LECTURES VU VENDREDI SOIR
M. LE CAPITAINE A. NOBLE de la Société royale de Londres.
Sur la force explosive de la poudre à canon
La première tentative faite pour expliquer l’action de la poudre à canon est due, si je ne me trompe, à M. de la Hire, qui, dans son histoire de l’Académie française, en 1702, attribua la force produite par la poudre enflammée à l’air compris entre les grains, ou emprisonné dans l’intérieur de ces grains eux-mêmes. Cet air était, d’après cet auteur, considérablement échauffé par la combustion de la charge, et l’élasticité résultante était la force motrice qui mettait le projectile en mouvement.
Robins, qui écrivit le second sur celle matière, et qui peut être considéré comme ayant posé les bases de cette section de la science de l’artillerie, comme de tant d’autres, fit remarquer l’énorme disproportion qui existe entre les effets produits et la force à laquelle M. de la Hire les avait attribués. Il institua lui-même une série d’expériences habilement conçues et soigneusement exécutées, pour déterminer la quantité de gaz permanents produits par l’explosion de la poudre ; il regarda cette quantité comme invariable, que l’explosion eût lieu dans l’air ou dans le vide ; et enfin, il détermina l’accroissement de force élastique due à la température supposée de l’explosion. Les conclusions auxquelles Robins arriva furent les suivantes :
1° L’action totale de la poudre sur le projectile est due aux gaz permanents produits par l’explosion ; 2° A la température ordinaire et sous la pression atmosphérique, ces gaz permanents occupent environ 240 fois le volume de la poudre non brûlée ; 3° La chaleur de la combustion porte ce volume à environ 1000 fois celui de la poudre ; par conséquent, la force maximum — un peu affaiblie avec de petites charges. un peu accrue avec de fortes charges, — est d’environ 1000 atmosphères, c’est-à-dire d’environ 6 tonnes 1/2 par pouce carré (sensiblement 1000 kilogrammes par centimètre carré).
Mais, chose digne de remarque, tout en assignant cette limite à la pression maximum produite par l’inflammation de la poudre, Robins avait déjà reconnu l’intensité toute particulière des pressions locales qui s’exercent lorsque les gaz formés trouvent devant eux, avant de rencontrer un obstacle, un espace suffisant pour leur permettre d’acquérir une vitesse considérable.
Ayant placé dans un fusil ordinaire une balle à une distance de seize pouces (406 millimètres) de la charge, il vit le canon se dilater en l’orme de vessie jusqu’à doubler de diamètre, dans le point occupé par le projectile, en même temps que deux éclats étaient arrachés et projetés au loin.
Les premières expériences régulières qui eurent pour objet la détermination de la pression produite par la poudre enflammée dans un récipient fermé, furent celles du comte Rumford , faites en 1793, et publiées dans les Transactions de la Société royale, en 1797.
La fig. 95 représente l’appareil employé par le comte Rumford. — V est un récipient de fer forgé, à parois fort épaisses ; son diamètre intérieur est d’un quart de pouce anglais (un peu plus de 6 millimètres). Ce récipient est posé sur le piédestal P ; il est fermé à la partie supérieure par l’hémisphère E sur lequel on peut placer un poids convenable. A la partie inférieure se trouve un canal étroit et fermé v, que l’on remplit de poudre : le leu est mis à cette poudre à l’aide d’un boulet B porté au rouge.
Voici comment Rumford opérait : une charge donnée étant placée dans l’appareil, on appliquait en E un poids que l’on considérait comme équivalent à la pression du gaz produit. Si la charge soulevait le poids et laissait échapper les gaz, on augmentait le poids jusqu’à ce qu’il suffit juste à les retenir ; Rumford admettait que le poids employé représentait la pression exercée par la poudre.
La poudre dont il se servait était de la poudre de chasse d’un grain très-fin, et d’une composition notablement différente de la poudre ordinaire, puisqu’elle contenait seulement 67 % de salpêtre. De plus, les charges employées étaient très faibles, car elles ne dépassèrent jamais 18 grains (1,17g). Dans un seul cas, il avait rempli le récipient, ce qui exigea 28 grains (1,81g) et le fit éclater. Le but que Rumford se proposait était double : premièrement, préciser la limite de la force produite par l’explosion de la poudre, lorsque les gaz sont à leur maximum de densité ; et, en second lieu, déterminer la relation qui existe entre la densité des gaz et la tension. La courbe tracée ici (fig. 96) représente les résultats de la première série, qui est en même temps la meilleure, des expériences de Rumford ; et l’on peut remarquer que, jusqu’aux charges de quinze grains (97 centigrammes), la courbe, que l’on peut représenter par l’équation empirique $$$ y = x^{1+0,0004x}$$$ ne s’écarte pour ainsi dire pas des points observés. Si l’on admettait que cette loi se maintient jusqu’au maximum de densité, elle donnerait pour tension maximum environ 29000 atmosphères, c’est-à-dire 191 tonnes par pouce carré. Mais, quelque grande que soit cette pression, Rumford la considérait comme étant encore bien au-dessous de la vérité. Il fit une seconde série d’expériences, dont les résultats furent ! pour citer ses propres expressions, « encore plus divers, plus extraordinaires et plus inexplicables » ; La figure montre que la tension du gaz, dans la première série d’expériences, était d ’environ 2700 atmosphères avec 12 grains (0,78g) de poudre ; mais, dans cette seconde série, la pression pour la même charge se trouva souvent supérieure à 9000 atmosphères. Rumford n’essaya pas d’expliquer l’énorme divergence qui existait entre ces résultats, à moins qu’on ne veuille considérer comme une explication proposée une simple remarque sur la chaleur du temps pendant la seconde série ; seulement, en s’appuyant sur cette seconde série et sur l’expérience dans laquelle le récipient avait été brisé par une charge de 28 grains, il arriva à conclure que la force initiale du fluide élastique engendré par la combustion de la poudre, est égale à 101021 atmosphères, c’est-à-dire à 662 tonnes par pouce carré. Mais, si telle était, en effet, la mesure de la tension produite, quel est le canon qui aurait chance d’y résister ? Pour répondre à cette objection, Rumford admit que la combustion de la poudre se fait beaucoup plus lentement qu’on ne le suppose ordinairement, et qu’elle dure, en réalité, tout le temps que le projectile met à parcourir l’âme de la pièce. De plus, il expliqua son énorme tension initiale en l’attribuant à l’élasticité de la vapeur d’eau contenue dans la poudre : considérant que la force élastique de la vapeur d’eau double, d’après les expériences de M. de Bétancourt, pour chaque élévation de température de 30°F, la vraie difficulté, d’après Rumford, est de comprendre comment la vapeur mise en liberté par la combustion de la poudre ne produit pas une pression de beaucoup supérieure à celle de 100000 atmosphères, qu’il admet comme maximum.
En 1843, le colonel Cavalli proposa de placer dans un canon une série de petits cylindres disposés de manière à lancer un boulet sphérique de fer forgé. En déterminant les vitesses de ces boulets, le colonel Cavalli pensait qu’il pourrait indiquer les pressions correspondantes. Il mit lui-même ce plan à exécution ; et, de ses expériences, il déduisit l’épaisseur de métal que devait théoriquement posséder la pièce aux différents points de sa longueur.
En 1854, un comité d’artillerie prussien, présidé par le général Neumann, alors major, introduisit, dans la méthode du colonel Cavalli, d’importants perfectionnements.
