se maintient jusqu’au maximum de densité, elle donnerait pour tension maximum environ 29000 atmosphères, c’est-à-dire 191 tonnes par pouce carré. Mais, quelque grande que soit cette pression, Rumford la considérait comme étant encore bien au-dessous de la vérité.
Il fit une seconde série d’expériences, dont les résultats furent ! pour citer ses propres expressions, « encore plus divers, plus extraordinaires et plus inexplicables » ; La figure montre que la tension du gaz, dans la première série d’expériences, était d ’environ 2700 atmosphères avec 12 grains (0,78g) de poudre ; mais, dans cette seconde série, la pression pour la même charge se trouva souvent supérieure à 9000 atmosphères.
Rumford n’essaya pas d’expliquer l’énorme divergence qui existait entre ces résultats, à moins qu’on ne veuille considérer comme une explication proposée une simple remarque sur la chaleur du temps pendant la seconde série ; seulement, en s’appuyant sur cette seconde série et sur l’expérience dans laquelle le récipient avait été brisé par une charge de 28 grains, il arriva à conclure que la force initiale du fluide élastique engendré par la combustion de la poudre, est égale à 101021 atmosphères, c’est-à-dire à 662 tonnes par pouce carré.
Mais, si telle était, en effet, la mesure de la tension produite, quel est le canon qui aurait chance d’y résister ? Pour répondre à cette objection, Rumford admit que la combustion de la poudre se fait beaucoup plus lentement qu’on ne le suppose ordinairement, et qu’elle dure, en réalité, tout le temps que le projectile met à parcourir l’âme de la pièce.
En 1843, le colonel Cavalli proposa de placer dans un canon une série de petits cylindres disposés de manière à lancer un boulet sphérique de fer forgé. En déterminant les vitesses de ces boulets, le colonel Cavalli pensait qu’il pourrait indiquer les pressions correspondantes.
Au centre de l’âme, ou sur tout autre point, on perce une ouverture dans laquelle on adapte un petit canon de fusil, du calibre d’environ 3/10e de pouce (7 millimètres et demi), et de 8 pouces (2 décimètres) de long, Supposons maintenant que le canon soit chargé, et que dans le petit canon de fusil latéral on mette un cylindre dont la section longitudinale soit égale à celle du projectile.
Si l’on admet que la pression est uniforme dans toute l’étendue de l’âme de la pièce, le cylindre et le projectile parcourront des longueurs égales dans des temps égaux, et le cylindre, après avoir parcouru la longueur de 8 pouces, échappera à l’action du gaz. Si donc nous déterminons la vitesse du cylindre, nous connaîtrons celle du projectile qui a parcouru une longueur de 8 pouces dans l’intérieur de la pièce.
Malheureusement, quelque ingénieuse que soit cette méthode, ces expériences n’ont qu’un médiocre intérêt pour nous, parce qu’elles s’appliquèrent exclusivement à des pièces relativement très-petites, la pièce de 6 et la pièce de:l.2 à canon lisse, et qu’elles curent pour principal objet la comparaison entre les gargousses allongées et non allongées.
La méthode du général Neumann parait avoir été reprise en Belgique vers l’année 1860 avec un canon rayé de 70. En 1857-58-59, le major Rodman fit ; pour les États-Unis, une série très étendue et très-intéressante d’expériences sur la poudre à canon.
La célébrité acquise par l’instrument ingénieux du major Rodman, le fréquent emploi qui en a été fait en Europe, et le fait qu’il semble avoir été le premier qui ait expérimenté sur les effets de la forme du grain, et proposé la poudre prismatique, me forcent à donner quelques détails sur son instrument et ses expériences.
La figure 97 représente l’instrument inventé par le major Rodman. Supposons que l’on veuille déterminer la pression dans l’âme d’un canon. On y perce une ouverture, dans laquelle on introduit un cylindre percé en son centre d’un canal longitudinal.
