La poudre noire est un explosif constitué de trois éléments : le salpêtre (nitrate de potassium KNO3), le soufre et le charbon de bois. C'est le premier explosif découvert par les hommes.
Les origines de la poudre noire sont assez méconnues. L'origine de la poudre noire est très obscure ; on sait néanmoins qu'elle a été utilisée dès le Xe siècle par les Chinois pour des feux d'artifice et que les Arabes s'en servaient au XIVe siècle pour lancer des flèches à partir de sarbacanes ou de canons. La plus ancienne recette détaillée de cette substance apparaît dans un manuel militaire chinois imprimé en 1044. Les Européens l'ont adoptée à peu près à la même époque, également à des fins militaires puis, à partir du XVIIe siècle, pour des buts « civils », notamment dans les mines et pour des travaux publics. Depuis le XIVe siècle, la poudre noire - substance à base de salpêtre, de soufre et de charbon de bois - servait non seulement de force propulsive mais aussi d’explosif pour les mines et les bombes. Elle est restée le seul explosif connu jusqu'au XIXe siècle. L'invention de la fusée est intimement liée à celle de la poudre noire. La plupart des historiens des sciences attribuent aux Chinois la découverte de cette dernière.
Aujourd'hui, la poudre noire a évidemment perdu tout intérêt militaire.
La composition de la poudre résulte du mélange ternaire soufre, salpêtre et charbon de bois. Intimement associés au soufre et au charbon, les nitrates alcalins constituent la poudre noire qui fut longtemps le seul explosif connu. Les proportions des trois constituants varient dans les limites suivantes : le salpêtre, de 52 à 78 p. 100 ; le charbon de bois, de 10 à 30 p. 100 ; le soufre, de 12 à 18 p. 100. Le salpêtre apporte l'oxygène, le soufre régularise la combustion et facilite l'allumage. Le nitrate de potassium est parfois remplacé par le nitrate de sodium, moins coûteux (poudre brune).
Pour fabriquer la poudre noire, on prépare séparément deux mélanges binaires, le charbon de bois et le soufre d'une part, le charbon de bois et le salpêtre d'autre part, en broyant les deux composants pendant plusieurs heures. Les mélanges binaires sont ensuite triturés et humidifiés ensemble (8 p. 100 d'eau environ) et pressés en galettes. Celles-ci sont cassées en grains classés par grosseur, séchés et souvent polis et arrondis par frottement. Pour les travaux de mine, on utilise la poudre noire sous forme de cylindres comprimés de densité 1,55 et percés d'un trou pour le passage de la mèche.
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La vivacité, la force et le potentiel des poudres noires varient beaucoup avec leur composition.
Les trois composants sont des produits solides réduits en poudre et intimement mélangés, la réaction chimique est provoquée par une élévation locale de température, elle se traduit par une oxydation exothermique du charbon et du soufre, l’oxygène étant fourni par le salpêtre (nitrate de potassium). Il est à noter que cette réaction d’oxydation ne nécessite pas d’apport d’oxygène gazeux.
La poudre noire donne une fumée abondante, chargée de particules solides et riche en oxyde de carbone ; un kilogramme de poudre libère environ 300 litres de produits gazeux. La température de l'explosion atteint 2 400 0C. La mise à feu d’un tas de poudre à l’air libre ne produit qu’une combustion vive fusante.
Deux types d’effets sont à l’origine des particularités et usages de la poudre, tout d’abord l’effet de brisance résultant de l’action de l’onde de choc suivi ensuite de l’effet de poussée, conséquence de l’expansion du volume gazeux produit. Le résultat obtenu dépend de la résistance des matériaux de l’enveloppe contenant la charge vis-à-vis de ces deux effets, la pression s’exerçant de préférence vers la zone de moindre résistance.
Il est à noter que dans tous les cas la poussée est un effet recherché, l’effet de brisance peut être souhaité ou craint.
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Elle n'exige pas de détonateur, mais une simple mèche d'allumage. Pour être efficace, elle nécessite un bourrage serré.
Dans le cas d’un usage militaire, trois types d’effets différents ont été privilégiés : la propagation de matière inflammable, la propulsion de projectiles de divers calibres et la capacité par explosion de briser et de disperser des masses solides. L’effet recherché en mine avec la poudre noire se retrouve dans cette capacité de briser et de disperser mais de manière contrôlée des parties de roches massives.
Dans ce cas, le confinement et la résistance de l’enveloppe conduisent à un échappement de projectile vers la zone de moindre résistance. Le contenant est fabriqué en matière résistante à l’onde de choc et à la poussée et un projectile est utilisé. L’effet de brisance doit être contré. La poussée des gaz est recherchée et utilisée comme énergie propulsive. L’orifice est dimensionné aux caractéristiques du projectile afin de produire l’effet maximum, un bourrage limité accentue l’effet de propulsion en favorisant la compression par réduction de la durée de poussée. L’épaisseur et la résistance des parois de l’arme sont proportionnées à l’importance de la charge de poudre et à la taille du projectile. Il est nécessaire d’absorber le recul au départ du coup.
Ici, le confinement est important. Le contenant est fabriqué en matière métallique résistante à l’onde de choc et à la poussée et aucun projectile n’est utilisé. L’effet de brisance et l’effet de poussée sont recherchés ; le contenant doit être stable et résister à la poussée. L’orifice est dimensionné afin de produire l’effet maximum. L’arme est appliquée contre une paroi (porte) qui doit correspondre à la zone de faiblesse et sur laquelle l’effet doit être concentré. L’absence de vide et un calage rigoureux sont essentiels à l’efficacité.
Il est très probable que des charges de poudre noire aient été utilisées vers 1450 à des fins militaires, si l’on se réfère aux croquis de Jacopo Mariano, l’ingénieur toscan connu sous le nom de Taccola. Deux dates sont retenues pour l’usage de ces mines en sape lors des sièges de Sarzanello (Ligurie) en 1487, puis en 1495 de Castel Nuovo à Naples.
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| Usage | Effet Recherché | Conditions |
|---|---|---|
| Arme à feu | Propulsion | Confinement, résistance de l'enveloppe |
| Pot à feu | Brisance et poussée | Confinement important |
| Démolition | Brisance contrôlée | Application précise |
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