balistique.
Publié le 06/12/2021
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balistique.
1
PRÉSENTATION
balistique, science traitant du déplacement d'un corps projeté dans l'espace. D'une façon générale, la balistique étudie les trajectoires des projectiles tirés à partir de canons ou d'armes légères, le vol libre des bombes et le vol propulsé des fusées.
Le déplacement d'un projectile, entre l'instant où il est tiré et son impact sur la cible, comprend trois phases distinctes, qui font l'objet des subdivisions de la balistique : la balistique intérieure, qui traite du déplacement du projectile dans le canon ; la
balistique extérieure, qui considère le déplacement du projectile entre le moment où il sort du canon et celui où il atteint sa cible ; la balistique terminale, qui traite des effets du projectile sur sa cible.
2
BALISTIQUE INTÉRIEURE
La balistique intérieure a pour objet la température, le volume et la pression des gaz résultant de la combustion de la charge propulsive à l'intérieur du canon ; elle étudie également l'effet produit par l'expansion de ces gaz sur la bouche à feu, sur
l'affût et sur le projectile lui-même. Parmi les éléments critiques que couvre l'étude de la balistique interne, on citera : la relation entre poids de la charge et poids du projectile ; la longueur du canon ; les taille, forme et densité optimales des grains
de la poudre suivant les armes diverses considérées ; les problèmes connexes de pression initiale, maximale et minimale. L'un des premiers spécialistes fut le Britannique Benjamin Robins. Les expériences actuelles vérifient la plupart de ses
conclusions, mais sont en désaccord essentiellement en ce qui concerne la température et la pression maximales. À la fin du XVIIIe siècle, le physicien anglo-américain Benjamin Thompson fit la première tentative de mesure de la pression produite
par la poudre.
Vers 1760, les balisticiens français déterminèrent la relation entre vitesse initiale et longueur du canon en mesurant la vitesse d'une balle tirée d'un mousquet dont on sciait une longueur de canon avant de procéder à la mesure suivante. Grâce aux
résultats de ces expériences et aux progrès effectués en chimie et en thermodynamique, les balisticiens développèrent des formules établissant la relation entre la vitesse initiale, le poids et la forme du projectile ; entre le poids, le type et la taille des
grains de la charge de poudre ; entre la pression et la température dans le canon. Ces lois et ces phénomènes interviennent de même dans le fonctionnement d'un moteur-fusée, le corps de la fusée jouant le rôle du canon.
3
BALISTIQUE EXTÉRIEURE
La balistique extérieure détermine la trajectoire du projectile entre le moment où il sort du canon et celui où il atteint sa cible, en fonction d'éléments tels que sa forme, son calibre, son poids, sa vitesse initiale, sa rotation, la résistance de l'air et la
gravité.
Jusqu'au milieu du XVIe siècle, on pensait que les boulets se déplaçaient en ligne droite entre le canon et la cible et que les obus tirés par les mortiers décrivaient une trajectoire faite de deux lignes droites jointes par un arc de cercle. Le
mathématicien italien Niccolò Tartaglia, dans un ouvrage sur la balistique, affirma qu'aucune partie de la trajectoire d'un projectile ne pouvait être droite et que plus la vitesse du projectile était grande, plus la trajectoire était plate. On lui doit
l'invention de l'équerre de canonnier, servant à déterminer l'élévation de la gueule du canon (pointage). Galilée montra que, dans le vide, un projectile décrit un arc de parabole. La formulation de la loi de la gravitation par Isaac Newton rendit claire
la cause de ce déplacement curviligne du projectile. Suivant ses travaux, mettant en oeuvre le calcul infinitésimal pour étudier la perte de quantité de mouvement due aux particules d'air au repos le long de la trajectoire, Robins, Euler et d'Alembert
fondèrent une balistique vraiment scientifique, tenant compte notamment de la résistance de l'air. Cela permit de préparer des tables de tirs directement utilisables par les chefs de batteries. Outre son effet de freinage, la résistance de l'air joue sur la
stabilité du projectile, s'il n'est pas sphérique (obus ogival moderne), et se complique par l'effet de gyroscope dû à la rotation imprimée au projectile par les canons rayés : le projectile aurait tendance à conserver la même orientation, en débattement
par rapport à sa ligne de vol curviligne.
Deux méthodes ont été utilisées pour déterminer la vitesse d'un projectile après sa sortie du canon. La première consiste à mesurer la quantité de mouvement du projectile ; la seconde, le temps nécessaire au projectile pour parcourir une distance
donnée. La première méthode est la plus ancienne et, à une époque où les vitesses des projectiles étaient assez faibles et les portées courtes, les résultats étaient suffisamment précis pour la plupart des applications. Le pendule balistique et le canonpendule étaient utilisés pour mesurer la quantité de mouvement d'un projectile, mais ces dispositifs ont été remplacés par des instrument plus précis, de mise en oeuvre moins onéreuse, fonctionnant selon les principes de la seconde méthode.
