La Poudre noire
C- Aspects balistiques
Un mouvement balistique se décompose en trois phases distinctes :
1. La balistique intérieure s’intéresse à la période de temps pendant laquelle le projectile reçoit une force motrice.
2. La balistique extérieure concerne le moment ou le projectile est en mouvement dans l'espace. Il n’est alors soumis à de nombreux paramètres tels que la pesanteur, les frottements de l’air, son énergie cinétique. Elle traite la phase pendant laquelle le projectile vole.
3. La balistique terminale correspond au comportement du projectile lorsque celui-ci atteint sa cible. Elle traite donc des dégâts causés par l’impact.
Les trois phases de la balistique
1- Balistique intérieure
La performance interne va évoluer selon différents facteurs dont :
- La capacité de la chambre à poudre, c'est-à-dire la quantité de poudre noire qu'elle pourra contenir : plus la quantité de poudre augmente, plus la vitesse initiale du projectile sera importante.
- Le taux et la vitesse de combustion de la poudre, qui dépendent évidemment de la composition de celle-ci.
- Le diamètre, le poids et la longueur du projectile : plus le projectile a une forme aérodynamique, moins il sera soumis à la résistance de l'air et donc plus il ira loin. Ainsi les balles sphériques sont rapidement abandonnées pour faire place à des balles ayant une forme plus allongée et donc plus aérodynamique.
- La longueur et les dimensions du canon ou de l'arme à feu
- Les rayures du canon : les premières rayures à l’intérieur des canons sont mentionnées en 1476. Ces rayures font tourner le projectile sur lui-même, ce qui stabilise le tir en le rendant moins sensible aux éléments extérieurs (vent, pluie) et améliore sa précision grâce à la force gyroscopique (c’est la même force qui assure, par exemple, la stabilité des roues d'un vélo).
Arme à canon rayé
Calculons, par exemple, la vitesse d’un projectile à la sortie du canon :
La vitesse est définie par la formule de l'énergie cinétique :
D’où :
Avec : m : la masse de la balle, en kilogramme
V : la vitesse de la balle, en mètres par seconde
ΔE : l’énergie, en Joules, dégagée par la poudre
Comme illustration, considérons une bombarde, une des premières armes à feu européennes. Les bombardes pouvaient tirer des boulets de granit énormes. Nous prendrons l’exemple un boulet de masse 350 kilogrammes pour une charge de poudre de 10 kilogramme. Nous avons vu que la réaction de 10 Kg de poudre noire donnait une énergie de 22.106 Joules.
Application numérique :
m = 350 Kg
ΔE = 22 106 J
= 354 m.s-1
La vitesse à la sortie de la bombarde est donc d’environ 354 m.s-1 pour un boulet de 350 kg et une charge de 10 kg de poudre noire. Cependant, cette vitesse initiale diminue ensuite durant la trajectoire du boulet, notamment à cause de la résistance de l’air, non négligeable pour un boulet de cette taille.
Durant la phase d’ascension, le projectile subit une forte décélération : sa vitesse chute. Une fois qu’il a atteint son sommet, il accélère au cours de sa descente, jusqu’au moment où il touche le sol.
Mais comment prévoir la trajectoire d’un projectile ?
11- Balistique extérieure
La trajectoire et la portée d’un canon ou d’une autre arme à feu dépendent de nombreux facteurs.
- L’angle de tir
La portée dépend, en partie, de l’angle de tir. Dans le cas où toutes les forces sont constantes, seul l’angle fait varier la distance. On sait que l’angle de portée maximale est de 45°, comme le montre le schéma ci-après.
Représentation de la trajectoire de tirs, pour des forces et une vitesse équivalente, mais pour des angles différents
- La masse du projectile
Plus la masse de l’objet est importante, plus la force nécessaire pour accomplir la même distance à la même vitesse devra être élevée. Ainsi, le poids des boulets de canon a fortement évolué au cours des siècles et les bombardes furent peu à peu délaissées à cause du trop grand poids du boulet.
