Tpe : explosions et explosifs

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  • Publié le : 22 avril 2011
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TPE : Modèle / Modélisation :
Les explosifs et les conséquences des explosions

Introduction

Jusqu'au XVIIIème siècle, le seul explosif connu était la poudre à canon, composée de salpêtre, de souffre, et de charbon de bois. Mais, dès 1846, de nouveaux explosifs apparurent, avec par exemple le fulmicoton de Christian Schönbein.

Fulmicoton

De nos jours, les explosifs sont trèsutilisés, et dans de nombreux domaines. On les retrouve par exemple dans le bâtiment, pour détruire des structures, dans les stations de ski afin de déclencher des avalanches, ou encore, lors des feux d'artifice.
Explosion et effondrement en l'espace d'environ six secondes d'une cheminée industrielle à Francfort-sur-le-Main (Allemagne, 2006)

Feux d'artifice

Déclenchement d'une avalancheCependant, la fabrication d'explosifs est à la portée de tout le monde, notamment des terroristes, et leur mauvaise manipulation peut entrainer des blessures très graves, voire même la mort.

Mais, quelles sont les réactions chimiques qui entraînent une explosion, et quelles en sont les conséquences ?

Nous verrons pour cela, tout d'abord une modélisation représentant une explosion et sesconséquences, puis, grâce aux données trouvées lors de cette modélisation, nous définirons les explosifs, en rajoutant des informations complémentaires.

I – Modélisation d'une explosion

Afin de modéliser une explosion, nous choisissons un petit explosif peut puissant et peut dangereux : le pétard à mèche.

Le pétard à mèche est un explosif de petite taille qui est surtout utilisé pour le bruit qu'ilproduit, car malgré sa petite taille, il peut produire des sons très puissants. Il est avant tout un loisir : les enfants s'en servent pour s'amuser ou bien ils sont utilisés dans des fêtes, notamment le 14 juillet.

Un pétard à mèche classique est pour la plupart du temps constitué de trois parties :
- Un cylindre conteneur en papier enroulé que l'on ferme a chaque extrémité par un bouchon(appelé bourre) de mortier ou un rouleau de terre, afin d'éviter que la poudre ne s'échappe.
- Une charge de poudre à l'intérieur du cylindre. Elle est généralement constituée de plusieurs éléments chimiques : du salpètre de formule KNO3 (66% de la poudre), du souffre (S) ( 20% de la poudre) et du charbon de bois (C) ( 18% de la poudre), formant de la poudre noire.
- Une mèche (facilementcombustible), généralement une gaine de cellulose grise contenant de la poudre noire, qui d'une part sort du cylindre, et d'autre part touche la charge de poudre pour permettre à la flamme de l'atteindre et de déclencher l'explosion.

Le principe de fonctionnement est très simple : à l'aide d'un briquet ou tout autre objet pouvant fournir une flamme, on allume l'extrémité de la mèche qui ressort ducylindre : celle-ci se consume et la flamme arrive au niveau de la poudre : grâce au feu fournissant de l'énergie, les éléments chimiques de la poudre qui sont les réactifs réagissent pour créer une explosion.
La vitesse de déflagration de la poudre noire varie de 400 à 800 m/s. Au moment de l’explosion, il y a un flash lumineux, un dégagement de chaleur (souvent une flamme), un son puissant, ledégagement d'une dense fumée riche en CO, et, par la suite, une odeur de souffre.
La température au moment de l’explosion peut atteindre un sommet assez impressionnant de 2400°C pour les pétards à mèche les plus puissants.
Un kilogramme de poudre produit environ 300 litres de gaz lors de l'explosion.

Après nous être renseignés sur les propriétés des explosifs, nous mettons en œuvre desexpériences pouvant prouver ces propriétés.

1) Protocole expérimental

Pour toutes les expériences nécessitant un pétard, nous nous sommes équipés de lunettes de protection pour protéger nos yeux des éventuelles projections. Nous mettons aussi en place un périmètre de sécurité pour se protéger des conséquences de l'explosion. De plus, nous choisissons un endroit aéré, en occurrence l'extérieur,...
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