Le pendule balistique fut développé vers 1743 par Robins, qui entreprit une série d'expériences systématiques en vue de déterminer la vitesse des projectiles. Le pendule balistique, de même que le canon-pendule, inventé par Thompson, fait
intervenir le principe de la conservation de la quantité de mouvement, transférée d'un projectile de faible masse, animé d'une grande vitesse, à une masse importante, à laquelle est imprimée une faible vitesse résultante. Le pendule balistique se
composait d'une lourde plaque de fer sur laquelle était fixé un bloc de bois destiné à recevoir l'impact du projectile ; ce pendule pouvait osciller librement autour d'un axe horizontal. Sous l'impulsion du projectile, le bloc de bois décrivait un recul
suivant un arc, ou un angle, aisément mesurable. Une fois connus l'arc de recul et les masses du projectile et du pendule, on pouvait déterminer par le calcul la vitesse du projectile. Le pendule balistique ne pouvait certes supporter que l'impact de
balles de fusil, mais en déterminant les relations qui devaient intervenir entre le calibre, la longueur du canon et la charge de poudre, Robins apportait une contribution majeure à la balistique.
Avec la seconde méthode, la vitesse d'un projectile est déterminée en mesurant le temps nécessaire pour qu'il parcoure une section de sa trajectoire dont la longueur est connue. De nombreux instruments furent construits à cet effet ; en 1840, le
physicien britannique sir Charles Wheatstone suggéra d'utiliser l'électricité pour mesurer les petits intervalles de temps. Cette suggestion conduisit à la mise au point du chronographe, dispositif d'enregistrement électrique du temps mis par un
projectile pour passer entre deux écrans successifs tendus de fils fins.
Les formules et les tables de balistique extérieure de chaque nouveau type de canon ou de fusil restent plus ou moins empiriques et doivent faire l'objet d'essais par mesures réelles avant que les systèmes de visée puissent être calibrés avec
précision.
4
BALISTIQUE TERMINALE
Les lois régissant l'impact d'un projectile sur la cible constituent le domaine d'application de la troisième branche de la balistique. Tout comme la balistique intérieure et extérieure, la balistique terminale fait appel à de nombreuses formules
empiriques. Des recherches théoriques et des expériences sont toutefois menées sur la pénétration, la fragmentation, la détonation, la forme de la charge, les effets de souffle et de déflagration qui en découlent, y compris les phénomènes connexes
de combustion et les effets incendiaires. Les balisticiens déterminent encore les principes régissant le nombre, la taille, la vitesse et la répartition dans l'espace des éclats produits par la détonation des charges explosives d'obus.
5
MESURES BALISTIQUES
Le développement de la photographie à grande vitesse et du stroboscope, du fait de l'Américain Harold Eugene Edgerton et du Français Jules-Étienne Marey, entre autres, a permis une connaissance plus fine dans ces trois branches de la balistique.
Par la mise en oeuvre de dispositifs de ce type, on peut photographier un projectile en vol, ce qui permet d'étudier précisément non seulement sa vitesse, mais sa position et son orientation (pour déterminer l'importance de la nutation) et même les
ondes de choc qu'il produit.
Le développement récent le plus important dans le domaine de la balistique est l'utilisation des calculateurs électroniques (l'un des premiers, l'ENIAC, fut précisément construit dans ce but en 1945, de même que le premier ordinateur français, CUBA).
Les études de balistique extérieure font intervenir en général plusieurs systèmes d'équations différentielles partielles de second ordre, dont la résolution nécessite des centaines de milliers d'opérations. Pour déterminer la position du projectile en
différents points de la trajectoire, des dizaines de telles déterminations sont nécessaires. Et il faut répéter le processus pour chaque élévation différente du canon. Les ordinateurs permettent d'obtenir des résultats complets en quelques secondes
seulement. Ils sont pareillement utilisés pour la simulation de vols de missiles.
Récemment, la mise au point d'un grand nombre d'appareillages spécialisés, optiques et électroniques, a permis à la recherche balistique d'accomplir des progrès remarquables, en particulier en ce qui concerne les performances des missiles guidés.
Parmi ces instruments, on citera les théodolites de poursuite, les appareils de photogrammétrie et les radioémetteurs miniaturisés embarqués pour missiles. Voir Missiles ; Fusée ; Armes légères ; Artillerie (matériel).
balistique.
