SOCIÉTÉ EUROPÉENNE
de BALISTIQUE LÉSIONNELL
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EUROPEAN SOCIETY
for WOUND BALLISTICS

 

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UN SURVOL DES LOIS
DE LA BALISTIQUE

J.J. Dorrzapf

 

Sommaire :

Introduction
Balistique intérieure
Canons à âme lisse ou rayée
Les poudres
Mouvement du projectile dans le canon
Balistique intermédiaire
Balistique extérieure
   - Stabilisation des projectiles
   - Trajectoire et portée
   - Freinage dû à l'air - Retardation
   - Coefficient balistique - Coefficient de traînée
   - Les altérations de la trajectoire : Déviation, effet Magnus, dérivation
   - Stabilité et vitesse transsonique
   - Projectiles subsoniques et supersomiques - Onde de Mach - Sillage
   - Quid de l'onde de choc ?

En voir un peu plus :

-> La balistique : quelques éléments de théorie et résultats d'expérimentations (format pdf)

-> Un peu de physique pour comprendre le lésionnel (format pdf)

-> Comportement dynamique des projectiles ordinaires des AK 47 et AK 74(comparatif avec la .308 et la 5,56)

-> Projectiles de petits calibres et hautes vitesses - La science et les mythes (format pdf)




 

 

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I - INTRODUCTION

 

Il faut certainement remonter loin dans le temps pour retrouver les premières motivations de l'homme qui le poussèrent à expédier un objet quelconque, mais de préférence contondant ou tranchant, sur un congénère (acte de guerre) ou un animal (acte de chasse) dans un but de défense ou d'agression.
Les principales motivations devaient sans doute être l'impossibilité de s'approcher de la cible (animal farouche, par exemple) ou la volonté de rester à distance de ladite cible (animal ou adversaire dangereux).

Toute l'histoire de la balistique peut se résumer à un but : envoyer le plus loin et avec la meilleure précision possible un projectile sur un objectif.

Dans ce survol de la balistique nous nous contenterons de parler des armes à feu qui sont loin d'être la seule manière d'envoyer un projectile, tant il est vrai que les dispositifs susceptibles de servir ce but sont nombreux.
En effet, tout système capable de transmettre son énergie potentielle sous forme d'énergie cinétique à un projectile peut satisfaire le besoin d'atteindre une cible placée à une certaine distance. Il n'est qu'à penser aux arcs, arbalètes, lanceurs utilisant un ressort, l'air comprimé voire l'énergie électrique qui, dans ce dernier cas, permet d'atteindre des vitesses très élevées.

Dans cet exposé, nous nous bornerons aux armes à feu et considérerons leur balistique décomposée classiquement en trois grandes parties :

- La balistique intérieure des armes qui traite des phénomènes qui se produisent dans la chambre et le canon de l'arme jusqu'à la sortie du projectile.

- La balistique extérieure qui étudie la trajectoire aérienne du projectile.

- La balistique terminale qui parle de l'interaction projectile / cible. Lorsque la cible est un organisme vivant, ou mort d'ailleurs, on parle de balistique lésionnelle.

Très souvent, la balistique extérieure est elle-même scindée en deux parties :

- la balistique intermédiaire qui s'intéresse à ce qui se passe entre la bouche de l'arme et quelques dizaines de centimètres plus loin, au moment où le projectile quitte le canon. On verra que l'univers dans lequel évolue, heureusement brièvement, notre projectile est tumultueux et chaotique de par l'action des gaz qui se détendent et qui le malmènent quelque peu.

- La balistique extérieure qui commence à la fin de la balistique intermédiaire, lorsque les gaz n'ont plus d'influence sur le projectile, et se termine au moment où le projectile atteint la cible, lieu où commence la balistique terminale.

Commençons par le commencement et parlons un peu de balistique intérieure des armes.

 


II - BALISTIQUE INTERIEURE DES ARMES


C'est un domaine très complexe. Bien que les équations régissant le comportement des gaz à l'intérieur du canon puissent paraître parfaitement absconses au non initié, il est cependant possible de bien appréhender, ne serait-ce que qualitativement, cette partie de la balistique et de laisser aux véritables spécialistes le plaisir d'intégrer leurs équations différentielles.

 

II -1 – PRINCIPE DE BASE

Dans les armes à feu, on utilise pour propulser un projectile, l'énergie produite par la déflagration d'une substance explosive, communément appelée " poudre ". Cette substance, par définition, est capable de libérer son énergie potentielle en un temps très court, lors d’une réaction chimique, sous forme d'une grande quantité de gaz à très haute température. Ce sont ces gaz qui vont propulser le projectile hors du canon.

Avant d'aller plus loin, voyons, schématiquement, comment fonctionne une arme à feu.

