source : Contribution à l’histoire industrielle des polymères en France, par Jean-Marie Michel

Les puissances étrangères apprennent après 1886 que la France possède une nouvelle poudre révolutionnaire.

 
Capture d’écran
 

EXPLOSIFS et POUDRE de GUERRE : LA POUDRE SANS FUMEE

Premières pages


En France, l’emploi de coton-poudre comme matière explosive dans les armes de guerre avait été officiellement écarté à la suite du rapport de la Commission du Pyroxyle qui avait conclu en 1852 que « dans l’état actuel auquel les diverses tentatives faites par l’Artillerie et par les différents chimistes et industriels ont amené la préparation de ces produits, il n’y a pas lieu de continuer les expériences au point de vue de leur emploi dans les armes de guerre”’.

L’échec du coton-poudre est attribuable à deux causes fondamentales : –  son instabilité, illustrée par les explosions inexpliquées de produits stockés. On considère qu’il s’agit là d’un caractère intrinsèque à la matière, son comportement brisant à l’allumage, responsable de nombreux accidents par bris d’armes.

Si ces conclusions signifient l’arrêt des études françaises sur les applications balistiques de la cellulose nitrée et l’orientation des recherches vers d’autres substances organiques tel l’acide picrique de Designolle, par contre, en Autriche, von Lenk’ poursuit ses expérimentations jusqu’à un niveau très avancé ; en 1862, elle possède trente batteries pour l’usage exclusif du coton-poudre. Elles cessent avec l’explosion de tous les dépôts de la lande de Simmering, près de Hirtenberg, le 30 juillet 1862, et ceux de Wiener Neustadt. En Angleterre, celle l’usine de Faversham en 1847 a gelé les expérimentations et ruiné les espoirs d’une production industrielle. Frédéric Abel reprend cependant l’étude en fondant sa décision sur l’hypothèse que l’instabilité du coton-poudre est provoquée par la présence de résidus acides qui jouent le rôle de catalyseurs de décomposition. I1 met au point une procédure sévère de traitement du coton nitré, passant par un broyage des fibres dans un moulin broyeur, leur transformation en pulpe à l’instar des pâtes papetières, des lavages répétés et, in fine, la compression de la pâte dans une presse hydraulique, sous forme de blocs solides humides. La qualité et l’intérêt des travaux de Frédéric Abel sont reconnus et font date. La production redémarre en 1965 à Stowmarket avec le procédé Abel et à Waltham Abbey où la production atteint 250 tonnes/an, en 1972. Mais ces travaux n’empêchent pas l’explosion de la poudrerie de Stowmarket en 1871. La production est destinée à la charge des torpilles et mines sous-marines“. En France, la production de coton-poudre pour la marine, destinée aux mêmes applications, commence plus tard, en 1973, à la Poudrerie du Moulin-Blanc située près de Brest, en appliquant les procédures de Frédéric Abel’.

Les travaux anglais ouvrent la voie à une fabrication plus sûre, mais le problème balistique subsiste, obstacle majeur au développement de son utilisation dans l’armement. Les chiffres parlent d’eux-mêmes : « Les canons de fusil qui supportent 30 grammes de poudre noire éclatent avec 7 grammes de fulmicoton. Avec une charge de 2,86 grammes, les fusils sont mis hors d’usage après 500 coups, tandis qu’il en faut 25 à 30.000 avec la poudre ordinaire » ». Séguier résume simplement le problème : avec le coton-poudre, la déflagration est trop rapide et les armes éclatent du fait de l’inertie du projectile, il faut donc maîtriser la combustion. « Les chasseurs à la sarbacane savent très bien que l’impulsion la plus grande de la boulette de terre glaise ou de la houppe munie d’un dard est obtenue avec la moindre fatigue pulmonaire quand le souffle impulseur a été émis d’une manière graduellement croissante.”

Si en France, la recherche de poudre pour arme au nitrocoton marque le pas, à l’étranger, certains mettent au point par une démarche empirique des poudres de chasse sans fumée »’

–   Frédéric Abel essaie en 1865 des mélanges de nitrocellulose (coton-poudre et coton nitré pour collodion) qu’il traite, mais seulement superficiellement, avec de l’alcool éthylique ou des mélanges éther sulfurique-alcool.

–    Edouard Schultze, en Allemagne, propose à Berlin en 1865 une poudre obtenue par nitration de petits morceaux de bois, au préalable soigneusement traités. Après réaction, le bois nitré est lavé, puis trempé dans une solution de nitrate de potassium et de nitrate de baryum. Trente ans plus tard, cette poudre était encore fabriquée et vendue comme poudre de chasse.

–  Frédéric Volkmann, en Autriche, améliore quelques années plus tard le procédé de Schultz et fabrique de 1872 à 1875 une poudre présentant toutes les qualités d’une poudre sans fumée qu’il appelle Collodine. Le bois nitré (du bois d’aulne) est gonflé dans un solvant. Le gel obtenu peut être moulé par pressage. Pour cause de monopole d’Etat, l’usine est fermée en 1875.

en Allemagne, à Rottweil, on fabrique aussi une poudre gélatinisée. Aux Etats-Unis, Reid brevette en 1882 un procédé d’agglomération des grains de pyroxyline par traitement avec un solvant.