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PRÉSENTATION
balistique, science traitant du déplacement d'un corps projeté dans l'espace. D'une façon générale, la balistique étudie les trajectoires des projectiles tirés à partir de canons ou d'armes légères, le vol libre des bombes et le vol propulsé des fusées.
Le déplacement d'un projectile, entre l'instant où il est tiré et son impact sur la cible, comprend trois phases distinctes, qui font l'objet des subdivisions de la balistique : la balistique intérieure, qui traite du déplacement du projectile dans le canon ; la
balistique extérieure, qui considère le déplacement du projectile entre le moment où il sort du canon et celui où il atteint sa cible ; la balistique terminale, qui traite des effets du projectile sur sa cible.
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BALISTIQUE INTÉRIEURE
La balistique intérieure a pour objet la température, le volume et la pression des gaz résultant de la combustion de la charge propulsive à l'intérieur du canon ; elle étudie également l'effet produit par l'expansion de ces gaz sur la bouche à feu, sur
l'affût et sur le projectile lui-même. Parmi les éléments critiques que couvre l'étude de la balistique interne, on citera : la relation entre poids de la charge et poids du projectile ; la longueur du canon ; les taille, forme et densité optimales des grains
de la poudre suivant les armes diverses considérées ; les problèmes connexes de pression initiale, maximale et minimale. L'un des premiers spécialistes fut le Britannique Benjamin Robins. Les expériences actuelles vérifient la plupart de ses
conclusions, mais sont en désaccord essentiellement en ce qui concerne la température et la pression maximales. À la fin du XVIIIe siècle, le physicien anglo-américain Benjamin Thompson fit la première tentative de mesure de la pression produite
par la poudre.
Vers 1760, les balisticiens français déterminèrent la relation entre vitesse initiale et longueur du canon en mesurant la vitesse d'une balle tirée d'un mousquet dont on sciait une longueur de canon avant de procéder à la mesure suivante. Grâce aux
résultats de ces expériences et aux progrès effectués en chimie et en thermodynamique, les balisticiens développèrent des formules établissant la relation entre la vitesse initiale, le poids et la forme du projectile ; entre le poids, le type et la taille des
grains de la charge de poudre ; entre la pression et la température dans le canon. Ces lois et ces phénomènes interviennent de même dans le fonctionnement d'un moteur-fusée, le corps de la fusée jouant le rôle du canon.
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BALISTIQUE EXTÉRIEURE
La balistique extérieure détermine la trajectoire du projectile entre le moment où il sort du canon et celui où il atteint sa cible, en fonction d'éléments tels que sa forme, son calibre, son poids, sa vitesse initiale, sa rotation, la résistance de l'air et la
gravité.
Jusqu'au milieu du XVIe siècle, on pensait que les boulets se déplaçaient en ligne droite entre le canon et la cible et que les obus tirés par les mortiers décrivaient une trajectoire faite de deux lignes droites jointes par un arc de cercle. Le
mathématicien italien Niccolò Tartaglia, dans un ouvrage sur la balistique, affirma qu'aucune partie de la trajectoire d'un projectile ne pouvait être droite et que plus la vitesse du projectile était grande, plus la trajectoire était plate. On lui doit
l'invention de l'équerre de canonnier, servant à déterminer l'élévation de la gueule du canon (pointage). Galilée montra que, dans le vide, un projectile décrit un arc de parabole. La formulation de la loi de la gravitation par Isaac Newton rendit claire
la cause de ce déplacement curviligne du projectile. Suivant ses travaux, mettant en oeuvre le calcul infinitésimal pour étudier la perte de quantité de mouvement due aux particules d'air au repos le long de la trajectoire, Robins, Euler et d'Alembert
fondèrent une balistique vraiment scientifique, tenant compte notamment de la résistance de l'air. Cela permit de préparer des tables de tirs directement utilisables par les chefs de batteries. Outre son effet de freinage, la résistance de l'air joue sur la
stabilité du projectile, s'il n'est pas sphérique (obus ogival moderne), et se complique par l'effet de gyroscope dû à la rotation imprimée au projectile par les canons rayés : le projectile aurait tendance à conserver la même orientation, en débattement
par rapport à sa ligne de vol curviligne.
Deux méthodes ont été utilisées pour déterminer la vitesse d'un projectile après sa sortie du canon. La première consiste à mesurer la quantité de mouvement du projectile ; la seconde, le temps nécessaire au projectile pour parcourir une distance
donnée. La première méthode est la plus ancienne et, à une époque où les vitesses des projectiles étaient assez faibles et les portées courtes, les résultats étaient suffisamment précis pour la plupart des applications. Le pendule balistique et le canonpendule étaient utilisés pour mesurer la quantité de mouvement d'un projectile, mais ces dispositifs ont été remplacés par des instrument plus précis, de mise en oeuvre moins onéreuse, fonctionnant selon les principes de la seconde méthode.