A ce cylindre s’adapte l’appareil indicateur, composé de l’outil à endenter, lequel porte un couteau dont nous donnons l’élévation et la section. Contre le couteau se trouve, maintenu par une vis, un morceau de cuivre doux, h. Le jeu de cet appareil se comprend facilement.
La pression du gaz, agissant sur la base de l’outil à endenter, fait une entaille dans le morceau de cuivre ; et l’on peut, par des moyens mécaniques, déterminer la grandeur de la force capable de produire une entaille égale. La première série d’expériences de quelque importance faites par le major Hodman a eu pour but de déterminer la pression en différents points d’un canon lisse de 42.
Le major Rodman donne sous forme de tableau les résultats moyens fournis par cette série ; pour moi, j’ai représenté ces résultats dans la figure 98 sur laquelle j’appelle toute votre attention. Vous voyez que par les points observés j’ai fait passer, dans les deux cas, une courbe qui représente, à très peu près, les résultats obtenus. Remarquez l’énorme différence qui existe entre les deux courbes.
Ces courbes font ressortir encore un autre point. Puisque les ordonnées représentent.les pressions, et les abscisses l’espace parcouru par le projectile dans l’intérieur de la pièce, les aires, c’est-à-dire les espaces compris entre les courbes et l’axe des abscisses, représentent l’effet total produit sur le projectile par chacune des charges dont on s’est servi.
Voilà donc une grave contradiction, qui demande à être expliquée. !\lais ce n’est pas tout. Puisque ces courbes nous font connaître l’effet total produit par chaque espèce de cartouche sur le projectile, nous pouvons calculer la vitesse avec laquelle ce projectile quitterait la pièce.
Avec le même canon, on a fait deux séries d’expériences intéressantes pour déterminer la pression sur le fond de l’âme, d’abord avec une charge variable et un projectile de poids constant ; et, en second lieu, avec un projectile de poids variable et une charge constante.
D’autres expériences ont été faites pour déterminer les pressions dans des pièces du calibre de 7 pouces (175 millimètres), 9 pouces (225 millimètres) et 11 pouces (275 millimètres) ; on s’était arrangé de manière que, dans chaque pièce, une égale colonne de poudre (c’est-à-dire un poids égal de charge) fût derrière une colonne égale ou un poids égal de projectile.
Ici encore, nous constatons un certain nombre d’anomalies et de contradictions dans les expériences elles-mêmes. Notons, par exemple, l’énorme accroissement de pression attribué aux pièces de plus fort calibre, quoique, dans tous les cas, on ait opéré sur les mêmes colonnes de poudre et de projectile.
Les recherches ont ensuite porté sur l’influence de la grosseur des grains de poudre. Il suffit d’un coup d’œil sur la figure 100 pour apprécier les résultats relatifs obtenus, car il faut toujours se garder d’accepter les aires comme représentant l’effet produit sur le projectile.
Le major Rodman est arrivé à là conclusion que les vitesses fournies par les charges de poudre à petits grains actuellement en usage peuvent s’obtenir avec une pression bien moindre sur la pièce, pourvu que l’on emploie une poudre dont les grains aient une dimension déterminée d’après le calibre et la longueur.
Les seules autres expériences du major Rodman sur lesquelles je veuille appeler votre attention, appartiennent il une série que je puis comparer aux expériences du comte Rumford, au point de vue de la pression qu’exerce la poudre enflammée à différents degrés d’expansion, - c’est-à-dire quand la poudre avant l’inflammation occupe une partie dé. terminée de l’espace dans lequel se fait l’explosion.
La figure 101 représente l’appareil employé par le major Rodman. Il faut remarquer que, dans cet appareil, les produits de l’explosion s’échappent par la lumière, tandis que, dans les expériences. du comte Rumford, ces produits étaient en général complètement enfermés.