Pourtant plusieurs raisons militent en faveur d’une poudre de guerre nouvelle :

–     l’évolution de l’armement vers des cadences de tir rapides. Il faut une vitesse de combustion lente, même aux hautes pressions et une décomposition progressivement croissante sur le projectile déjà en mouvement. C’est l’impulsion dans la sarbacane du chasseur de Séguier.

–  le souhait de l’Armée de pouvoir disposer d’une poudre sans fumée.

Concernant le premier point, on s’efforce d’améliorer la poudre noire. En Allemagne sont mises au point les poudres prismatiques. Elles sont faites à partir d’un charbon à combustion rapide ; le taux de soufre est sensiblement inférieur au taux habituel. Le mélange des composants est fortement comprimé sous forme de petits prismes hexagonaux, traversés au centre par un trou cylindrique. Mais il s’agit là de progrès limité. Même très compactée, cette poudre répond insuffisamment aux exigences de progressivité. Quant aux tentatives faites avec la nitrocellulose, en particulier pour certaines poudres de chasse citées ci-dessus, « il (leur) manquait (…) la forme régulière et la gélitinisation égale et complète de la matière bien cylindrée, c’est-à-dire les éléments capables d’assurer une utilisation rationnelle.

Quant au second point, la poudre noire est évidemment mal placée. Sa fumée est constituée à hauteur de plus de 50 % par des matières solides (carbonate de potassium, sulfate de potassium) qui forment la fumée et contribuent aussi à l’usure des canons de fusil. Par contre, les produits de combustion du coton-poudre sont entièrement gazeux.


Les travaux de Vieille : loi de combustion et poudre B.

C’est dans ce contexte qu’en France, le Service des Poudres et Salpêtres décide d’engager des études fondamentales du processus de combustion des poudres. L’objectif est ambitieux de chercher à prévoir le comportement balistique d’un projectile à partir des caractéristiques de l’explosif mis en œuvre et de l’arme utilisée. Il faut comprendre les processus complexes qui englobent la combustion de la poudre, la formation des dégagements gazeux à des températures et sous des pressions variables, le déplacement du projectile dans le canon, sa trajectoire dans l’air. Une telle analyse est une œuvre complexe ; elle fait appel à des disciplines nombreuses qui, à cette époque et durant une bonne partie du 19ᵉ siècle, étaient peu ou pas développées : la thermodynamique chimique, la physique des réactions explosives, la balistique, la mécanique rationnelle. Il appartiendra aux polytechniciens du Service des Poudres et Salpêtre de la mener à bien. Déjà vers les années 1830, Piobert s’était attelé à analyser le mode de combustion de la poudre noire à l’air libre, donc dans des conditions très éloignées de la réalité, dans l’espoir de pouvoir établir un lien avec les effets observés dans les armes. La question est en effet primordiale : la loi de combustion de la poudre est le fait chimique central. A cette époque, d’après les travaux de Maguin ‘, on sait déjà que le feu se propage de grains à grains sans embraser d’un seul coup la masse pulvérulente et que la dimension des grains doit être adaptée à l’arme utilisée. De ses recherches, Piobert conclut que la combustion des poudres s’effectue par couches concentriques successives et que la pression est sans incidence sur la combustion.

Ces résultats sont contestés. La nécessité s’impose de reprendre ces travaux avec des moyens expérimentaux nouveaux et d’étudier les faits à la lumière des nouvelles connaissances. La science a progressé, notamment la thermodynamique chimique dont les règles ont été établies par Berthelot en 1871.