 

Une arme à feu, c'est avant tout un tube ouvert à un bout (en général)

Quels que soient son type et sa forme extérieure, une arme à feu est composée d'un canon qui n'est autre qu'un tube ouvert à une extrémité pour laisser sortir le projectile, évidemment. L'extrémité opposée, appelée "chambre" est le lieu où se produit l'explosion de la poudre. L'arrière de la chambre est fermé par une pièce métallique appelée culasse. Sur les armes de petits calibres modernes, l'étanchéité de cette partie du canon est principalement assurée par l'étui de la munition.

Au moment de l'explosion de la charge de poudre, la pression des gaz va s'appliquer sur toutes les parois de la chambre et sur l'arrière du projectile, le culot, qui, d'un diamètre pratiquement identique à celui de l'intérieur du canon assure une certaine étanchéité aux gaz tout en présentant une moindre résistance que les parois de la chambre. Le projectile va donc être poussé par les gaz vers la bouche du canon selon le principe du piston.

On trouvera, ci-dessous, un schéma représentant une coupe au niveau des culasse, chambre et début du canon avec une cartouche au moment du départ du coup. Le projectile a déjà pris les rayures.

D'après "Munition für Leoichtwaffen, Mörser und Artillerie". Ian V. Hogg.
Motor Buch Verlag.

1)   Percuteur - 2)  amorce - 3)  jet de flamme de l'amorce - 4)  poudre enflammée - 5  étui - 6)  projectile.

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Canon lisse, canon rayé

La partie interne des canons appelée "âme" se présente généralement sous deux aspects : lisse ou rayée de manière hélicoïdale, à pas constant ou variable. Ces rayures étant nécessaires pour appliquer au projectile, durant son parcours dans le canon, un moment de rotation dans le but de supprimer son comportement erratique lors de son trajet dans l'air.

 

La forme des projectiles a changé avec le temps... et le désir d'une plus grande précision

A l'origine des armes à feu, les projectiles étaient en plomb et de forme sphérique. Comme tout le monde le sait, une sphère pleine et homogène a un centre qui est, à la fois, géométrique, de gravité et de symétrie.
Le principe était simple. L'intérieur des canons était évidemment lisse. Le calibre des canons n'était pas donné selon son diamètre, mais plutôt, et ce jusqu'au XIXème siècle environ, par le nombre de sphères de plomb que l'on pouvait couler, pour le diamètre de ce canon dans une ancienne livre de plomb (489,5 g). On retrouve encore de nos jours cette vieille habitude pour les armes de chasse à canon lisse. Par exemple, le calibre 12 à un diamètre de 18,3 mm et on pouvait couler 12 sphères de plomb pour ce calibre qui est plus gros que le calibre 16.

 

La raison d'être des rayures

Les premières rayures hélicoïdales sont mentionnées en 1476. Les rayures droites le sont, elles, en 1498.

Les balisticiens de l'époque se rendirent vite compte des piètres performances des armes à canons à âmes lisses et de leurs projectiles sphériques en plomb. La portée de ces armes était faible et leur précision décroissait rapidement avec la distance. De nouvelles solutions s'imposaient.

L'idée de créer des balles plus aérodynamiques qu'une sphère et d'une trajectoire plus prévisible aboutit à la réalisation de projectiles de formes allongées et dont l'avant présente un profil plus ou moins pointu.

Une des particularités de ces projectiles tient à ce qu'ils ne possèdent pas de centre de symétrie mais un axe de symétrie selon leur longueur. Quand on les tire dans un canon à âme lisse, ils se montrent parfaitement instables. Ils basculent ou tournoient (on emploi parfois le mot " barriquer ") durant leurs trajectoires aériennes.

Parmi les différents moyens de stabiliser un projectile, l’on choisit d’utiliser l’effet gyroscopique qui transforme en un mouvement de précession la tendance de ce projectile à basculer dès qu’il sortait du canon. Dans ce but, il fallait faire tourner le projectile à grande vitesse autour de son axe longitudinal. On traça donc des rayures hélicoïdales dans l’âme du canon de façon à lui imprimer un mouvement de rotation qu’il conservera tout au long de sa trajectoire. Nous aurons l’occasion d'évoquer cette stabilisation par effet gyroscopique au chapitre " balistique extérieure ".

Nota : toutes les armes qui tirent des projectiles stabilisés par rotation, ne comportent pas systématiquement un canon rayé. Certaines de ces armes possèdent un canon à âme non pas cylindrique mais polygonale.

Le moteur de l'arme à feu étant la pression des gaz générée par la combustion de la poudre, nous nous arrêterons un instant sur cette, ou plutôt, sur ces poudres.

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