Sur la figure 96, qui contient les résultats obtenus par Rumford, on verra aussi ceux du major Rodman. La différence entre ces deux séries est évidente. Le major Rodman essaya, comme le comte Rumford, de déterminer la force maximum que la poudre peut produire, alors qu’elle est brûlée dans son propre volume. Il fit détoner des charges variées dans des obus prodigieusement résistants, au travers d’une petite lumière de 1/10" de diamètre, et il estima que, dans tous les cas, la pression maximum devait être exercée avant l’éclatement de l’obus.
Les expériences de Bunsen et Schischkoff sont si complètes les chimistes distingués qui les ont faites occupent une position si éminente, qu’elles doivent à juste titre être comptées parmi les plus importantes qui aient été faites sur le sujet qui nous occupe.
Ces expériences eurent pour objet de déterminer : - premièrement, la nature exacte des gaz permanents et des résidus solides auxquels donne naissance la combustion de la poudre ; - secondement, la chaleur que développe l’acte de l’explosion ; - troisièmement, la pression maximum que produit la poudre brûlée dans un espace clos ; - quatrièmement, enfin, la quantité totale de travail qu’un poids donné de poudre est capable d’effectuer.
Pour résoudre le premier de ces problèmes, ces observateurs faisaient tomber la poudre, en jet très-finement divisé, dans un récipient chauffé, communiquant avec un système de tubes, de manière il ne rien laisser perdre des produits résultant de la combustion.
Les gaz permanents, à la température de 0 degré et sous la pression de 760 millimètres, occupaient un volume 193 fois plus grand que celui de la poudre et représentaient environ les 31/100 de son poids. Le reste était constitué par un résidu solide.
D’après MM. Bunsen et Schischkoff, une partie de ces matières solides devait sans aucun doute être volatisée par la température élevée de l’explosion ; mais la pression que ces vapeurs pouvaient produire était complètement insignifiante.
Pour déterminer la température de l’explosion, on faisait détoner une petite charge de poudre enfermée dans un tube, qui était lui-même plongé dans un tube plus large rempli d’eau.
La pression dans un vase clos peut se déduire aisément des données précédentes ; MM. Bunsen et Schischkoff ont calculé que la tension maximum que puisse atteindre le gaz, - tension dont il peut approcher plus ou moins, mais qu’il ne peut jamais dépasser, - est d’environ 4374 atmosphères, c’est-à-dire d’à peu près 29 tonnes par pouce carré.
MM. Bunsen et Schischkoff ont de même, en partant de leurs données, estimé le travail théorique d’un kilogramme de poudre à 67400 kilogrammètres, c’est-à-dire qu’un kilogramme de poudre peut en brûlant élever 67400 kilogrammes à un mètre de hauteur.
En 1861-1862, sir W. Armstrong et moi-même avons fait plusieurs expériences dans le but de déterminer la pression maximum de la poudre dans ce que l’on considérait alors comme de très gros canons, - les pièces de 110 et de 70.
Pour la première de ces méthodes, nous nous sommes servis d’un petit appareil placé à l’extrémité antérieure du projectile, et qui est représenté par les figures 102 et 103. Cet appareil se composait d’une boîte divisée en sept petits compartiments, a, a. Chacun de ces compartiments contenait un petit cylindre b du même poids, lequel était retenu à lu partie antérieure du compartiment au moyen d’un petit fil métallique.
Au moyen d’expériences faites avec soin, nous déterminions d’abord la pression exacte que pouvait supporter une série de fils métalliques gradués. Ceci posé, on comprendra facilement la méthode par laquelle nous arrivions à déterminer la pression maxima. Si nous connaissons la pression maxima exercée pendant que le projectile parcourt la longueur de la pièce, pour mettre en mouvement une portion connue du poids du projectile, nous pourrons en déduire la pression exercée sur le projectile tout entier.
Or, en graduant convenablement la force des fils métalliques, nous constations que certains fils laissaient avancer les petits cylindres sans les entamer, tandis que d’autres s’y refusaient. Dans ce cas, un poids connu w est soutenu, ou plutôt reçoit le mouvement au moyen d’un cylindre de métal mou o.
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