Thermites

En ce qui concerne les explosifs, il y a près de 250 composés dont les diverses formulations sont utilisées en pyrotechnie de défense et civile. Les explosifs les plus utilisés sont les dérivés nitrés comme le nitrate d’ammonium (cf. Nitrate d’ammonium) et les dérivés de la cellulose (cf. Cellulose) comme la nitrocellulose. On trouve principalement des composés aromatiques nitrés comme le TNT (trinitrotoluène), des nitramines comme l’hexogène (RDX) et des esters nitriques comme la pentrite (PETN), la nitroglycérine et la nitrocellulose.

Ces composés explosifs peuvent également être des poudres propulsives, car leur combustion, très rapide, dégage des quantités de gaz importantes. Dans la formulation des charges interviennent aussi des « plastifiants » qui stabilisent la nitrocellulose ou les mélanges de poudres explosives afin d’éviter leur décomposition accidentelle et auto-catalysée. Ces plastifiants sont en général des dinitramines qui permettent de stabiliser les charges dans la plage – 40 °C à + 70 °C et confèrent à une charge propulsive une vitesse de combustion régulière.

Pour entraîner l’explosion des charges, il faut amorcer la chaîne pyrotechnique avec des explosifs primaires tels les azotures métalliques (cf. Azoture de sodium) ou des fulminates qui répondent et se déclenchent très vite sous une faible sollicitation mécanique ou thermique. Pour améliorer les délais d’initiations et surtout la fiabilité de fonctionnement, on peut utiliser des systèmes moins sensibles aux effets de chocs ou de frottements, ce sont les thermites.

Comme l’indique le nom « thermite » issu du grec thermê (chaleur), ces composés sont des mélanges oxydo-réducteurs dont la décomposition dégage une chaleur considérable et des élévations de température entre 2 000 et 3 250 K. L’aluminothermie, inventée en 1893 par Hans Goldschmidt, utilisée pour souder les rails des chemins de fer est sans doute l’ancêtre du procédé :
Fe₂O₃ + Al ———> 2Fe + Al₂O₃ + Q

Les thermites sont, dit-on, les matériaux non-nucléaires les plus énergétiques connus. Ce sont en général des mélanges intimes d’oxyde et d’un métal très oxydable. Le tableau suivant donne quelques exemples :

La réaction classique : WO₃ + Al ———> W + Al₂O₃ + Q
Ces thermites sont en général trois à quatre fois plus énergétiques, mais ils ne sont pas considérés comme des explosifs, car leur décomposition n’engendre que peu ou pas de gaz et met en jeu des vitesses qui sont de plusieurs ordres de grandeur inférieurs aux vitesses de détonation des explosifs. L’énergie étant libéré progressivement, les thermites ne détonnent pas, mais brûlent et déflagrent. Leur intérêt réside dans le fait qu’ils sont à la fois très stables du point de vue chimique et peu sensibles aux effets mécaniques.

Dans le domaine civil, les thermites peuvent être utilisés comme inflammateurs de la composition génératrice de gaz des « air-bags » ou induits dans les boulons explosifs servant à la libération des assemblages spatiaux des étages de fusées. D’autres applications, plus confidentielles, comme la sécurisation de circuits électronique, la nanosoudure de pièces métalliques d’accessibilité réduite, se développent rapidement.

Dans le domaine militaire, les thermites sont utilisées comme dispositif d’allumage de la charge des missiles ou de projectiles à grande énergie cinétique. Ils peuvent aussi améliorer les performances énergétiques des explosifs classiques. Actuellement les recherches portent sur la miniaturisation des dispositifs, et sur les mélanges nanostructurés avec des poudres de granulométrie proche de quelques dizaines de nanomètres. Ces dimensions nanométriques permettent de diminuer la durée d’initiation à quelques millisecondes et d’augmenter la vitesse de combustion à quelques mètres par seconde.

Pensée du jour
« Termites ou thermites il faut que ça pète ! »

Sources
– http://fr.wikipedia.org/wiki/Explosif
– http://en.wikipedia.org/wiki/Explosive_material
– http://fr.wikipedia.org/wiki/Thermite
– M. Comet, H. Fuzelizer, {Étude synoptique des explosifs, L’Actualité Chimique 2000, 223, 4-11.
– M. Comet, D. Spitzer, {Des thermites classiques aux composites interstitiels métastables, L’Actualité Chimique 2006, 299, 20-25.
– http://fr.wikipedia.org/wiki/Aluminothermie
– http://membres.multimania.fr/laluminothermie/experiences.html
– http://en.wikipedia.org/wiki/Thermite

Pour en savoir plus
– Azoture de sodium
– Feux d’artifices
– Acide picrique
– Nitrate d’ammonium
– Cellulose