Au centre de l’âme, ou sur tout autre point, on perce une ouverture dans laquelle on adapte un petit canon de fusil, du calibre d’environ 3/10e de pouce (7 millimètres et demi), et de 8 pouces (2 décimètres) de long, Supposons maintenant que le canon soit chargé, et que dans le petit canon de fusil latéral on mette un cylindre dont la section longitudinale soit égale à celle du projectile. Si l’on admet que la pression est uniforme dans toute l’étendue de l’âme de la pièce, le cylindre et le projectile parcourront des longueurs égales dans des temps égaux, et le cylindre, après avoir parcouru la longueur de 8 pouces, échappera à l’action du gaz. Si donc nous déterminons la vitesse du cylindre, nous connaîtrons celle du projectile qui a parcouru une longueur de 8 pouces dans l’intérieur de la pièce. D’un autre côté, si nous donnons au cylindre une section qui ne soit que la moitié de celle du projectile, il parcourra une longueur double dans le même temps, et il aura acquis une vitesse double, et ainsi de suite ; de sorte que, par exemple, si la section du cylindre est le huitième de celle du projectile, et que nous mesurions la vitesse du cylindre, nous saurons la vitesse du projectile qui a parcouru une longueur d’un pouce (2,5 centimètres).
Malheureusement, quelque ingénieuse que soit cette méthode, ces expériences n’ont qu’un médiocre intérêt pour nous, parce qu’elles s’appliquèrent exclusivement à des pièces relativement très-petites, la pièce de 6 et la pièce de:l.2 à canon lisse, et qu’elles curent pour principal objet la comparaison entre les gargousses allongées et non allongées. Je dirai plus loin pour quelles raisons on ne saurait compter entièrement sur cette méthode, surtout pour les grosses pièces ; mais je puis constater que le résultat général paraît avoir été le suivant : tandis que dans un canon de 6, la pression maximum était d’environ 1100 atmosphères, dans un canon de 12, elle atteignait presque 1300 atmosphères ; et pour chaque charge expérimentée, il existait ainsi deux maxima de tension parfaitement distincts.
Le général d’artillerie russe Mayevski, dans un mémoire basé sur les précédentes recherches, confirma les résultats obtenus par le comité prussien ; il fit remarquer en outre que, d’après les expériences, la pression maximum devait être atteinte avant que le projectile se fût notablement déplacé de sa position initiale.
La méthode du général Neumann parait avoir été reprise en Belgique vers l’année 1860 avec un canon rayé de 70. Je ne connais pas de rapport détaillé sur ces essais ; seulement, la pression maximum, avec de la poudre ordinaire, fut évaluée sensiblement à 3000 atmosphères.
En 1857-58-59, le major Rodman fit ; pour les États-Unis, une série très étendue et très-intéressante d’expériences sur la poudre à canon. La célébrité acquise par l’instrument ingénieux du major Rodman, le fréquent emploi qui en a été fait en Europe, et le fait qu’il semble avoir été le premier qui ait expérimenté sur les effets de la forme du grain, et proposé la poudre prismatique, me forcent à donner quelques détails sur son instrument et ses expériences. Il est très malheureux que des expériences si bien conçues et poursuivies avec tant de soin soient, dans bien des cas, à peu près dénuées de toute valeur, par suite de l’absence de données importantes, par l’admission d’observations manifestement entachées d’erreur, et, enfin, par le manque de toute explication sur certains résultats, fort singuliers et quelquefois même complètement impossibles.
La figure 97 représente l’instrument inventé par le major Rodman. Supposons que l’on veuille déterminer la pression dans l’âme d’un canon. On y perce une ouverture, dans laquelle on introduit un cylindre percé en son centre d’un canal longitudinal. A ce cylindre s’adapte l’appareil indicateur, composé de l’outil à endenter, lequel porte un couteau dont nous donnons l’élévation et la section. Contre le couteau se trouve, maintenu par une vis, un morceau de cuivre doux, h. Le jeu de cet appareil se comprend facilement. La pression du gaz, agissant sur la base de l’outil à endenter, fait une entaille dans le morceau de cuivre ; et l’on peut, par des moyens mécaniques, déterminer la grandeur de la force capable de produire une entaille égale. Une coupelle disposée en c empêche qu’une partie quelconque du gaz ne dépasse l’endenteur ; d’ailleurs le petit canal e laisse un passage au gaz qui s’échapperait dans le cas où il y aurait quelque défaut dans les dispositions précédentes.
La première série d’expériences de quelque importance faites par le major Hodman a eu pour but de déterminer la pression en différents points d’un canon lisse de 42. Dans ces expériences, il s’est servi de deux espèces de cartouches : les premières contenaient 10 livres (4,535kg) de poudre ordinaire en grains ; quant aux autres, il les nomme cartouches accélératrices de 13 livres, mais sans en donner la description.
Le major Rodman donne sous forme de tableau les résultats moyens fournis par cette série ; pour moi, j’ai représenté ces résultats dans la figure 98 sur laquelle j’appelle toute votre attention. Vous voyez que par les points observés j’ai fait passer, dans les deux cas, une courbe qui représente, à très peu près, les résultats obtenus. Remarquez l’énorme différence qui existe entre les deux courbes. La ligne horizontale, l’axe des abscisses, représente la longueur de l’intérieur de la pièce ; l’axe des ordonnées indique la pression maxima produite sur le point correspondant de l’intérieur de la pièce.
Ces courbes font ressortir encore un autre point. Puisque les ordonnées représentent.les pressions, et les abscisses l’espace parcouru par le projectile dans l’intérieur de la pièce, les aires, c’est-à-dire les espaces compris entre les courbes et l’axe des abscisses, représentent l’effet total produit sur le projectile par chacune des charges dont on s’est servi. Il suffit de regarder la figure pour voir que l’aire donnée par la cartouche de poudre en grains, c’est-à-dire l’effet produit sur le projectile, est presque double de celle fournie par la cartouche accélératrice ; or, l’expérience donne, dans les deux cas, un effet réel presque identique.
Voilà donc une grave contradiction, qui demande à être expliquée. !\lais ce n’est pas tout. Puisque ces courbes nous font connaître l’effet total produit par chaque espèce de cartouche sur le projectile, nous pouvons calculer la vitesse avec laquelle ce projectile quitterait la pièce. Si nous faisons ce calcul, nous trouvons que la plus petite aire représente une vitesse à la sortie de la pièce d’environ 1950 pieds (593 mètres), tandis que la plus grande représente une vitesse à la sortie d’environ 2620 pieds (796 mètres) — résultats qui s’écartent notablement de la vérité, et qui montrent que la plus grande des deux aires est environ trois fois plus grande qu’elle ne devrait être, tandis que la petite aire elle-même est trop grande au moins de moitié.
Avec le même canon, on a fait deux séries d’expériences intéressantes pour déterminer la pression sur le fond de l’âme, d’abord avec une charge variable et un projectile de poids constant ; et, en second lieu, avec un projectile de poids variable et une charge constante. Ces expériences ont semblé indiquer que la pression est directement proportionnelle, dans le premier cas, au poids du projectile, et dans le second, au poids de la charge.
D’autres expériences ont été faites pour déterminer les pressions dans des pièces du calibre de 7 pouces (175 millimètres), 9 pouces (225 millimètres) et 11 pouces (275 millimètres) ; on s’était arrangé de manière que, dans chaque pièce, une égale colonne de poudre (c’est-à-dire un poids égal de charge) fût derrière une colonne égale ou un poids égal de projectile. Il est à peine nécessaire de dire que, dans chaque canon, pendant le mouvement du projectile, les gaz devaient se dilater également, et que tout accroissement de pression dans les pièces de plus fort calibre devait être attribué à l’emploi d’une plus forte charge.
La figure 99 montre les résultats moyens de ces expériences [1].
Ici encore, nous constatons un certain nombre d’anomalies et de contradictions dans les expériences elles-mêmes. Notons, par exemple, l’énorme accroissement de pression attribué aux pièces de plus fort calibre, quoique, dans tous les cas, on ait opéré sur les mêmes colonnes de poudre et de projectile. De plus, comme dans le cas précédent, l’effet produit sur le projectile, si on le mesure d’après les aires, est énormément exagéré.
Les résultats fournis par ces expériences sont d’autant plus curieux que, comme le fait observer le major Rodman lui-même, ils sont tout il fait en désaccord avec d’autres expériences faites subséquemment, et dans lesquelles des charges de poudre variant de 1700 à 11 000 grains (de 110 à 713 grammes), occupant toujours le quart de l’espace dans lequel se faisait l’explosion, la charge pouvant s’échapper à travers la lumière, ont donné des pressions identiques au point de vue de la pratique.
