Poudre noire

Lapoudre noire, parfois dénomméepoudre à canonoupoudre à fusil, est le plus ancienexplosifchimique connu. De couleur noire, elle est constituée d'un mélangedéflagrantdesoufre, denitrate de potassium(salpêtre) et decharbon de bois.
Inventée enChineprobablement vers leIXsiècle, elle est importée en Europe au cours duxivsiècle avec l'intensification des échanges commerciaux entre l'Orient et l'Occident. La poudre noire s'est progressivement diffusée enEuropeet enAsiejusqu'auXIIIsiècle. Utilisée pour lescanonset lesfusils, c'était le seul explosif chimique connu jusqu'auXIXsiècle. La poudre noire n'est plus utilisée de nos jours, ni pour les armes modernes, ni pour les applications industrielles, en raison de sa faible efficacité comparée à celle des explosifs plus récents. Son usage est aujourd'hui limité à des armes anciennes dechasseet detir sportif(armes authentiques ou répliques), auxpétardset auxfeux d'artifice.
Certaines sources situent l'invention de la poudre noire durant ladynastie Han(206 av. J.-C.à220 ap. J.-C), mais la plupart des historiens pensent que la poudre à canon fut inventée enChinevers leVIIsiècle, durant laDynastie Tang(618-907). Enchinois, la poudre à canon est désignée par le terme Huoyao (chinois:火药;pinyin:huǒyào;litt.« substance à feu ») et est d'abord utilisée pour ses propriétés médicinales.
Au milieu de ladynastie Xixia, vers1044, il est conseillé d'éviter ce type de mélange qui risque d'exploser. LeWujing Zongyao(武经总要, « Principes généraux du classique de la guerre ») donne une méthode de fabrication de grenades à poudre noire, dont l'effet principal semble encore être le bruit. AuXsiècle, apparaissent les premièreslances de feu, au départ de simples tubes de bambou contenant de la poudre noire et un projectile, dispositif fixé sur une lance chinoise (Qiang). Il semble qu'aux alentours de1130, des tubes de bambou remplis de poudre noire servirent delance-flammes.
Les techniques de fabrication de la poudre auraient été transmises au monde arabo-perse entre leVIIIsiècleet leIXsiècle, car des échanges de techniques d'alchimie existaient déjà entre le monde musulman et le monde chinois. Cependant l'usage « connu » de la poudre semble plutôt dater duXIIIsiècle, avec des mentions écrites de composition à base de salpêtre, lors des guerres entre ladynastie Yuanet les pays musulmans d'Asie centrale. Dès 1326, le chapelain du roi Edouard II d'Angleterre décrit les premières armes à feu. La poudre à canon a été introduite en Europe à partir duXIIIsiècle, principalement par l'intermédiaire d'échanges commerciaux avec le monde arabe. Il semble également que les Mongols aient joué un rôle déterminant.
À partir duXIVsiècle, la poudre noire est utilisée pour animer lesspectacles équestresduMaghreborganisés par lestribusberbères.
Roger BaconetAlbert le Granden mentionnent la recette, en s'inspirant de celle donnée par Marcus Graecus dans son manuscritLiber ignium ad comburandos hostes(1230), mais le but en reste incendiaire. Selon d'autres sources, le moine allemandBerthold Schwarzest considéré comme celui qui redécouvrit ses secrets en Occident.Ibn Khaldounmentionne un usage de la poudre pour l'artillerie en 1273 au siège de Sidjilmesa. Les premièresarmes à feuutilisables apparaissent environ cinquante ans plus tard.
C'est en 1617 qu'est attestée la première utilisation de la poudre noire en Europe pour l'extraction de minerais dans unemine de cuivreduThillotgrâce aux travaux archéologiques menés par laSociété d'étude et de sauvegarde des anciennes mines(SESAM) depuis 1987 dans ces mines.
En 1829,Samuel Coltest le premier à faire déflagrer une charge de poudre sous l'action d'un courant électrique.
En 1886 est inventée lapoudre pyroxylée, qui dégage beaucoup moins de fumée et peu de résidus lors de sacombustion. Cette poudre est aujourd'hui utilisée dans toutes les armes contemporaines, car la quasi absence derésidusne les encrasse pas. L’introduction de la poudre à canon provoque une révolution militaire sans précédent : les murs des forteresses et des châteaux forts ne résistent pas longtemps au pouvoir destructeur des nouveaux canons, et les combats se déplacent des abords des châteaux aux champs de bataille. Les châteaux eux-mêmes évoluent : puisqu’ils n’ont plus de rôle défensif, ils deviennent des lieux de résidence prestigieux pour les nobles.
AuxXIVetXVsiècles, la composition massique était : six parties desalpêtre(75 % nitrate de potassium KNO3) pour une partie desoufre(12,5 %) et une partie de carbone sous forme decharbon de bois(12,5 %). Mais ultérieurement, on trouve des compositions variables selon les usages.
