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Définitions et généralités sur les munitions

 

 

 

Les unités du Système International

Afin de s’assurer un système de mesures cohérent, le Bureau International des Poids et Mesures a élaboré un système international d’unités adopté le 1 er  janvier 1962 en remplacement de l’ancien système CGS. Ce sont ces unités qu’il convient d’utiliser pour la réalisation et la compréhension des problèmes de physique et de mécanique.

 

On distingue les unités fondamentales MKSA (Mètre, Kilogramme, Seconde, Ampère) qui sont indépendantes les unes des autres et les unités dérivées élaborées à partir de formules simples utilisant les unités fondamentales.

 

Nous avons limité le contenu du tableau qui suit aux grandeurs qui nous sont nécessaires dans cet ouvrage tout en y incluant quelques valeurs utilisées dans les pays anglophones.

 

GRANDEUR

SYMBOLE

UNITE MKSA

RELATIONS

DIVERSES

UNITES

ANGLO SAXONNES

Longueur

L

mètre

1 m = 100 cm

1 m = 1000 mm

1 NM = 1852 m

1 yard = 0,914 m

1 foot = 30,48 cm

1 inch = 25,4 mm

Surface

S

mètre carré

1m 2 = 10000cm 2

1cm 2 = 100 mm 2

 

Volume

V

mètre cube

1m 3 =1000 litres

1 litre = 1 dm 3

1 cm 3 = 1 ml

 

Temps

t

seconde

1 h = 3600 s

 

Vitesse

v = L / t

mètre / seconde

1m/s = 3,6 km/h

 

Accélération

 = v / t

m/s/s ou m/s 2

 

 

Masse

M

kilogramme

1 kg = 1000 g

1 grain =0,065 g

1 pound =0,454kg

Masse volumique

kg / m 3

 

 

Force

F = M x 

newton

1 daN = 10 N

1 lbf = 4,45 N

Pression

P = F / S

pascal

1 pa = 1 N/m 2

1 bar=100000pa

1 psi # 7000 pa

1 psi # 0,07 bar

Travail

W = F x L

joule

1 calorie = 4,18 j

 

 

La forte présence sur le marché des manufacturiers américains fait que de nombreux calibres sont définis dans des cotes ayant le pouce (inch) comme unité de référence.

 

On peut retenir les quelques valeurs suivantes :

 

NOTATION

FRACTION DE POUCE

ÉQUIVALENT EN MM

1"

1"

25,4 mm

.50

½"

12,7 mm

.375

3/8"

9,52 mm

.25

¼"

6,35 mm

.223

7/32"

5,56 mm

.125

1/8"

3,2 mm

.062

1/16"

1,6 mm

Pression et énergie cinétique

Tout corps est constitué d’une certaine quantité de matière appelée masse. La masse d’un corps s’exprime en kilogrammes.

 

La masse volumique d’un matériau représente la quantité de matière contenue dans une unité de volume. Elle s’exprime en kg/m 3 . La densité d’un matériau vaut le millième de sa masse volumique (kg/dm 3 ).

 

Le poids d’un corps représente le produit de sa masse (M) par l’accélération de la pesanteur (attraction terrestre). Sur Terre, cette accélération (g) vaut un peu moins de 10 m/s 2 . D’où la relation :

P = M x g

Le poids d’un corps (P) s’exprime en newtons. Une masse de 1 kg subissant l’attraction terrestre pèse environ 10 newtons (1 daN).

 

On appelle effet dynamique d’une force, toute cause capable de produire ou modifier le mouvement d’un corps. La valeur d’une force représente le produit de la masse du corps déplacé par l’accélération (γ) résultant de l’application de la force. D’où la relation :

F = M x γ

L’accélération (γ) s’exprime en m/s/s et la force (F) en newtons. Une masse de 1 kg soumise à une accélération de 1 m/s chaque seconde subit une force de 1 newton.

 

La pression (p) représente l’effet statique d’une force appliquée sur une surface. Pour une même surface, plus la force appliquée est grande, plus la pression résultante est grande. Si l’on diminue la surface sur laquelle une force constante est appliquée, alors la pression par unité de surface augmente.

p = F/S

Une pression de 1 pascal (pa) représente une force de 1 newton appliquée perpendiculairement sur une surface de 1 m 2 . Cette unité étant très faible, on lui préfère le bar (1 bar = 100 000 pa) qui vaut environ 1 kg/cm 2 .

 

L’équivalent anglo-saxon, le p.s.i. (pound per square-inch, livre par pouce-carré), représente une force de 0,454 N appliquée perpendiculairement sur une surface 6,45 cm 2 . Il vaut 0,07 bar soit environ 70 g/cm 2 .

 

En mécanique, on dit qu’une force « travaille » quand il y a déplacement de son point d’application. En d’autres termes, lorsque le corps qui subit cette force se déplace. L’unité de travail (W) est le joule (j). Un joule représente le travail d’une force constante de 1 newton qui se déplace de 1 mètre sur son axe d’action.

W = F x L

Le travail d’une force est une manifestation d’énergie mécanique.