Les recherches ont ensuite porté sur l’influence de la grosseur des grains de poudre. Il suffit d’un coup d’œil sur la figure 100 pour apprécier les résultats relatifs obtenus, car il faut toujours se garder d’accepter les aires comme représentant l’effet produit sur le projectile. Le major Rodman est arrivé à là conclusion que les vitesses fournies par les charges de poudre à petits grains actuellement en usage peuvent s’obtenir avec une pression bien moindre sur la pièce, pourvu que l’on emploie une poudre dont les grains aient une dimension déterminée d’après le calibre et la longueur. C’est là une idée que je partage entièrement, tout en regrettant que, faute de renseignements sur la densité, et d’autres détails sur les divers échantillons de poudre dont on s’est servi, ces expériences particulières aient été jusqu’ici inutiles en Angleterre, un point de vue de la comparaison des résultats obtenus.
Les seules autres expériences du major Rodman sur lesquelles je veuille appeler votre attention, appartiennent il une série que je puis comparer aux expériences du comte Rumford, au point de vue de la pression qu’exerce la poudre enflammée à différents degrés d’expansion, — c’est-à-dire quand la poudre avant l’inflammation occupe une partie dé. terminée de l’espace dans lequel se fait l’explosion. La figure 101 représente l’appareil employé par le major Rodman. Il faut remarquer que, dans cet appareil, les produits de l’explosion s’échappent par la lumière, tandis que, dans les expériences. du comte Rumford, ces produits étaient en général complètement enfermés. D’un autre coté, les charges dont Rumford se servait étaient très-minimes, tandis que celles dont nous nous occupons variaient de 700 à 7 000 grains (de 45 à 453 grammes).
Sur la figure 96, qui contient les résultats obtenus par Rumford, on verra aussi ceux du major Rodman. La différence entre ces deux séries est évidente. lI1ais les expériences du major Rodman n’ont pas été poussées assez loin pour avoir grand intérêt pour nous.
Le major Rodman essaya, comme le comte Rumford, de déterminer la force maximum que la poudre peut produire, alors qu’elle est brûlée dans son propre volume. Il fit détoner des charges variées dans des obus prodigieusement résistants, au travers d’une petite lumière de 1/10" de diamètre, et il estima que, dans tous les cas, la pression maximum devait être exercée avant l’éclatement de l’obus. Les résultats furent très-divers, puisqu’ils varièrent depuis 32 tonnes par pouce carré (4900 atmosphères) jusqu’à 82 tonnes, c’est-à-dire environ 12400 atmosphères, et, chose assez singulière, ce fut la plus faible charge qui donna la pression la plus élevée ; par suite de ces énormes divergences, et aussi de diverses autres considérations, Je ne pense pas qu’on doive accepter ces déterminations comme dignes d’une bien grande confiance.
Les expériences de Bunsen et Schischkoff sont si complètes les chimistes distingués qui les ont faites occupent une position si éminente, qu’elles doivent à juste titre être comptées parmi les plus importantes qui aient été faites sur le sujet qui nous occupe. Ces expériences eurent pour objet de déterminer : — premièrement, la nature exacte des gaz permanents et des résidus solides auxquels donne naissance la combustion de la poudre ; — secondement, la chaleur que développe l’acte de l’explosion ; — troisièmement, la pression maximum que produit la poudre brûlée dans un espace clos ; — quatrièmement, enfin, la quantité totale de travail qu’un poids donné de poudre est capable d’effectuer. Pour résoudre le premier de ces problèmes, ces observateurs faisaient tomber la poudre, en jet très-finement divisé, dans un récipient chauffé, communiquant avec un système de tubes, de manière il ne rien laisser perdre des produits résultant de la combustion. En attirant l’attention sur leurs travaux, et faisant remarquer la différence extraordinaire qui existe entre leurs appréciations et celles d’une autorité aussi éminente que Piobert, MM. Bunsen et Schischkoff déclarent que beaucoup des résultats admis avant eux devaient être les conséquences de prémisses extrêmement fautives ; mais leurs propres expériences ne peuvent pas non plus échapper complètement à toute objection ; et nous sommes tenus, je pense, de n’accepter certaines de leurs conclusions qu’avec une grande réserve, jusqu’à ce qu’il soit démontré que les produits de la combustion de la poudre sont les mêmes dans l’âme d’un canon que lorsqu’on les produit par la méthode qu’ils avaient adoptée.
Le tableau suivant donne les résultats de leur analyse :
Les gaz permanents, à la température de 0 degré et sous la pression de 760 millimètres, occupaient un volume 193 fois plus grand que celui de la poudre et représentaient environ les 31/100 de son poids. Le reste était constitué par un résidu solide. D’après MM. Bunsen et Schischkoff, une partie de ces matières solides devait sans aucun doute être volatisée par la température élevée de l’explosion ; mais la pression que ces vapeurs pouvaient produire était complètement insignifiante. Cette opinion était, paraît-il, fondée sur cette observation que ce résidu solide, ne fond pas lorsqu’il est soumis à l’action d’un jet d’hydrogène enflammé.
D’après Piobert et plusieurs autres autorités, la pression exercée par ce résidu volatilisé aurait, au contraire, beaucoup plus d’influence que les gaz permanents sur la pression produite.
Pour déterminer la température de l’explosion, on faisait détoner une petite charge de poudre enfermée dans un tube, qui était lui-même plongé dans un tube plus large rempli d’eau. D’après l’accroissement de température communiqué à l’eau, on trouva qu’une partie de poudre brûlée élevait de 1 degré centigrade la température de 620 parties d’eau ; un calcul simple permit d’en déduire que la température de la poudre brûlée dans un vase clos imperméable à la chaleur est de 3340 degrés centigrades ou 5980 degrés Fahrenheit.
Si l’on admet, d’abord que les produits obtenus par les deux méthodes que je viens de décrire sont identiques, et de plus que ces produits restent les mêmes lorsqu’il s’agit de l’explosion de fortes charges, ce résultat doit être très-voisin de la vérité.
La pression dans un vase clos peut se déduire aisément des données précédentes ; MM. Bunsen et Schischkoff ont calculé que la tension maximum que puisse atteindre le gaz, — tension dont il peut approcher plus ou moins, mais qu’il ne peut jamais dépasser, — est d’environ 4374 atmosphères, c’est-à-dire d’à peu près 29 tonnes par pouce carré. Celte pression est certainement atteinte dans les gros canons et certainement surpassée lorsqu’on fait brûler la poudre en vase clos.
MM. Bunsen et Schischkoff ont de même, en partant de leurs données, estimé le travail théorique d’un kilogramme de poudre à 67400 kilogrammètres, c’est-à-dire qu’un kilogramme de poudre peut en brûlant élever 67400 kilogrammes à un mètre de hauteur. Cependant la Commission des substances explosives a réalisé près de 60000 kilogrammètres par kilogramme de poudre dans un canon relativement court ; on peut en conclure que cette appréciation, aussi bien que celle de la pression maximum, est notablement trop basse, bien qu’elle.soit sans aucun doute beaucoup plus rapprochée de la vérité que les estimations extravagantes que l’on a si souvent hasardées.
En 1861-1862, sir W. Armstrong et moi-même avons fait plusieurs expériences dans le but de déterminer la pression maximum de la poudre dans ce que l’on considérait alors comme de très gros canons, — les pièces de 110 et de 70. Nous avons suivi deux méthodes, et, bien qu’elles nous aient donné, comme presque toutes les expériences faites sur la poudre, des résultats irréguliers dans une certaine mesure, cependant la conclusion à laquelle nous sommes arrivés, savoir que .la pression maximum, avec la poudre employée dans les pièces que j’ai mentionnées, était d’environ 17 tonnes par pouce carré, est probablement peu éloignée de la vérité.