Le pendule balistique fut développé vers 1743 par Robins, qui entreprit une série d'expériences systématiques en vue de déterminer la vitesse des projectiles. Le pendule balistique, de même que le canon-pendule, inventé par Thompson, fait
intervenir le principe de la conservation de la quantité de mouvement, transférée d'un projectile de faible masse, animé d'une grande vitesse, à une masse importante, à laquelle est imprimée une faible vitesse résultante. Le pendule balistique se
composait d'une lourde plaque de fer sur laquelle était fixé un bloc de bois destiné à recevoir l'impact du projectile ; ce pendule pouvait osciller librement autour d'un axe horizontal. Sous l'impulsion du projectile, le bloc de bois décrivait un recul
suivant un arc, ou un angle, aisément mesurable. Une fois connus l'arc de recul et les masses du projectile et du pendule, on pouvait déterminer par le calcul la vitesse du projectile. Le pendule balistique ne pouvait certes supporter que l'impact de
balles de fusil, mais en déterminant les relations qui devaient intervenir entre le calibre, la longueur du canon et la charge de poudre, Robins apportait une contribution majeure à la balistique.
Avec la seconde méthode, la vitesse d'un projectile est déterminée en mesurant le temps nécessaire pour qu'il parcoure une section de sa trajectoire dont la longueur est connue. De nombreux instruments furent construits à cet effet ; en 1840, le
physicien britannique sir Charles Wheatstone suggéra d'utiliser l'électricité pour mesurer les petits intervalles de temps. Cette suggestion conduisit à la mise au point du chronographe, dispositif d'enregistrement électrique du temps mis par un
projectile pour passer entre deux écrans successifs tendus de fils fins.
Les formules et les tables de balistique extérieure de chaque nouveau type de canon ou de fusil restent plus ou moins empiriques et doivent faire l'objet d'essais par mesures réelles avant que les systèmes de visée puissent être calibrés avec
précision.
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BALISTIQUE TERMINALE
Les lois régissant l'impact d'un projectile sur la cible constituent le domaine d'application de la troisième branche de la balistique. Tout comme la balistique intérieure et extérieure, la balistique terminale fait appel à de nombreuses formules
empiriques. Des recherches théoriques et des expériences sont toutefois menées sur la pénétration, la fragmentation, la détonation, la forme de la charge, les effets de souffle et de déflagration qui en découlent, y compris les phénomènes connexes
de combustion et les effets incendiaires. Les balisticiens déterminent encore les principes régissant le nombre, la taille, la vitesse et la répartition dans l'espace des éclats produits par la détonation des charges explosives d'obus.
5
MESURES BALISTIQUES
Le développement de la photographie à grande vitesse et du stroboscope, du fait de l'Américain Harold Eugene Edgerton et du Français Jules-Étienne Marey, entre autres, a permis une connaissance plus fine dans ces trois branches de la balistique.
Par la mise en oeuvre de dispositifs de ce type, on peut photographier un projectile en vol, ce qui permet d'étudier précisément non seulement sa vitesse, mais sa position et son orientation (pour déterminer l'importance de la nutation) et même les
ondes de choc qu'il produit.
Le développement récent le plus important dans le domaine de la balistique est l'utilisation des calculateurs électroniques (l'un des premiers, l'ENIAC, fut précisément construit dans ce but en 1945, de même que le premier ordinateur français, CUBA).
Les études de balistique extérieure font intervenir en général plusieurs systèmes d'équations différentielles partielles de second ordre, dont la résolution nécessite des centaines de milliers d'opérations. Pour déterminer la position du projectile en
différents points de la trajectoire, des dizaines de telles déterminations sont nécessaires. Et il faut répéter le processus pour chaque élévation différente du canon. Les ordinateurs permettent d'obtenir des résultats complets en quelques secondes
seulement. Ils sont pareillement utilisés pour la simulation de vols de missiles.
Récemment, la mise au point d'un grand nombre d'appareillages spécialisés, optiques et électroniques, a permis à la recherche balistique d'accomplir des progrès remarquables, en particulier en ce qui concerne les performances des missiles guidés.
Parmi ces instruments, on citera les théodolites de poursuite, les appareils de photogrammétrie et les radioémetteurs miniaturisés embarqués pour missiles. Voir Missiles ; Fusée ; Armes légères ; Artillerie (matériel).
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