 

Tout corps en mouvement possède de l’énergie cinétique. L’énergie cinétique est l’énergie que possède un corps du fait de son mouvement engendré par une force. On mesure cette énergie par le travail mécanique qu’elle est capable de fournir en s’annulant, c’est-à-dire en perdant toute sa vitesse.

 

Si l’on décompose la formule du travail, on obtient :

W = F x L

= M x γ x L

= M x v/t x L

= M x v/t x ½ x γ x t 2

= M x v x ½ x γ x t

= ½ x M x v 2

L’énergie cinétique d’un corps (d’un projectile) s’exprime en joules et est égale à la moitié du produit de sa masse par le carré de sa vitesse instantanée.

E cin = ½.M.v 2

On comprend aisément que plus la masse et la vitesse initiale d’un projectile sont élevées, plus son énergie cinétique (énergie à l’impact) est grande, en théorie. En pratique, nous verrons que la vitesse décroît dès la sortie du canon (sauf pour les projectiles autopropulsés) et qu’une balle trop lourde voit, de par son inertie, sa trajectoire décliner rapidement. De plus, des vitesses initiales importantes nécessitent de fortes pressions qui mettent à mal la chambre de l’arme et les membres du tireur.

Notions de balistique appliquée

Balistique interne

Une munition (cartouche) à percussion se compose d’un projectile (1) appelé balle ou ogive 3 serti à la gueule d’un étui (2) ou douille. La base de l’étui (le culot) peut être à bourrelet ou à gorge (4) et reçoit l’amorce (5) qui, percutée, allumera la poudre propulsive (3).

 

L’étui en laiton (alliage à base de cuivre) peut être cylindrique, tronconique ou rétreint à la gueule selon l’usage auquel la munition est destinée. D’un matériau malléable, l’étui assurera une parfaite obturation de la chambre sous l’effet de la dilatation des gaz au départ du coup de feu.

 

L’amorce est une capsule comprenant une composition sensible aux chocs. Lorsque le percuteur de l’arme vient frapper l’amorce, celle-ci génère une flammèche qui va pénétrer à l’intérieur de l’étui pour enflammer la charge propulsive.

 

La cordite (nitroglycérine + nitrocellulose) fut longtemps la combinaison utilisée pour fabriquer les charges. Les poudres modernes sans nitroglycérine produisent moins de chaleur, sont moins corrosives avec un pouvoir mécanique bien meilleur. On peut gérer la vitesse d’inflammation de la poudre en lui procurant une texture en paillettes, en grains, en cylindres ou en sphères 4 .

 

La balle sphérique en plomb n’est plus utilisée que dans les armes anciennes conçues pour elle. Très malléable, le plomb épousait parfaitement les rayures du canon et sa forte densité (σ = 11340 kg/m 3 ) assurait une inertie importante au projectile ; mais le plomb encrasse les canons et la sphère n’est pas une forme aérodynamiquement profilée.

 

La mécanique des corps en mouvement et les lois de l’aérodynamique étant passées par là, les balles modernes adoptent des formes plus variées. Si la structure est toujours en plomb, la balle peut-être blindée ou semi-blindée, c’est-à-dire recouverte totalement ou partiellement d’une chemise cuivrée ou en acier doux nickelé.

 

Obtenir du projectile qu’il conserve l’énergie et la vitesse acquises à la sortie du canon le plus longtemps possible sur une trajectoire la plus rectiligne possible : c’est la quadrature du cercle transposée aux armes à feu.

 

Quelle serait la munition idéale ? Une balle lourde offrant une grande inertie sertie dans un long étui fortement chargé d’une poudre lente (quelques mètres par seconde), permettant une accélération constante dans un canon long, afin d’obtenir la plus grande vitesse initiale possible.

 

Une des plus puissantes munitions pour arme à feu « légère » est la .700 Nitro Express conçue en 1988 par la firme anglaise Holland & Holland pour la chasse au grand gibier africain.

Une balle de 65 grammes, d’un diamètre de 17,8 mm sertie dans un étui de 3,5 pouces (89 mm) développant une énergie à la bouche (E 0 ) de 12 000 joules à une vitesse (v 0 ) de 610 m/s : en termes plus concrets, le projectile développe une force de 16 000 newtons (≈ 1,6 tonne) à 2 200 km/h sous une pression de 640 bars (≈ 640 kg/cm 2 ), et génère un recul de 266 joules. Bon courage !

H&H fabrique, bien sûr, la carabine (6,3 kg) qui va avec pour environ 100 000 $. Étant donné la qualité des aciers utilisés et la précision des assemblages nécessaires, on ne pouvait s’attendre à moins pour tirer une cartouche valant elle-même une centaine de dollars.

 

Au moment du tir, les gaz produits par l’inflammation de la poudre exercent une forte pression sur la base du projectile et l’expulsent de l’étui. Durant sa trajectoire dans le canon (trajectoire interne), la balle continue à subir une accélération grâce à la combustion progressive de la poudre.