Pour la première de ces méthodes, nous nous sommes servis d’un petit appareil placé à l’extrémité antérieure du projectile, et qui est représenté par les figures 102 et 103. Cet appareil se composait d’une boîte divisée en sept petits compartiments, a, a. Chacun de ces compartiments contenait un petit cylindre b du même poids, lequel était retenu à lu partie antérieure du compartiment au moyen d’un petit fil métallique. Au moyen d’expériences faites avec soin, nous déterminions d’abord la pression exacte que pouvait supporter une série de fils métalliques gradués. Ceci posé, on comprendra facilement la méthode par laquelle nous arrivions à déterminer la pression maxima. Si nous connaissons la pression maxima exercée pendant que le projectile parcourt la longueur de la pièce, pour mettre en mouvement une portion connue du poids du projectile, nous pourrons en déduire la pression exercée sur le projectile tout entier. Or, en graduant convenablement la force des fils métalliques, nous constations que certains fils laissaient avancer les petits cylindres sans les entamer, tandis que d’autres s’y refusaient. De là nous déduisions une pression maxima approximative.
L’autre petit appareil s’adaptait également à la partie antérieure du projectile ; il est représenté par la figure 104.
Dans ce cas, un poids connu w est soutenu, ou plutôt reçoit le mouvement au moyen d’un cylindre de métal mou o. Le plus ou moins d’écrasement du cylindre sert à indiquer la force à laquelle il a été soumis.
Il serait impossible de donner, dans des limites de temps un peu raisonnables, une analyse des volumineuses recherches de Piobert sur la question qui nous occupe. Nous dirons seulement qu’en thèse générale il croit devoir attribuer une grande partie de la pression initiale produite par la combustion de la poudre aux produits solides volatilisés, qui augmenteraient énormément la tension due aux gaz permanents. Il signale des erreurs dans certaines conclusions de Rumford ; mais il accepte comme passablement exactes les pressions fournies par la première série de ses expériences, qui fixent la tension, pour une densité maximum, à environ 29000 atmosphères.
Je viens de parcourir rapidement, mais, je l’espère, en me faisant comprendre, les principales expériences qui ont été faites, et les différentes théories admises au sujet de la pression des gaz produits par la combustion de la poudre. L’énorme différence qui existe entre les 1000 atmosphères calculées par Robins et les 100000 de Rumford ne vous aura pas échappé ; et, même en ne considérant que les travaux res plus récents, la différence d’opinions qui existe entre des autorités telles que Piobert d’une part, et Bunsen et Schischhkoff de l’autre, est assez frappante pour montrer les difficultés dont la question est hérissée. Je vais maintenant vous parler principalement des travaux d’une Commission nommée sous la présidence du colonel Younghusband, pour examiner notre poudre à canon, qui jouit depuis longtemps sur le continent de la qualification peu enviable de poudre brutale.
Les recherches de cette Commission étaient dirigées d’abord vers un objet spécial, la production d’une poudre convenable pour les canons monstres qu’exigent les progrès de notre artillerie moderne ; toutes les expériences faites jusqu’ici ont donc été faites uniquement dans ce but. Nous ne nous sommes détournés ni à droite ni à gauche ; aussi nos connaissances sont-elles fort incomplètes sur certains points, et tout à fait insuffisantes sur d’autres. Cependant je veux, dans les limites du temps dont je puis disposer, vous soumettre rapidement quelques-uns des faits que nous avons recueillis ; et, si je hasarde quelque théorie, ce ne sera qu’autant que je la croirai admise également par nos savants et honorables collègues. Les canons dont nous nous sommes servis principalement étaient au nombre de trois : un canon de 2,1 pouces dé diamètre, lançant des projectiles de 4 livres 3/4 et recevant des charges de 9 onces de poudre ; un canon de 8 pouces, avec projectiles de 180 livres et charges de 20 à 40 livres, et un canon de 10 pouces, avec projectiles de 400 livres et charges de 60 à 70 livres. Les moyens que nous avons, employés pour déterminer la pression ont été également au nombre. de trois : d’abord un manomètre de Rodrnan ; secondement, un manomètre à écrasement, disposé de manière à corriger certaines erreurs dans le manomètre de Rodman ; troisièmement, un chronoscope, inventé pour mesurer de très-petits intervalles de temps.
J’ai déjà donné une description complète du manomètre de Rodman. Le manomètre à écrasement est représenté par la figure 105 ; sa pièce principale est une vis d’acier que l’on introduit en un point donné du canon ; une chambre C, D, E, F, pratiquée à l’intérieur de la vis, peut recevoir un cylindre de cuivre B. L’entrée de cette chambre est fermée par le piston mobile C, de même que dans le manomètre de Rodman ; un petit appareil spécial empêche l’introduction du gaz.
On comprend facilement la manière dont agit cet instrument. Lors de l’explosion de la charge, le gaz agit sur la base du piston et comprime le cylindre de cuivre. L’écrasement plus ou moins grand du cuivre indique la pression maxima à laquelle a été soumise la partie du canon où se trouve le manomètre.
Les figures 106, 107 et 108 représentent le chronoscope employé par la commission. Ce chronoscope consiste en une série de disques minces A, A, ayant chacun 36 pouces (915 millimètres) de circonférence, fixés à distance les tins des autres sur un arbre horizontal S, S, et entraînés avec une grande vitesse par un poids considérable B, que l’on remonte d’une manière continue, pendant l’expérience, ci l’aide d’une poignée C ; avec un peu de pratique, on peut faire marcher l’appareil, soit tout à fait uniformément, soit d’un mouvement très lentement accéléré ou retardé. La vitesse exacte des disques est indiquée par un compteur D, qui peut être à volonté mis en-relation avec un axe tournant E, ou rendu indépendant. La vitesse avec laquelle marchait la circonférence des disques était en général de 1260 pouces (30,48m) par seconde. Un pouce représente donc la 1200e partie d’une seconde, et ; comme à l’aide d’un vernier il est possible d’apprécier le 1000e du pouce, l’appareil peut indiquer une fraction de seconde plus petite que 1/1000000. Pour vous donner une idée de la prodigieuse petitesse de cette fraction de temps, je vous dirai qu’un millionième de seconde est sensiblement pour la seconde ce que la seconde elle-même est pour un intervalle de quinze jours.
Je vais maintenant essayer de vous expliquer comment le projectile enregistre sur l’instrument son passage ; à l’intérieur du canon. Tout le monde sait que, lorsque, dans une bobine d’induction, on rompt brusquement le courant inducteur, on fait jaillir, avec un dispositif convenable, une étincelle du fil induit.
Dans l’appareil que je vous décris, la rupture du courant inducteur est produite par le projectile dans son passage dans le canon, et l’indication de ce passage se transmet aux disques de la manière suivante : Ia partie périphérique des disques tournants est couverte de petites bandes de papier blanc recouvert de noir de fumée, et communiqua avec l’une des extrémités du fil induit d’une bobine d’induction. L’autre extrémité du même fil, isolée avec soin, aboutit à un excitateur Y placé en face du bord du disque, à une très petite distance de ce bord. De son coté, le fil inducteur de la bobine est mis en communication avec le canon, de telle sorte que le projectile, en passant en un point déterminé, rompt le courant inducteur et fait jaillir par conséquent une étincelle du fil induit.