Par exemple (pourcentages massiques) :
Dans lespièces d'artifices, on trouve généralement la composition (charbon 15 %, soufre 10 %, salpêtre 75 %). Cette poudre est un mélange de deux éléments très combustibles (le soufre et le charbon), avec un corps trèsoxydant: le salpêtre. La qualité de la poudre est due en grande partie au charbon utilisé. Il provient duboisd'arbres des plantes telles queRhamnus frangula(Bourdaine),Solanum mauritianum,Prunus domestica(Prunier),Salix caprea(Saule marsault) ouFraxinus americana; parpyrolyseà500°C, on obtient ducharbon noir(poudre deguerre), tandis que la pyrolyse à300°Cdonne ducharbon roux(poudre dechasse).
Pour que lacombustionse déroule efficacement, le soufre et le charbon doivent être broyés en poudres fines (moins de 80 nanomètres), avant de le mélanger avec unmoulin à billes. Par la suite, un mélange de nitrate de potassium et d'alcool est ajouté et le tout est mélangé dans un mélangeur pour obtenir un mélange très homogène. Enfin, le mélange est séché à basse température et doucement réduit en poudre à l'aide d'un pilon. On obtient une poudre noire qui brûle comme un flash.
La poudre noire craint beaucoup l'humidité, contrairement à ses descendantes modernes (poudres pyroxylées).
La poudre noire, contenant du salpêtre, a un goût salé en raison de ce constituant (nitrate de potassium KNO3). Pendant les différents conflits européens de la fin duXVIIIet du début duXIXsiècle, les soldats utilisaient de la poudre noire pour assaisonner et conserver leurs aliments lorsque le sel venait à manquer. Le salpêtre est encore utilisé de nos jours comme conservateur (on en trouve dans la charcuterie par exemple).
L'équation de la combustion de la poudre à canon (charbon 15 %, soufre 10 %, salpêtre 75 %) est la suivante :
Les résidus solides sont appelés « calamine ».
Parmi les avantages de la poudre noire, notons qu'elle est peu onéreuse, stable et qu'une faible quantité d'énergieen provoque lacombustion. Ainsi, peut-on l'enflammer à l'aide d'uneflamme, d'unefriction, d'uneétincelle, ou même d'unlaser. Il en résulte que sa manipulation est dangereuse.
Elle produit :
Pour ces raisons, on lui préfère aujourd'hui lapoudre sans fumée.
Au cours duXIXsiècle, les chimistes mirent au point un procédé permettant d'obtenir de la poudre noire en grains, dont la taille peut être modulée selon l'usage prévu : plus les grains sont petits, plus la poudre obtenue est dite « vive », c'est-à-dire qu'elle présente une vitesse de combustion élevée. Ce conditionnement permet également de mieux conserver et de mieux doser la poudre noire.
La poudre noire contient à la fois un combustible et un comburant. Le comburant est le salpêtre qui libère de l'oxygène au cours de la réaction, venant oxyder les combustibles (soufre et carbone).
Stable à température ambiante, un petit apport d'énergie localisé suffit à amorcer la réaction.
Du fait de sa vitesse de combustion à l'air libre, on dit que la poudre noire « déflagre », ce qui signifie que l'ondede combustion (front de flamme) se déplace moins vite que les gaz engendrés, ne produisant donc pas d'onde de choc. Placée dans un endroit confiné qui permet une élévation de la pression des gaz, elle« détone »(engendre une onde de choc) et produit un effet de souffle assez important en raison du volume de gaz produit. On estime que la vitesse de propagation des gaz n'excède pas400m/sdans le meilleur des cas.
Considérée comme un explosif à effet de souffle, par opposition aux explosifs à effet brisant, elle a longtemps été utilisée à cette fin.
La température de la réaction est assez élevée (plus de2 000K) mais reste nettement inférieure à celle obtenue avec des explosifs modernes (TNT,dynamite, poudres pyroxylées), limitant les risques de brûlures. L'ajout de certains composés chimiques ou de corps simples (particules métalliques, oxydes, etc.) permet de modifier la couleur de la flamme obtenue et est utilisé dans les feux d'artifice par exemple. La fumée dégagée par la réaction chimique est blanche, assez dense, en raison de nombreuses particules issues de la combustion.
Lors de son élaboration, la poudre noire suit un protocole précis, pratiquement identique dans les différents pays de production. En France, et plus particulièrement à la poudrerie de Vonges, le protocole est le suivant :
Les éléments entrants dans la fabrication de la poudre noire sont stockés séparément. Le charbon de bois issu de labourdaineproduit en Europe, arrive en vrac. Il est stocké dans des poches en tissu (coton) dans un hangar chauffé l’hiver et ventilé l’été pour obtenir le meilleur séchage possible. Lesoufreet lesalpêtreimportés très souvent du Mexique et du Chili, sont livrés en sacs (papier ou polyester) de 25kg. Dans la composition de certaines variétés de poudres noires, il y est ajouté quelquefois duligniteimporté régulièrement d’Allemagne, en quantité précise.