- La force initiale
Plus la force initiale donnée par l’explosion de la poudre est grande, plus sa vitesse sera grande et plus la distance parcourue par le projectile sera longue.
- Le freinage dû à l'air ou la retardation
Le projectile est également freiné par l'air dans lequel il se propage. Ce freinage, nommé « retardation », dépend de nombreux paramètres tels que la masse du projectile, son diamètre, sa forme. Un autre paramètre, non négligeable, est la résistance de l'air qui varie avec la vitesse. Quand la vitesse augmente, la résistance augmente. La résistance est maximale lorsque l’on arrive à la vitesse du son (environ 340 m.s-1), puis elle décroît fortement ensuite.
- Les altérations de la trajectoire
La trajectoire d'un projectile peut être modifiée par des altérations dues à l'interaction du projectile avec l'air comme, par exemple, la déviation. Elle est due à un vent latéral qui applique au projectile une force pouvant dévier sa trajectoire. Plus la distance du tir est importante, plus le projectile sera sujet à des altérations de sa trajectoire.
Pour calculer la trajectoire d’une balle, de nombreuses équations ont été mises au point. On peut, par exemple, employer l’équation suivante en prenant, comme origine des abscisses et des ordonnées, la position du projectile à la sortie du canon:
Avec : Y : la hauteur atteinte par le projectile, en m, à la date t
X : la distance parcourue par le projectile, en m, à la date t
g : l'intensité de la pesanteur, en N.kg-1
V : la vitesse initiale, en m.s-1
a : l’angle de tir initial, en degrés
Cependant, cette formule très simplifiée ne tient pas compte de la résistance de l’air. Elle donne donc une portée beaucoup trop grande par rapport à la réalité. Ainsi, si l’on réalise le calcul pour notre bombarde avec un boulet de 350 kg, la vitesse de 354 m.s-1 trouvée ci-dessus et un angle de tir de 45°, on obtient une distance d’environ 10 000 m !! En réalité une telle bombarde n’avait une portée que de 400 à 500 m.
D’autres formules plus compliquées donnant des approximations plus ou moins exactes, ont été mises au point, mais aucune formule mathématique ne permet de décrire exactement la trajectoire d’un projectile à la sortie d’un canon ou d’un fusil.
111- Balistique terminale
La balistique terminale correspond aux effets du tir sur la cible. La gravité d’une blessure dépend, bien évidemment, de l’endroit où la victime a été touchée mais aussi de la quantité d’énergie libérée, – et non transportée – par la balle. Si la balle traverse le tissu sans qu’elle se déforme ou abandonne de l’énergie, la blessure sera légère. Il faut aussi prendre en compte la forme, la masse et l'énergie cinétique du projectile. De plus, le projectile d’une arme à poudre noire a un comportement différent s’il est tiré à bout portant ou à longue distance.
Au niveau de la balistique terminale et des dégâts causés, les armes à feu sont une révolution au Moyen-Âge. Les premiers mousquets, quoique ces armes soient très lourdes et nécessitent toujours la fourche de support, lancent des projectiles capables de traverser toutes les armures alors que celles-ci n’étaient pas percées par les flèches des arcs. De même, pour les canons, l’apparition des boulets en fonte marque la fin des châteaux forts, incapables de résister à la force destructrice de ces boulets.
Après les premières apparitions des armes, de nombreux médecins se penchèrent sur les plaies causées par celles-ci. Cependant, au début, un certain mythe persistait sur les blessures des armes à feu. Voici ce qu’écrivait Braunschweig, un chirurgien alsacien, en 1497 : « Les plaies sont contuses, envenimées par la poudre et brûlées par le feu de l’arme ».
Braunschweig assoupi à sa table de travail, sur l'ouvrage qu'il vient de terminer, entouré de malades réclamant ses soins
Ambroise Paré, qui écrit un ouvrage en 1545 sur la manière de traiter les blessures de guerre, est le premier à contredire le « mythe » des blessures par arme à feu et à démontrer que les plaies ne sont ni empoisonnées ni brûlées par la balle.
Ambroise Paré, chirurgien et anatomiste français du seizième siècle