La figure 109 représente une coupe longitudinale et une coupe transversale du canon dans lequel se meut le projectile. Un tampon creux C, vissé dans le canon, parle à son extrémité intérieure un interrupteur D, qui l’ail légèrement saillie dans l’âme dé la pièce. Cet interrupteur e, est maintenu dans cette position par le fil inducteur qui pénètre par l’un des cotés du tampon, traverse un trou pratiqué dans l’interrupteur et revient au dehors sur l’autre face du tampon. Lorsque le projectile passe sur l’interrupteur, il le repousse et le force à se mettre de niveau avec la surface intérieure de la pièce ; le courant inducteur est rompu et une étincelle induite jaillit instantanément entre l’excitateur et le disque, faisant sur le papier qui couvre la partie correspondante de ce disque un petit trou, et brûlant en même temps le noir de fumée, de sorte que la position du trou est indiquée par une tache blanche. Pour empêcher taule confusion, nous n’avons représenté dans la figure 106 qu’une seule bobine d’induction et un seul élément ; mais il y a une bobine d’induction pour chaque disque, et chaque système rie disque, d’excitateur et de bobine forme, pour ainsi dire, un appareil indépendant, destiné à enregistrer l’Instant où le projectile passe par un certain point de la pièce. Avant d’employer cet instrument, il faut vérifier que les divers appareils indépendants dont il se compose donnent des résultats concordants ; la meilleure manière d’y parvenir est d’enregistrer un même phénomène simultanément sur tous les disques. Or, il est évident que, si tous les courants inducteurs sont rompus simultanément, les étincelles correspondant à tous les disques seront disposées en ligne droite ; les déviations de celte ligne droite indiqueront les erreurs commises, constantes ou variables, et il sera naturellement facile d’éliminer des observations les erreurs constantes. Nous avons suivi deux procédés pour produire celle rupture simultanée de tous les courants inducteurs. Le premier consistait à faire aboutir tous les fils sur une petite boîte remplie de fulminate de mercure, qu’en faisait éclater ; le second, à réunir tous les fils sur une petite cible près de la bouche d’un fusil, et à les couper à l’aide d’une balle à tète plate. Ces deux procédés ont donné d’excellents résultats.
Après avoir décrit les instruments, passons aux canons. Des dispositions semblables en général ont été adoptées pour tous les canons ; mais la figure 110 A qui représente la pièce de 10 pouces, pourra nous donner une idée des meilleures auxquelles nous soyons arrivés, D’abord, nous pouvons faire partir les cartouches dans différentes positions. Des manomètres de Rodman ou des manomètres à écrasement sont toujours placés dans les ouvertures marquées A, B, C, et partout où nous le jugeons à propos ; en outre, à chaque coup, 8 trous sont réservés au chronoscope.
Supposons, par exemple, que nous voulions essayer une charge de 70 livres de poudre, voici comment nous opérons : les tampons correspondant avec le chronoscope seront disposés, en alternant, dans les orifices de 4 à 11 et de 11 à 18, tandis que les manomètres à écrasement occuperont les orifices A, B, C, 1, 14, 17, et A, B, C, 1, 4, 10, en alternant aussi. Les pressions indiquées par le manomètre de Rodman ou par le manomètre à écrasement, se lisent immédiatement sur les tables ; mais il n’en .est pas de même quand il s’agit de calculer la pression d’après la courbe que donne le chronoscope.
Je sais que bien des savants considèrent comme presque impossible de déduire d’une courbe telle que la donne le chronoscope, des valeurs de la pression sur lesquelles on puisse compter ; et je ne suis pas étonné de celle manière de voir. Tous ceux qui se sont occupés de celle question savent que la cause d’erreur la plus grave ne provient pas des erreurs chronoscopiques, mais bien de la difficulté, je dirai presque de l’impossibilité de nous assurer que, dans les différentes expériences, le projectile parcourt exactement le même espace d’un fil électrique au suivant ; mais, heureusement, on peut en général écarter les erreurs de ce genre par des méthodes connues d’interpolation et de correction.
En outre, si nous nous fondions, pour déterminer la pression maxima, sur l’observation de deux vitesses seulement, à[ des intervalles très-courts, comme de légères erreurs dans la détermination de la vitesse donneraient lieu à des variations de pression considérables, nos résultats pourraient être regardés comme fort incertains ; mais en réalité, avec les hypothèses qui nous sont permises, j’ai reconnu qu’il n’est pas possible de changer notre pression d’une manière sensible sans détruire complètement toutes nos observations.
La courbe des temps — c’est-à-dire la courbe dont l’ordonnée, le long de la pièce représente le temps qu’il a fallu au projectile pour arriver de zéro au point donné — une fois menée par les points observés , que pouvons-nous admettre pour la courbe qui représente la vitesse ? D’après la théorie, nous pourrons admettre qu’elle présente d’abord sa convexité à l’axe des abscisses, puis sa concavité, — que le rayon de courbure va en croissant à mesure que x augmente, et que, si le canon était assez long, la courbe finirait par avoir pour asymptote une ligne parallèle à l’axe des x, Occupons-nous maintenant de la courbe qui représente la pression. Nous savons que la pression augmente avec une rapidité extrême jusqu’à ce qu’elle atteigne un maximum ; qu’à partir de ce maximum les ordonnées décroissent rapidement, la courbe, au delà de ce maximum, présentant toujours sa convexité à l’axe des abscisses.
Ces considérations, venant s’ajouter aux observations elles-mêmes, suffisent amplement à nous éclairer. Au commencement du mouvement, les fils électriques sont très-rapprochés — à environ deux pouces l’un de l’autre — puis les distances augmentent graduellement en allant vers la bouche de la pièce ; mais, quelque rapprochés qu’ils soient en commençant, il y aurait avantage à les mettre encore plus près — à un pouce, par exemple, — et nous les aurions en effet rapprochés, si nous n’avions craint d’affaiblir la pièce en multipliant encore le nombre des ouvertures que nous y avons pratiquées.
Dans le calcul des résultats pour les six premiers pouces parcourus, nous interpolons le temps, la vitesse et la pression pour chaque cinquantième de pied (6 millimètres) ; de là, jusqu’à 3 pieds, pour chaque dixième de pied (3 cent mètres) ; et, sur le reste de la longueur de la pièce, pour chaque longueur d’un demi pied (15 centimètres).
Les expériences que nous avons fuites avec le canon de 2 pouces n’ont rien présenté de bien remarquable, si ce n’est qu’avec ce calibre les différences entre les échantillons de la même espèce de poudre provenant de différentes fabriques sont fortement indiquées, la pression maxima donnée par un échantillon de poudre présentée comme la même, étant quelquefois double de celle que donnent d’autres échantillons.
Mais dès que nous avons commencé nos expériences avec la pièce de 8 pouces, nous nous sommes trouvés en présence d’anomalies fort singulières. Nous avons d’abord opéré avec le manomètre de Rodman et le chronoscope seulement, et notre attention s’est surtout portée sur deux points, la différence d’effet des poudres d’espèce différente, et l’effet qu’on obtient avec la même espèce de poudre, en allumant la cartouche dans différentes positions. En opérant sur des charges de 20 livres de la poudre marquée B. L. G., avec la lumière réglementaire, c’est-à-dire à une distance de 0,4 de la longueur de la charge à partir du fond de la pièce, nous avons constaté non-seulement que les manomètres de Rodman, disposés comme nous l’avons indiqué, donnaient des résultats fort différents entre eux, mais encore qu’ils marquaient tons une pression bien plus élevée que celle que montre le chronoscope, la pression maxima indiquée par le chronoscope étant de 17 tonnes par pouce carré (2763 kg/cm2), tandis que la pression maxima du manomètre de Rodman variait de 28 à 33 tonnes par pouce carré (de 4561 à 5364 kg/cm2).
Nous avons ensuite fait une série d’expériences avec la même charge et la même poudre, en employant, au lieu de la lumière réglementaire, une lumière enflammant la cartouche par le fond, et alors les résultats ont été encore plus anormaux. Le chronoscope a indiqué une pression maxima très-peu différente des résultats obtenus avec la lumière réglementaire, tandis que le manomètre de Rodman, au point C, a indiqué une pression de 50 tonnes (8128 kg/cm2). Ces écarts donnent lieu de douter de l’exactitude des indications du manomètre de Rodman, et nous sommes conduits à attribuer celte inexactitude à deux causes, qui sont, d’abord la position du manomètre [2], à l’extérieur du canon, puis ce qui nous a semblé une légère imperfection du manomètre lui-même.