Dans un premier atelier nommé « tonnes binaires » (tonneaux en acier de 2mde diamètre et 2mde hauteur équipés d’une porte d’accès, placés horizontalement sur un axe rotatif contenant un poids précis de billes en bronze pur d’environ 2cmde diamètre, entraînés par des courroies), le charbon de bois et le soufre sont malaxés ensemble. L’atelier est équipé d’un nombre variable de « tonnes », généralement une dizaine.
Après plusieurs heures de pulvérisation des composants, les tonnes sont vidées sur un tamis très fin et leur contenu stocké dans des étouffoirs (tonneaux en matière plastique).
Dans cette deuxième phase, le produit arrivant des tonnes binaires est mélangé au salpêtre, en respectant des poids très précis suivant la variété de poudre à fabriquer. Une certaine humidité est observée à ce mélange en y ajoutant un peu d’eau. Tout en restant compact, le mélange est entreposé dans des bacs plastiques individuels de 15 à 25kg.
Ces bacs sont entreposés dans un hangar fermé attenant aux ateliers des préparations.
Le mélange provenant de l’atelier des ateliers des préparations entre dans sa troisième phase de fabrication. Entre 120 et 200kgde matière, sont déposés sur une piste en fonte sur laquelle tournent autour d’un axe entraîné par courroies, deux meules en fonte également, d’environ 1,50mde diamètre, pesant plusieurs tonnes (voir photo ci-contre).
Le mélange, malaxé 30 à 50 min par les meules, est sorti en plusieurs morceaux de poids variables (galettes). Ces morceaux (galettes) sont répartis dans les bacs provenant des ateliers des préparations et entreposés dans un autre hangar dédié, fermé, attenant aux ateliers des meules.
Les galettes provenant des ateliers des meules entrent dans la quatrième phase de fabrication. Environ 100kgde galettes sont déposés dans une tonne grenoir (sorte de tonneau fait de deux disques en bois cerclé de bronze, de 1,5mde diamètre dont un est équipé d’une porte d’accès à son centre, placés horizontalement sur un axe rotatif à 1md’écart, équipés sur leurs circonférences d’un grillage quadrillé en inox les reliant entre eux, entraînés par des courroies). Un poids précis de boules de bois (gaïac) d’environ 10cmde diamètre, sont placées dans ce tonneau. Sous l’effet des boules bondissantes lors de la rotation, les galettes sont cassées en de nombreuses particules qui passent au travers d’une toile tamis (en nylon) de différentes grosseurs selon la variété de poudre fabriquée. Ces grains sont récupérés à l’extrémité du tamis et entreposés dans des sacs de toile (coton).
Lorsque la tonne grenoir est vidée de son contenu, elle est de nouveau approvisionnée de galettes. Cette phase dure de 40minà plus d’une heure.
Les grains fabriqués avec les galettes provenant des ateliers des meules, sont entreposés en sacs dans un autre hangar dédié, fermé, attenant aux ateliers des grenoirs.
La poudre constituée des grains fabriqués dans les ateliers grenoirs, arrive dans sa cinquième phase de fabrication. Plusieurs centaines de kilos de poudre sont déposés dans une tonne lissoir (sorte de tonneau en bois cerclé de bronze, de 1,5mde diamètre, équipé d’une porte d’accès, placé horizontalement sur un axe rotatif, entraîné par des courroies). On ajoute à ces grains avant de refermer la porte quelques centaines de grammes de poudre degraphite. Ce graphite augmente la fluidité des grains et les protège de l'humidité.
Les grains provenant des ateliers grenoirs, mélangés plusieurs heures (quatre à cinq heures), sont déversés sur un tamis de la grosseur du grain voulu, puis entreposés en sacs dans un autre hangar dédié, fermé, attenant aux ateliers des grenoirs. Ce tamis élimine les poussières restantes et les plus gros grains.
La poudre de l’atelier lissoir arrive dans sa sixième phase de fabrication. Plusieurs centaines de kilos de poudre sont déposés sur un grand châssis de bois (environ 15m) recouvert d’une toile de coton, sur une épaisseur d’une dizaine de centimètres. Cette poudre est séchée par de l’air chauffé à45°C, arrivant sous la toile en coton durant vingt-quatre heures.
La poudre noire, provenant de sa dernière phase de fabrication, est entreposée en sacs dans un autre hangar dédié, fermé, attenant au séchoir.