C’est dans cette entreprise qu’intervient Paul Vieille en 1875 en entrant dans le Service des Poudres et Salpêtre après avoir terminé ses études à l’Ecole Polytechnique ». Il rassemble un corps de méthodes expérimentales. « Entre la fabrication proprement dite des explosifs, c’est-à-dire leur production industrielle et leur utilisation dans les armes de guerre, c’est-à-dire la constatation de leurs effets balistiques, il paraît indispensable de faire une place à ce qu’on pourrait appeler l’étude physiologique des explosifs, études de laboratoire dans lesquelles leur mode de fonctionnement intime peut étre analysé sans polygone, à l’aide d’appareils simples dont le maniement est silencieux, inoffensif pour le voisinage, sinon d’une façon absolue pour l’opérateur. »‘ Avec Berthelot d’ailleurs nommé président de la Commission des substances explosives lors de sa création en 1875 » —, il développe la bombe calorimétrique. Grâce à un travail expérimental important, une approche pluridisciplinaire, Vieille arrive à ses conclusions célèbres : la combustion des poudres se fait par couches parallèles. La loi de Piobert est validée. Mais, s’agissant des poudres noires, classiques, industrielles, elle doit être interprétée. Ces poudres (mélanges de particules de charbon, nitrate de potassium, soufre) sont toujours constituées de grains individualisés. On peut faire varier leur compacité en les affinant et les comprimant, mais on ne parvient jamais à supprimer les interstices ni réduire complètement la structure granulaire. Aucune poudre noire industrielle ne brûle en respectant la loi des couches parallèles. Il faudrait, pour y accéder, que le matériau soit constitué par une phase homogène, isotrope, sans ces vides interstitiels. Vieille ne cantonne évidemment pas ses études à la poudre noire : il les étend aux nouveaux produits apparus depuis Piobert et notamment la pyroxyline. Ces produits explosifs, préparés à partir de nitrocelluloses gélifiées, que Vieille, adoptant la terminologie et les concepts de l’époque, qualifie de « colloïdaux » par comparaison avec la poudre noire « cristalline », ont perdu la structure fibreuse de la matière cellulosique. Ils obéissent au mode de combustion par couches parallèles. Ce ne sont plus des poudres proprement dites, constituées de grains élémentaires, contenant des zones vides, mais une matière homogène dont la géométrie utile, celle à prendre en compte dans le processus de combustion, peut ètre modifiée, à volonté par le fabricant. Car la nitrocellulose plastifiée peut être laminée en feuilles d’épaisseurs variées, extrudée en joncs, moulée en plaques, lesquelles sont découpées en éléments de caractéristiques géométriques précises. Mais pour produire cette nouvelle poudre, il faut pouvoir transformer le coton-poudre qui se trouve à l’état fibreux. Pour la fabrication du celluloïd, la plastification est apportée par le camphre dont le point d’ébullition élevé garantit sa permanence au sein du mélange. Ici, où la plastification n’est souhaitée qu’à titre provisoire, on met en œuvre une substance organique (éther, ester, cétone) de point d’ébullition suffisamment bas pour s’éliminer facilement, après mise en œuvre, c’est-à-dire après les opérations de transformation, calandrage ou extrusion, puis découpage. Grâce aux propriétés « plastiques » de la nitrocellulose encore chargée de solvant, on peut confectionner ainsi, après ces opérations de transformation, des éléments (fils, plaques, bandes) de géométrie définie, répondant au mieux aux exigences balistiques du type d’arme auquel l’explosif est destiné.

C’est le point de départ du développement industriel des poudres de guerre au coton-poudre dites sans fumée, mais aussi sans résidu. Par le choix des paramètres géométriques, il est possible de maîtriser la vitesse de combustion en fonction du calibre de l’arme, du pistolet d’ordonnance au canon de marine, afin que cette combustion s’effectue « progressivement pendant le déplacement du projectile », ce qui assure des pressions modérées à l’intérieur de l’arme et, corrélativement, « une supériorité de puissance considérable » par rapport à l’ancienne artillerie . Cette poudre est immédiatement adoptée par le gouvernement français sous le nom de « poudre B ».

Ainsi, quarante ans après, les prédictions de Schöenbein se concrétisent. Curieusement, alors que le gouvernement français, à travers ses commissions, avait manifesté un parfait ostracisme vis-à- vis du coton-poudre et négligé d’en approfondir l’étude, c’est à un Français, fonctionnaire de ce gouvernement, que revenait le mérite de découvrir, à travers une démarche très cartésienne, l’intérêt pratique du pyroxyle dans le domaine des armes.

Pour aboutir à ce résultat, Vieille a effectué un travail expérimental considérable. Il a non seulement développé la calorimétrie, mais aussi les mesures des températures de combustion, les mesures des très hautes pressions en développant et améliorant le manomètre à écrasement inventé par l’Anglais Noble. Sur le plan chimique, il a étudié la nitration de la cellulose, confirmé la progressivité du processus de nitration, établi une relation entre taux de nitration et propriétés ‘. Son apport essentiel est sa conclusion sur le mode de combustion des poudres, fruit d’une démarche scientifique rigoureuse. Ce que Georges Urbain résume en écrivant qu’avec Berthelot et Sarrau, directeur des études au Service des Poudres et Salpêtre, il a « transformé de fond en comble ce qui n’était encore qu’un art pour en faire une véritable science ».

Les premiers résultats pratiques datent de la fin de l’année 1884. Les puissances étrangères apprennent après 1886 que la France possède une nouvelle poudre révolutionnaire. L’espionnage allemand arrive à s’en procurer un échantillon, mais ne l’identifie pas. En 1890, pour Abel qui a eu entre les mains quelques « petites tablettes brun-jaunâtres » de poudre B, il s’agit d’acide picrique : « ce n’est plus un secret pour personne que ce composé forme la base de l’explosif tant vanté et mystérieux que le gouvernement français a, dit-on, payé fort cher et dont les propriétés sont, d’après les descriptions, merveilleuses. » Mais, assez rapidement, les autres pays identifient la nature de la poudre B. Les travaux contemporains de Nobel vont aussi contribuer à cette connaissance. La découverte de Vieille est intervenue dans un contexte international particulièrement propice. Aussi, malgré les précautions prises pour maintenir secrètes les données techniques, l’exemple de la France a pu être rapidement suivi.

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