Il est facile de voir les motifs que nous avons de soupçonner l’effet que pourrait avoir la position du manomètre, si l’on se rappelle l’expérience de M. Robins que j’ai citée plus haut, expérience dans laquelle il constata une pression locale énorme dans un canon de fusil dans lequel il avait mis la balle assez loin en avant de la poudre. Dans le manomètre de Rodman, le piston endenteur peut être considéré comme représentant la balle, et l’on peut facilement voir la distance que le gaz a à parcourir avant d’arriver au ciseau à endenter.
Voici comment j’explique le léger défaut dont j’ai parlé à propos du manomètre de Rodman. Supposons que le ciseau à endenter, au lieu de presser sur le cuivre comme nous l’avons montré, en soit à une certaine distance, que le coup parle et que le gaz produise son effet, il est évident que l’indication donnée par le cuivre ne serait plus l’expression de la force du gaz, puisque, outre la pression, le ciseau marquerait sur le cuivre la force vive due à la vitesse acquise. Dans le couteau de Rodman, la résistance au mouvement du ciseau à endenter commence à zéro et augmente rapidement ; mais on peut admettre que la vitesse [3] imprimée au ciseau quand la résistance est encore faible, peut, dans une certaine mesure, avoir quelque influence sur le chiffre indiqué pour la pression.
Le manomètre à écrasement que j’ai décrit, et que l’on peut appliquer, soit près de l’intérieur de la pièce, soit à l’extérieur, a désormais remplacé presque partout le manomètre de Rodman ; et je puis dire, à l’appui des considérations exposées plus haut, qu’avec les poudres à combustion rapide, ce manomèlre, appliqué à l’ex té rieur du canon de 8 pouces, a donné des pressions presque doubles de celles qu’il indiquait lorsqu’on l’appliquait à l’intérieur.
Les poudres que nous avons expérimentées peuvent être divisées en quatre catégories (fig. 111,112,113 et 114) :
1° Les anciennes poudres brûlant rapidement, brisantes, telles que celles R. L. G. et L. G. ; 2° La poudre cylindrique (pellet powder) ; 3° La poudre en caillou (pebble powder) ; 4° La poudre prismatique.
Ces trois dernières poudres sont supérieures à la première. Les progrès que nous avons faits semblent indiquer que notre ancienne manière d’essayer la poudre, avec le mortier éprouvette, avait justement pour effet de lui donner les propriétés que nous voudrions ne pas lui voir.
Les poudres cylindriques se présentent sous forme de cylindres réguliers façonnés dans des moules ; les poudres en caillou sont en masses assez régulières, ayant à peu près les dimensions d’un gros caillou. La poudre prismatique diffère considérablement des précédentes, en ce sens qu’elle est moins dense et qu’elle s’enflamme avec une extrême lenteur, comme on peul le voir en comparant ses courbes de vitesse ou de temps avec celles de la poudre en caillou ou de la poudre R. L. G. La poudre R. L. G. s’enflamme rapidement et brûle très vite ; les poudres cylindrique et en caillou s’enflamment rapidement, mais brûlent lentement ; la poudre prismatique s’enflamme lentement et brûle vite, Il est probable que la poudre prismatique doit l’extrême lenteur avec laquelle elle prend au dépôt d’une épaisse enveloppe de salpêtre, produite par l’humidité qui intervient dans son mode de fabrication.
Des différences presque inappréciables dans les ’procédés de fabrication peuvent amener parfois de très grandes différences dans les effets obtenus lorsqu’on soumet la poudre à l’expérience ; mais il est certains points spéciaux qui ont, à cet égard, une très-grande importance. Je signalerai les suivants :
1° Le poids spécifique ; 2° La longueur du temps pendant lequel lé charbon qui entre dans la composition de la poudre a été calciné ; 3° Le degré d’humidité employée dans le procédé de fabrication ; 4° La dureté ; 5° La grosseur du grain.
J’ai arrangé des figures contenant des courbes destinées à montrer les différences qui existent entre trois des espèces de poudre dont je viens de parler, et dans chaque cas j’ai choisi l’exemple que je crois pouvoir donner avec le plus d’exactitude comme le type de l’espèce. Pour que les résultats puissent se. comparer entre eux, ils sont tous empruntés à des expériences faites avec le canon de dix pouces.
Sur la figure 115 sont tracées les courbes de temps, c’est-à-dire les indications fournies par le chronoscope lui-même ; les abscisses représentant les longueurs de l’intérieur du canon ; les ordonnées, le temps qu’il faut en tout au projectile pour parcourir ces longueurs, ft partir du commencement du mouvement. La première courbe est celle de la poudre R. L. G. ; la seconde, celle de la poudre caillou, et la troisième celle de la poudre prismatique. On voit que le projectile employait beaucoup moins de temps à. la première portion de son mouvement, dans le cas de la poudre R. L. G. et de la poudre en caillou, que dans le cas de la poudre prismatique. Il est intéressant de rappeler que le temps total employé par un projectile, quand il est chassé par une charge de batterie de brèche, pour arriver à la bouche d’un canon de 10 pouces, est d’environ 1/100e de seconde. Les vitesses en chaque point de la pièce se déduisent de la forme de courbes des figures 116 et 117 [4].
Remarquons que pour la poudre caillou et la poudre prismatique la vitesse commence par être bien inférieure à celle de la poudre R. L. G. ; puis peu à peu les deux premières rejoignent cette dernière, la dépassent, et le projectile quitte enfin le canon avec une vitesse bien plus considérable.
Dans le voisinage de la bouche, les courbes passent à très peu près par les points observés. Près de l’origine du mouvement, les courbes passent au-dessus des points observés, comme on devait s’y attendre.
Ces autres courbes (fig. 118), représentent les pressions qui correspondent à ces vitesses, et leurs aires représentent l’effet produit par les différentes poudres sur le projectile.
On voit qu’avec la poudre prismatique et la poudre caillou, quoique la pression maxima soit bien inférieure à celle de la poudre R. L G., cette aire est bien plus considérable que celle de la poudre R. L. G. De là nous déduisons ce fait important, qu’en employant la poudre caillou, par exemple, non-seulement le canon subit un effort bien moindre qu’avec la poudre R. L. G., mais encore, avec les charges que nous pouvons employer, notre canon nous donne près de 20 % plus d’effet, le travail de la première poudre étant d’environ 5700 tonnes-pieds, tandis que celui de la seconde n’est que de 4900.
Nous avons comparé les pressions indiquées parles courbes obtenues d’après les indications du chronoscope, avec les indications correspondantes du manomètre à écrasement. Voici les résultats obtenus : Avec les poudres cylindrique en caillou et prismatique, dans les circonstances ordinaires, avec les charges normales ou les charges de brèche, et avec les lumières réglementaires,les pressions indiquées par les écraseurs placés dans la chambre à poudre ne diffèrent pas sensiblement les unes des autres, et quelques-unes, — la moyenne d’entre elles, — concordent assez exactement avec la pression maximum indiquée par le chronoscope. Mais s’il s’agit des anciennes poudres brisantes R.L.G. ou L.G., une différence frappante se manifeste ; non-seulement les pressions diffèrent très-notablement des indications données par le chronoscope, mais elles diffèrent beaucoup les unes des autres.
Il est à peine nécessaire de vous dire que, d’après la théorie ordinaire de la distribution du gaz dans l’âme de la pièce, dans les premiers instants du mouvement, la densité et, par conséquent, la tension du gaz sont au minimum dans le voisinage du projectile, et doivent augmenter graduellement en allant vers le fond de la pièce, sans cependant que cette augmentation soit très considérable. Mais ce n’est pas ce que nous avons trouvé. Ainsi, par exemple, avec un échantillon de poudre R. L. G. tandis que le chronoscope indiquait une pression de 28,3 tonnes, les manomètres à écrasement placés en C donnaient 28 tonnes, en B 31,3 tonnes, et en A 47,9 tonnes. Nous savions d’ailleurs que, quand des charges semblables de la même poudre sont tirées avec une lumière placée à l’arrière et au centre, l’action destructive sur le canon est bien diminuée ; malheureusement, l’effet utile diminue en même temps. Cependant, lorsque nous fîmes l’expérience, le chronoscope nous donna une pression maxima de 19 tonnes au lieu de 28, tandis que le manomètre à écrasement indiquait en B 26 tonnes au lieu de 31, et en C 39 tonnes au lieu de 28. Quelle était donc la cause de si grandes différences ? Je puis dire qu’il ne saurait y avoir de doute sur la réalité des faits indiqués par les manomètres à écrasement ; non seulement ils se reproduisent, à chaque coup, avec une régularité infaillible, mais nous avons contrôlé l’exactitude des résultats par tous les moyens que nous avons pu imaginer.
