Modélisation

Lors de propulsions, les pièces d’artifice prennent des vitesses avoisinant les 360m/s selon
les modèles de bombes et de mortiers. Au cours de la réaction d’oxydoréduction, les atomes du réducteur se lient aux atomes d’oxygène pour devenir plus stable. Ce gain de stabilité libère un dégagement d’énergie, sous forme de chaleur. Cela agit alors comme une  boucle, du moins jusqu’à l’épuisement du réactif limitant. L’énergie dégagée permet la poursuite de la combustion qui permet le dégagement de chaleur, etc. C’est pourquoi on peut parler de réaction exothermique d’oxydoréduction, c’est à dire qui libère de la chaleur.

*

T—P—E—+—:—+—F—E—U—X—+—D—‘—A—R—T—I—F—I—C—E—S

*

1. Production de gaz

La réaction chimique entraine par ailleurs une production de gaz ,généralement du CO2 ou du SO2 (comme dans l’exemple). La formation extrêmement rapide de gaz en grande quantité participe à l’explosion. En effet, d’après la loi des gaz parfaits,comme la quantité de gaz et la température augmentent alors la pression augmente .

*

2. Pression et Volume

De plus d’après la loi de Boyle-Mariotte, qui est l’une des lois de la thermodynamique du gaz réel, relie la pression et le volume d’un gaz réel à la température constante. En d’autres termes, maintenir la température constante pendant une augmentation de pression d’un gaz exige une diminution de volume. En clair «A volume constant la pression augmente proportionnellement à la température» . Dans le cas des feux d’artifices, le volume est constant : le mortier (si l’on considère le temps très court de la réaction chimique) donc la pression augmente proportionnellement à la température.

Voici ci dessous un schéma représentant l’exercions de la pression à l ‘intérieur d’un mortier lors de la propulsion d’une bombe :

*

3. Vitesse

Pour les feux d’artifices, la température est décuplée très rapidement donc la pression devient énorme. Ces deux éléments créent l’un des facteurs les plus importants de la propulsion : la vitesse.

On sait donc que la propulsion est due a trois éléments :
– l’énergie
– la pression
– les gaz

• L’énergie : On sait que plus le mélange pyrotechnique est homogène et le volume contenant restreint, plus la réaction est rapide. Cependant une petite quantité de poudre noire, en dehors d’une bombe, brûle lentement. Elle produit une fusion et brûle sans faire d’explosion. En revanche la poudre noire explosera lorsque sa combustion sera accélérée par le confinement dans un petit volume.
•  La pression et les gaz : On applique à la mèche une étincelle ou n’importe quelle autre énergie.La mèche se consume (flamme) et arrive alors à la chasse (charge de propulsion). Par conséquence,la combustion de la poudre noire qui dégage non seulement beaucoup de gaz mais aussi une chaleur énorme (2000 °K) fait énormément augmenter la pression car le volume est constant. Ainsi l’explosion est provoquée, et la bombe est propulsée.

L’énergie est alors apportée à l’espolette qui se consume (flamme). Lorsque la bombe se trouve à son apogée dans le ciel, la flamme de l’espolette arrive à la charge d’éclatement qui,semblable à la chasse, dégageant beaucoup de gaz dans un volume restreint ainsi qu’une chaleur énorme, provoque alors une explosion.A l’intérieur de la bombe, les étoiles reparties autour de la charge d’éclatement sont alors dispersées dans le ciel, elles ont reçu la chaleur produite de la combustion de la poudre noire.

 

*

Ainsi, lors de la propulsion, sur un plan chimique, la pression et l’énergie libérée par les gaz formés entraînent l’artifice dans les airs.

*

T—P—E—+—:—+—F—E—U—X—+—D—‘—A—R—T—I—F—I—C—E—S

*

←II. A. La Combustion ……………………….. III. La modélisation de la trajectoire →