1- LA PROPULSION
C'est essentiellement l'oeuvre de la poudre
noire.
La poudre située au pied de la fusée ou de la bombe est
appelée chasse. Sa mise à feu propulse la pièce à une
certaine altitude et peut actionner un dispositif
d'allumage à retardement qui déclenche l'explosion d'une
seconde charge de poudre noire, laquelle fait éclater la
carcasse et disperse les granules du mélange coloré: les
étoiles.
Aspects chimiques :
C'est probablement avec les premières armes à feux
qu'est apparue la poudre noire ou poudre à canon; il
fallait une matière susceptible de brûler rapidement et
en même temps produire un volume important de gaz.
Ainsi, en trouve-t-on les traces chez les Chinois qui,
d'après l'Allemand VON BOMOCKI, utilisaient des flèches
incendiaires propulsées par un mélange semblable à la
poudre à canon au XIe siècle.
La poudre à canon proprement dite est apparue en Europe au milieu
du XIIIe siècle. Ce serait un moine anglais, Roger BACON
qui en aurait dévoilé les composants en 1257 dans « De
Secretis Operibus Artis et Naturae et de Nullitate
magiae ». Mais Albert LE GRAND, plus connu sous le nom
de SAINT-ALBERT, en revendique la paternité dans « De
mirabilibus mondi » (Les merveilles du monde ).
Au XIVe et XVe siècle, la composition était (en masses):
6 parties de salpêtre pour une partie de soufre et une
partie de charbon de bois.
Mais ultérieurement, on trouve des compositions
variables selon les usages.
Par exemple : 30 % de charbon, 30 % de soufre, 40 % de
salpêtre pour la poudre de mine (lente), ou bien 12 % de
charbon, 10 % de soufre, 78 % de salpêtre pour la poudre
de chasse, ou encore 12,5 % de charbon, 12,5 % de
souffre, 75 % de salpêtre pour la poudre dite de guerre.
Dans les pièces d'artifices, on trouve plutôt la composition (15 %,
10 %, 75 %). Cette poudre est un mélange de deux
éléments très combustibles (le soufre et le charbon),
avec un corps très oxydant: le salpêtre. La qualité de
la poudre est due en grande partie au charbon utilisé.
S'il provient du bois, il s'agit du peuplier, de l'aulne
ou du tilleul et, par distillation à 3500 degré, on
obtient du charbon noir (poudre de guerre), tandis que
la distillation à 300° donne du charbon roux (poudre de
chasse).
Aspects physiques
Parmi les avantages de la poudre noire, notons qu'elle est peu
onéreuse, stable et qu'une faible quantité d énergie en
provoque la combustion. Ainsi, peut-on l'enflammer à
l'aide d'une flamme, d'un impact, d'une friction, d'une
étincelle, ou même d'un laser. Il en résulte évidemment
que sa manipulation est dangereuse !!!
Le principe de propulsion d'une pièce d'artifice à
partir d'un mortier est alors en tout point comparable
au tir d'une balle à partir d'un pistolet à silex (type
1777 par exemple).
La première dose de poudre noire placée dans le bassinet
(partie creuse sur le côté du canon dans lequel va
arriver l'étincelle provoquée par le silex) peut être
comparée à la mèche;
la deuxième dose de poudre placée dans le fond du canon peut être
comparée à la chasse. Lorsque cette poudre entre en
combustion, une première cause d'augmentation de la
pression est l'élévation de la température (c'est la loi
de MARIOTTE: à volume constant, la pression augmente
proportionnellement à la température); une deuxième
cause est le dégagement de gaz dû à la combustion, le
tout dans un temps très court.
Dans le cas des artifices, la mèche est enflammée par un
allumeur électrique; elle conduit la flamme jusqu'à la
chasse de la bombe et provoque l'expulsion du mortier.
Evidemment, les pièces aériennes ne sont pas forcément lancées à
partir d'un mortier. Elles peuvent être mises en place
par un ballon, ou même un hélicoptère. Un peu comme pour
les missiles, on distinguera des pièces sol-sol comme
les fontaines de perles rouges, ou sol-air comme les
marrons ou air-air.
2- LES EFFETS
Son et Lumière
Qu'il ait été ou non propulsé, le composé pyrotechnique doit
maintenant produire son effet. Il s'agira de produire du
son (explosion, sifflement...) ou de la lumière. Dans
tous les cas, il y a encore combustion.
Un composé oxydant libère de l'oxygène. Un composé
réducteur capte de l'oxygène (le combustible).
Ces composés
se présentent en poudre. Des mélanges tels que
l'aluminium en poudre très fine avec du perchlorate de
potassium produisent à la fois lumière (blanche) et son
(la combustion est explosive). En ce qui concerne la
production de lumière, on imagine qu'il n'est pas simple
d'obtenir une couleur donnée, pendant une durée fixée,
avec une intensité lumineuse donnée , de telle sorte que
les deux pièces de la même espèce soient effectivement
identiques. Même si la mise à feu est simultanée, on
observe fréquemment des différences.
La recherche d'un mélange produisant une couleur donnée est
évidemment une activité essentielle du fabricant.
LAVOISER a déposé des communications à l'Académie Royale
des Sciences où il indiquait comment obtenir du jaune ou
du bleu. Pendant longtemps, ces données ont relevé du
secret de fabrication.
Actuellement, l'information circule davantage dans des
publications scientifiques, mais leur lecture n'est
possible qu'avec de bonnes connaissances en chimie !
En ce qui concerne les couleurs, le résultat est essentiellement
fonction du combustible: aluminium et magnésium donnent
le blanc, le sodium pour le jaune orangé, le fer est
plutôt doré, les composés du strontium donnent le rouge,
les composés du baryum le vert, et le bleu est obtenu à
l'aide du chlorure cuivreux.
Mais en réalité, C'est beaucoup plus compliqué; une couleur
correspond à une température et elles peuvent être très
élevées (3.000° pour le magnésium). Il faut agir sur la
vitesse de combustion et la température par le choix de
l'oxydant mais aussi de la taille des grains de poudre.
Ainsi, les bleus sont ils difficiles à produire si l'on
veut qu'ils soient assez lumineux.
Une petite variation de composition peut entraîner une modification
importante de l'effet produit: dans l'exemple cité plus
haut, remplacer le perchlorate de potassium par du
perchlorate d'ammonium revient à peu près à transformer
une pièce d'artifice en moteur de navette spatiale !
Elle remplaçant évidemment quelques grammes par quelques
centaines de tonnes...
3- LA LUMIERE
Au delà de
toutes ces techniques sophistiquées, il reste la
question première: d'où vient la lumière ? La physique
nous apprend que la lumière est une forme d'énergie.
Qu'il s'agisse d'une lampe à incandescence, à gaz ou
d'un composé de molécules, un apport d'énergie augmente
la température et modifie l'énergie des électrons.
Ceux-ci sont ainsi "dopés"
mais ne conservent pas cette énergie; ils reviennent à
l'état fondamental en libérant l'énergie accumulée sous
forme de « grains de lumière » appelés photons .
La longueur d'onde de ces photons dépend à la fois de la substance
considérée et de la température, mais c'est cette
longueur d'onde qui caractérise la couleur. Par exemple,
le rouge correspond à 630 nanomètres, c'est-à-dire une
longueur d'onde de 0,000.000 63 mètres; plus court on va
vers l'infra-rouge. Qu'il s'agisse d'un morceau de fer
plongé dans un feu de bois ou d'un composé de strontium
dans une pièce d'artifice, c'est la longueur d'onde de
l'onde lumineuse qui donne la couleur.
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