Nous rencontrons donc, dans le cas des poudres brisantes, des difficultés qui n’existent pas lorsqu’il s’agit des poudres lentes, et, comme nous sommes amené à admettre que certaines de ces pressions sont entièrement locales ou limitées à certaines parties du canon, nous expliquons ces difficultés de la manière suivante, Robins obtint, comme nous l’avons vu, une pression locale considérable en plaçant la balle d’un fusil à une certaine distance de la charge. Ce phénomène est dû, sans aucun doute, à la vitesse très-considérable qu’acquièrent les gaz, vapeurs ou autres produits de la combustion ayant de rencontrer la résistance du projectile ; la transformation de la force vive en pression rend compte de celle énorme pression locale constatée par Robins. La pression locale que nous avons observée peut s’expliquer de la même façon. La force vive des produits de la combustion de la première partie enflammée de la charge se transforme aussi en pression dans le point occupé pur le projectile, et, comme nous savons que la rapidité de combustion de la poudre est énormément accrue par la pression sous laquelle elle détone, il est possible que celle pression soit augmentée par un violent dégagement de gaz de la poudre non brûlée à la place du projectile.
La pression indiquée par le manomètre à écrasement, avec la lumière postérieure. est, comme l’augmentation de la fuite du gaz pouvait nous le faire prévoir, bien plus forte que quand on se sert de la lumière réglementaire.
Le temps pendant lequel dure celte pression anormale doit être prodigieusement court, même en le comparant aux, temps très-petits que nous ayons à considérer ici, car nous constatons que la pression du chronoscope, qui peut être regardée, dans le cas de ces poudres brutales, comme représentant la moyenne de pressions d’un caractère oscillatoire violent, n’est pas sensiblement altérée, alors même que ces pressions locales augmentent de 50 %, comme cela arrive, par exemple, lorsqu’on emploie une lumière postérieure. D’autres indications conduisent à la même conclusion ; mais il est digne de remarque que, lorsqu’il se produit des pressions locales intenses, des ondulations de pression, pour ainsi dire, paraissent passer rapidement d’une extrémité à l’autre des gaz enflammés, et se perpétuer plus ou moins pendant tout le temps que le projectile reste dans la pièce.
Voici les considérations qui nous ont amenés à cette conclusion. Avec la poudre-caillou et les autres poudres qui ne produisent aucune onde, les pressions indiquées par les manomètres à écrasement dans toute la longueur de la pièce sont bien d’accord avec celles qu’indique le chronoscope, et l’aire d’une courbe menée par les points observés représente avec assez d’exactitude l’effet produit sur le projectile j mais dès qu’il se produit des ondes, il n’en est plus de même. La vitesse du projectile peut être la même, ou même moindre, et nécessairement l’aire dom j’ai parlé devrait diminuer proportionnellement. Mais, au contraire, elle augmente toujours - souvent d’une manière exagérée, — et représente de 60 à 70 % plus d’effet qu’il n’en est réellement produit sur le projectile.
Dans la figure 119, qui représente la courbe de pression donnée par la poudre R. L. G., j’ai tracé une ligne imaginaire qui montre l’idée que nous pouvons nous faire de ces violentes oscillations [5] ; nous pouvons remarquer que des ondulations de ce genre expliqueraient non-seulement les anomalies indiquées par le manomètre à écrasement (fig. 119), mais aussi les doubles maxima invariablement constatés par le comité du général Neumann. J’ajouterai seulement que, dans ces recherches, le chronoscope et le manomètre à écrasement semblent se compléter l’un l’autre. Le chronoscope tient à peine compte de l’existence des pressions locales ; d’un autre coté, le manomètre à écrasement ne donne souvent aucune indication de la pression moyenne qui existe dans la pièce.
Ces remarques sur les pressions locales s’appliquent aux poudres à combustion rapide. Avec les lumières elles charges réglementaires, ces ondes semblent à peine exister pour les autres poudres dont nous nous sommes occupés : mais elles reparaissent si l’on augmente beaucoup la longueur de la charge, et surtout si l’inflammation de la cartouche se fait en arrière. N’oublions pas que, quelque regrettable que soit, pour bien des raisons, la production de ces ondes, ce n’est pas un inconvénient aussi grave que si la pression locale s’étendait en même temps à l’âme tout entière. En réalité, certaines considérations dont je ne veux point vous fatiguer, m’ont amené à conclure qu’il se peut que, dans certaines circonstances, les maxima de la pression locale fussent limités non seulement à une certaine partie de la section longitudinale du canon, mais même à un arc assez petit de la section transversale de cette partie.
J’ai donc fait examiner le registre des épreuves de certains canons de dix pouces qui avaient été essayés à Elswick dans des circonstances éminemment propres à développer des pressions locales, et j’ai trouvé que, sur vingt-six canons essayés, seize n’avaient subi aucune dilatation, deux s’étaient dilatés sur une très-petite largeur tout autour de la place du projectile, et que les autres, au nombre de huit, avaient de petites dilatations que nous nommons des dents en langage technique ; mais toutes ces dents se trouvaient sur la place du projectile et sur la partie de la section située presque en face de la lumière qui est indiquée dans la figure 120.
D’un autre côté, il est presque certain que la forte pression locale indiquée au fond de la pièce, dans les canons de dix pouces, est limitée au point particulier où se trouve le manomètre à écrasement, et est due à ce que le canon se rétrécit vers l’extrémité.
Je dois signaler ici une difficulté. Dans les poudres brisantes, il paraît certain que la totalité, sauf peul-être une très-minime fraction, de la poudre est transformée en gaz par la combustion, avant que le projectile ait quitté sa position initiale. S’il en est ainsi, comment expliquer la perte de travail considérable qui se produit lorsque, dans les circonstances ordinaires, on met le feu à une charge par une lumière postérieure ? Celle perte est très-variable ; mais, une fois, dans nos propres expériences, nous avons trouvé le travail effectué réduit de 78 à 58 tonnes par livre de poudre. La cause de celle énorme perte de travail, dans un cas où il est difficile de croire qu’aucune parcelle de poudre ait pu échapper à la combustion, doit s’expliquer peut-être en admettant que, par le mode particulier d’inflammation, les produits de la combustion diffèrent de ceux qui prennent naissance dans les circonstances ordinaires ; on peut aussi supposer, vu le rôle très important que joue la température dans la production de la pression, que celle disposition de la lumière amène une déperdition de chaleur beaucoup plus grande. Il est généralement admis, je crois, que la perte de travail .résultant de la chaleur communiquée à la pièce est complètement insignifiante. Il n’en est pourtant pas ainsi. Des expériences précises ont été faites sur cette question, il y a quelques années, en Italie, avec des fusils que l’on chargeait de trois manières différentes : 1° de la façon habituelle ; 2° en plaçant la balle à une distance considérable de la poudre, et 3° sans balle du tout. On est arrivé à ce résultat que, dans tous les cas, la chaleur communiquée à l’arme représentait beaucoup plus du tiers du travail total développé, d’après Bunsen et Schisschkoff, par la combustion de la poudre, et que cette quantité de chaleur était maximum quand la balle était placée à distance de la poudre, et minimum lorsque le fusil était chargé li la manière ordinaire.
La perte de chaleur est certainement différente quand il s’agit des fortes charges que nous avons à considérer id, mais elle est encore trop forte pour être négligée, et il est certain que, lorsque se produit l’action ondulatoire dont je parlais tout à l’heure, il y a toujours une perle considérable, sans aucun effet utile.