 

Le graphique ci-dessus représente la valeur de la pression des gaz (p) durant la trajectoire interne du projectile dans un canon de longueur (L). Entre A et B, il y a très forte augmentation de la pression des gaz due à l’intense combustion de la poudre. Entre B et C, il y a ralentissement de la combustion mais on constate que la pression des gaz est toujours en augmentation. Au point culminant C, la combustion est terminée et la pression des gaz chute progressivement (détente adiabatique 5 ) jusqu’en D (bouche du canon) où il demeure une légère pression résiduelle.

 

On comprend aisément que si le canon est trop long au regard de la charge, la détente des gaz sera terminée avant l’expulsion de la balle, dégradant fortement la vitesse de sortie à la bouche (v 0 ) en raison de l’absence de poussée (pression des gaz nulle) et des frottements internes. Si celui-ci est trop court, l’ogive sera expulsée du canon alors que la phase de propulsion n’est pas terminée (entre B et C). La détente rapide des gaz se produisant à la bouche, le recul sera conséquent et l’énergie E 0 fortement dégradée en raison de la perte de rendement de la combustion.

Balistique externe

Une très grande vitesse initiale (v 0 ) est indispensable pour offrir au projectile une trajectoire externe tendue, la plus rectiligne possible. Pour une même charge, un petit calibre permettra d’obtenir ce résultat, mais la balle légère sera plus sujette aux altérations de trajectoire dues aux éléments extérieurs comme le vent, la densité de l’air, la pression atmosphérique et la température ambiante. Pour réduire cette sensibilité, les manufacturiers gravent entre 4 et 6 rayures hélicoïdales à l’intérieur du canon pour imprimer au projectile un mouvement rotatif (entre 3000 et 4000 tours par seconde) sur son axe et lui conférer une stabilité gyroscopique garante d’une meilleure précision et d’une plus grande portée.

Pour parfaire cette stabilité gyroscopique, la balle doit avoir une longueur comprise en 3 et 5 fois son diamètre. Trop courte ou trop longue, elle aura tendance à se mettre en travers de sa trajectoire.

 

En réalité, la trajectoire externe est toujours courbe. C’est la ligne suivie par le centre de gravité du projectile depuis la bouche du canon jusqu’à l’impact : la résistance de l’air et les lois de la gravité terrestre font chuter la balle vers le sol. La trajectoire sera d’autant plus tendue (rasante) et longue, que la vitesse (v 0 ) du projectile sera grande. Au fur et à mesure du parcours de l’ogive, sa vitesse diminue : on peut ainsi mesurer la vitesse à 50, 100, 200 ou 300 mètres (respectivement v 50 , v 100 , v 200 , v 300 ) et les énergies résiduelles correspondantes (E 50 , E 100 , E 200 , E 300 ).

La DRO (Distance de Réglage Optimale) est la distance maximale qui permet de tirer sans que la flèche de la trajectoire réelle n’atteigne des valeurs excessives par rapport à une trajectoire idéale : la ligne de mire. La DRO est fonction du calibre, du poids et de la forme de la balle, de la charge de poudre et de l’arme utilisée. En général, pour des DRO comprises entre 100 et 300 mètres, la flèche n’excède pas 3 pouces (7,6 cm).

 

La densité de section (masse en grammes/section en mm 2 ) est le repère de rasance et de stabilité du projectile. Plus la densité de section est élevée, plus le projectile est stable, plus la trajectoire est tendue.

La densité de section de la .700 NE citée plus haut est de 0,26 comparable à celle d’une balle de calibre .243 Win (6,5 g) de 0,22. Cette dernière affiche une v 0 de 940 m/s avec une E 0 de 2 850 joules offrant une DRO de 200 m.

Dix fois plus lourde, on comprend qu’à trajectoire identique la puissance d’arrêt de la première soit nettement supérieure.

 

Il faut garder à l’esprit que si la précision chute considérablement au-delà de la DRO, le projectile n’en demeure pas moins dangereux sur une trajectoire aléatoire pouvant dépasser le kilomètre.

 

Les munitions utilisées dans les armes des tireurs d’élite ont des DRO qui peuvent atteindre le mille nautique (1 852 m). Des tables de calcul informatiques permettent alors de corriger les réglages de la lunette en fonction des conditions atmosphériques du moment 6 .

 

De ces considérations mathématiques précieuses pour les chasseurs, les tireurs sportifs et les tireurs d’élite, on retiendra surtout le résultat d’une étude menée par le FBI américain : sous l’effet du stress engendré par un engagement à l’arme à feu, un agent perd 85 % de ses perceptions sensorielles ; et si 70 % des engagements ont lieu à une distance inférieure à 3 mètres, 70 % des projectiles tirés n’atteignent pas la cible !…

Les munitions létales

On appelle ainsi toute munition dotée d’un projectile capable d’occasionner des lésions sérieuses, graves, voire irréversibles aux tissus musculaires et/ou fibreux d’un être vivant ainsi qu’à son squelette. Par hémorragie ou par inhibition, un projectile létal peut entraîner la mort sans précisément toucher un organe vital 7 .