Il existe quelques variantes dans la fabrication de la poudre noire, elle ne subit pas forcément toutes les différentes phases décrites ci-dessus. Par exemple, le pulvérin ou le MCHA destinés à la fabrication des artifices ou utilisé dans les carrières d’extraction de pierres, ne subissent pas de phase de séchage.
La poudre noire ainsi obtenue après avoir subi toutes ces phases de fabrication, est destinée à l’emballage, l’emboîtage, ou à la fabrication de pastilles ou de cartouches. Au cours des dernières phases de finition, des échantillons de poudre noires sont prélevés pour être analysés en laboratoire pour déterminer toutes ses caractéristiques techniques ainsi que son taux d’humidité.
Il convient de noter qu’avant l'utilisation de l'électricité, les différents ateliers de fabrication de la poudre noire étaient tous alimentés par la force hydraulique. Lorsque les ateliers ont été modernisés, les axes de transmissions qui étaient entraînés par des courroies, l'ont été par des moteurs électriques. Il convient de noter que pour leur sécurité, tous les ouvriers de fabrication de la poudre noire, qui conduisent les ateliers (excepté les tonnes binaires et les préparations), se trouvent, durant le fonctionnement des ateliers, derrière des murs forts de plus d'un mètre d'épaisseur. Ils doivent tenir, hiver comme été, les sols humides de leurs ateliers en les aspergeant régulièrement à l'eau.
Les principales différences entre les différents types de poudres noires que l’on peut trouver sur le marché, résident dans leursgranulométries, ce qui confère à chacune sa vivacité propre. Plus les grains sont petits, plus la poudre est dite « vive », plus elle brûlera vite, plus la montée en pression sera rapide et inversement.
Plus la différence entre les tailles de grains est faible, plus la poudre est homogène, plus la montée en pression et la vitesse des balles seront reproduites à l'identique d'un tir à l'autre et donc, plus la précision sera accrue.
En effet, une poudre hétérogène, comme laSNPEPoudre Noire Chasse, contient des grains qui vont de FFFFFg (pulvérin) à FFg (poudre lente).
Comme les grains de granulométries différentes ne sont jamais parfaitement mélangés dans un bidon ou dans une doseuse, il y aura forcément des charges plus vives que d'autres, ce qui engendrera des pressions et des vitesses de balles différentes.
Le tableau supra permet de visualiser la granulométrie de chaque poudre noire et leur classement en conséquence. Il concerne les poudres noires disponibles actuellement, sur le marché français. Les poudres françaises sont représentées en gris et les poudres suisses en noir. Elles sont classées dans l'ordre décroissant, selon leur granulométrie moyenne. En fond, un code de couleurs symbolise l'échelle américaine de granulométrie, de Fg à FFFFg. Les poudres pourront donc être comparées avec cette échelle et donc, avec les poudres américaines.
Ceci est particulièrement intéressant pour transposer en France, avec les PN suisses et françaises, les recommandations américaines, qui sont faites avec leurs PN.
La fabrication, le stockage, le transport et la manipulation de poudre à canon ont été source de nombreux accidents, le plus important étant l'explosion de la poudrerie de Grenelleen 1794 qui fit plusieurs centaines de morts.
En outre, la poudre à canon sous forme agglomérée assure de mauvais groupements et engendre des risques supplémentaires lors de l'utilisation.
En Allemagne la poudre noire est vendue exclusivement en armurerie pour les particuliers. Les quantités admises à la vente sont limitées et c'est laSNPEqui fournit le marché allemand. Vendue dans des bidons contenant 500gou 1kgde poudre, son utilisation est très réglementée. La loi n'autorise pas de posséder plus de 2kgchez soi.
En France, les lois sont similaires : la poudre noire est vendue en bidons généralement en plastique (antistatique), les quantités sont similaires à l'Allemagne.
La poudre noire est en vente libre (article R2352-73 du code de la défense). Cependant certainesarmureriesappliquent à tort le classement des armes et munitions à la poudre noire, c'est-à-dire qu'il est demandé prouver sa majorité et présenter sa licenceFFTirpour pouvoir obtenir de la poudre noire.
Les tireurs utilisant la poudre noire en Allemagne utilisent deux types de poudre : l'« allemande » et la « suisse ». La poudre noire allemande (PNA) est réputée moins intéressante pour le tir que la poudre noire suisse «Poudrerie d'Aubonne(Vaud) », mieux dosée et plus régulière.
En France, les tireurs utilisent également deux types de poudre : la « française » et la « suisse ». Les poudres noires françaises (PNF1, PNF2 et PNF4P) sont différentes des poudres noires suisses, en dosage et en granulométrie, à l'usage. La poudre suisse « Poudrerie d'Aubonne (Vaud) » est moins salissante (moins de résidu) et légèrement plus puissante [moins de salpêtre (76 %), plus de charbon de pin (12 %) et de soufre (12 %)].