Parallèlement aux recherches de la Commission sur l’action de la poudre dans les canons, j’ai fait, à Elswick, une série d’expériences sur la tension des gaz en vase clos. Sur la figure 96 qui contient les résultats des expériences de Rumford et de Rodman, j’ai représenté ceux des expériences faites à Elswick, dont une partie nous ont été suggérées par le général Lefroy.
Rumford n’avait réussi qu’à déterminer la tension des gaz fournis par la poudre, quand celte dernière occupait moins des 70 centièmes de l’espace dans lequel s’opérait sa combustion. De plus, ses charges étaient très-faibles, et les résultats obtenus sont fort exagérés, probablement par suite de l’imperfection de ses procédés. Les résultats auxquels Rodman est arrivé sont aussi très élevés, probablement à cause du défaut que j’ai indiqué dans son instrument ; mais il n’a pas déterminé la tension dans les cas où la poudre occupait plus des 50 centièmes de l’espace où se faisait la combustion.
Mais à Elswick nous avons été assez heureux, non seulement pour déterminer la tension des gaz sous des densités diverses, mais encore pour pouvoir faire détoner des charges remplissant complètement la cavité de leurs récipients, sans rupture, de manière à conserver et retirer à volonté, au moyen d’un dispositif spécial, les produits gazeux de la combustion.
Les résultats de nos expériences, qui ont toutes été faites avec la poudre R. L. G. du gouvernement, sont indiqués sur la figure g6 ; il ne me reste qu’à décrire l’appareil qui nous a servi li obtenir ces résultats. Il est représenté par la figure 121.
Les produits enflammés étaient enfermés dans un réservoir au moyen d’un obturateur ; la pression était déterminée à l’aide d’un appareil à écrasement, placé en A, et la charge était enflammée au moyen d’une fusée du système Abel. En courant passait à travers le cône isolé B, qui, au moment où l’on mettait le feu, détruisait la matière isolante et fermait le circuit. Les détails d’une ou de deux de ces expériences pourront vous Intéresser. Lorsque j’essayai pour la première t’ois d’enfermer complètement la poudre enflammée, je pensai que le meilleur moyen de s’opposer à la fuite des gaz consistait à employer une lumière d’acier, fermée à l’aide d’un tampon de bronze de canon soudé à l’étain. Cette disposition parut d’abord réussir. Mais, au moment où je m’approchais du cylindre, et où je me baissais pour apprécier sa température, la charge s’échappa brusquement avec une extrême violence. Lorsque j’ouvris le cylindre pour l’examiner, je reconnus que la chaleur de l’explosion avait fondu l’étain coulé autour du tampon conique ; les gaz s’étaient échappés aisément à travers cet étain fondu. Mais je notai un autre fait très remarquable. En faisant sortir du cylindre l’appareil à écrasement, je constatai que l’extrémité de l’acier faisant saillie dans la charge avait été fondue et semblait avoir coulé ; la tête d’une vis d’acier trempé s’était aussi fondue d’une manière très évidente. Ces effets s’étaient produits en trente-deux secondes. Pour comparer, je plaçai, pendant trente-sept secondes, une pièce d’acier semblable, dans l’un des plus chauds des fours de Siemens, à une température qui était probablement d’environ 3300 °F. (1611°C). Elle atteignit seulement une température d’environ 180 °F (100°C). La température de cette fusion avait pu être sérieusement influencée par les transformations chimiques par lesquelles avait pu passer le métal fondu.
Dans une autre expérience, je déterminai la tension de 3/4 de livre de poudre R. L. G. remplissant complètement la capacité dans laquelle je l’enflammai ; sans aucune possibilité de fuite. Cette tension était sensiblement de 32 tonnes par pouce carré. J’ai fait une expérience semblable avec de la poudre F.G. et de la poudre cylindrique. Les résultats furent complètement heureux. Le gaz fut entièrement conservé. Dans le premier cas, lorsque je m’approchais du cylindre, il produisait une singulière crépitation, due probablement à la transmission très rapide d’une chaleur intérieure considérable. La température extérieure du cylindre s’éleva rapidement à 111°F, et resta ensuite à peu près stationnaire pendant un moment. Je laissai alors les gaz s’échapper, ce qu’ils firent avec un sifflement strident, semblable à un cri aigu, lorsqu’on plaçait un obstacle sur l’orifice. Avec ces gaz, on n’apercevait pas la plus légère apparence de fumée, de vapeur, ou de coloration quelconque. La pression indiquée, avec la poudre F. G., était de 37 tonnes par pouce carré, c’est-à-dire d’environ 5600 atmosphères. Voici, dans ces bouteilles scellées, les résidus solides de la combustion de la poudre F. G., et aussi de la poudre cylindrique. Dans chaque cylindre, avait été placé un fil de platine et une feuille de même métal d’épaisseur variée. Ceux-ci ont disparu, et je ne puis dire dans quel état ils sont maintenant, jusqu’à ce que ces résidus aient été examinés.
Je regarde le succès de ces expériences comme étant d’une grande importance. Non seulement, avec l’aide de mon ami et collègue à la commission, M. Abel, si bien connu pour ses recherches sur les substances explosives, nous pourrons déterminer les divers produits de la combustion de la poudre, quand cette combustion s’effectue sous sa pression maximum, mais nous pourrons de plus reconnaître si la variation de la pression amène quelques modifications dans ces produits, et quelles sont ces modifications, s’il yen a ; nous pourrons aussi mesurer la chaleur de combustion, et résoudre d’autres questions importantes.
Avant de terminer, j’appellerai votre attention sur une coïncidence remarquable et une confirmation singulière des résultats obtenus par la commission. Lorsque je trouvai la courbe qui représente la relation entre la tension et la densité des gaz de la poudre en vase clos, je voulus voir comment ces résultats s’accordaient avec des résultats semblables fournis par mes observations sur la tension dans l’intérieur des canons. Je traçai donc de nouveau ces courbes (fig. 122), qui représentent les résultats donnés par la combustion de la poudre caillou dans des canons de 10 el de 8 pouces, et par celle de la poudre R. L. G. dans des canons de 10, de 8 et de 2 pouces ; les ordonnées représentent, comme précédemment, la tension de la poudre, mais les abscisses représentent la densité du gaz. On peut voir combien, à ce point de vue, la poudre caillou et la poudre R. L. G. se rapprochent l’une de l’autre. Mais quand je vins à mettre sur la même figure, comme l’indiquent les croix, les tensions que m’avait données la poudre brûlée en vase clos, elles coïncidaient presque avec les résultats donnés par la poudre caillou dans le canon de 10 pouces. Cette coïncidence est, on l’avouera, trop remarquable pour être due au hasard.
Les conclusions pratiques à tirer des recherches qui font le sujet de ce discours peuvent se résumer de la manière suivante :
1° La pression maximum de la poudre à canon ordinaire enflammée, sans expansion possible, ne dépasse guère 40 tonnes par pouce carré. 2° Dans les grosses pièces d’artillerie, grâce aux oscillations violentes produites par l’inflammation d’une masse considérable de poudre, la pression des gaz est susceptible d’augmenter localement, même au-dessus de la tension normale dans un vase exactement clos ; cet accroissement de la tension met en danger la résistance des canons, en même temps qu’elle diminue l’effet utile, 3° Lorsqu’on emploie de fortes charges, la poudre brisante augmente l’effort sur la pièce, sans augmenter la vitesse du projectile. 4° La position de la lumière, c’est-à-dire du point par lequel s’enflamme la charge, exerce une influence importante sur l’intensité de l’action ondulatoire ; à mesure qu’on augmente de plus en plus les dimensions des pièces, il serait important de perfectionner les poudres, et de perfectionner aussi les procédés d’inflammation de la charge, de manière à éviter autant que possible d’imprimer aux gaz enflammés un mouvement oscillatoire violent. 5° En tout cas, il est bon d’avoir des charges aussi courtes que possible, et d’enflammer les gargousses de manière à réduire la course des gaz à sa plus faible limite possible.
A. Noble