TS Ritchie et al., ACS Omega 2021
La poudre à canon – par opposition à la poudre sans fumée moderne – n’est pas beaucoup utilisée de nos jours dans les armes actuelles, bien qu’elle soit toujours utile pour les armes historiques et reste populaire pour les feux d’artifice et autres pièces pyrotechniques. Une équipe interdisciplinaire de chimistes et d’historiens a voulu en savoir plus sur l’évolution des différentes recettes de poudre à canon au fil des siècles alors que les maîtres artilleurs peaufinaient les composants de base pour obtenir de meilleurs résultats. Les chercheurs ont décrit leurs découvertes dans un article récent publié dans la revue ACS Omega. Ils ont même testé quelques-unes des recettes en tirant une réplique d’un canon lanceur de pierres du XVe siècle sur un champ de tir de West Point, vous savez, pour la science.
Aussi connue sous le nom de poudre noire, la poudre à canon est assez simple, chimiquement parlant. C’est un mélange de soufre et de charbon de bois (carbone), qui servent de combustibles, et de nitrate de potassium (KNO3), un oxydant également connu sous le nom de salpêtre. D’abord utilisé pour la guerre vers 904 CE en Chine, son utilisation s’était répandue dans toute l’Europe et l’Asie à la fin du 13ème siècle. Les recettes modernes de poudre noire nécessitent 75 pour cent de salpêtre, 15 pour cent de charbon de bois et 10 pour cent de soufre. Mais les maîtres artilleurs médiévaux ont expérimenté de nombreuses recettes différentes au cours des siècles, dont beaucoup comprenaient des additifs tels que le camphre, le vernis ou le cognac, dont le but est encore inconnu.
À la fin du 14e siècle, les fabricants avaient découvert que l’on pouvait améliorer les performances de la poudre à canon grâce à un processus de broyage humide appelé “corning”. Une sorte de liquide (souvent de l’alcool distillé) était ajouté au fur et à mesure que les autres ingrédients étaient broyés ensemble, produisant une pâte humide. La pâte serait roulée en boules puis séchée, et ces boules seraient écrasées dans un mortier par un artilleur sur le terrain juste avant d’être utilisées.
La poudre à canon mélangée à sec de serpentine était la plus couramment utilisée en Europe au XVe siècle. La procédure standard impliquait de broyer les ingrédients avec un mortier et un pilon, et la réduction de ces ingrédients en une poudre fine pouvait prendre jusqu’à 24 heures. Plus la taille des particules est petite et plus le mélange est minutieux, plus la poudre à canon brûlera rapidement et efficacement.
Ne mangez pas ces recettes
Les co-auteurs Dawn Riegner et Clifford Rogers, respectivement chimiste et historien à l’Académie militaire américaine (alias West Point), ont décidé d’analyser les énergies libérées juste avant et pendant la combustion par différents types de recettes de poudre à canon de la période médiévale. Avec leurs autres co-auteurs, ils espéraient mieux comprendre l’intention derrière la création des diverses formulations et en savoir plus sur les détails techniques des premiers procédés de fabrication de poudre à canon.
Tout d’abord, ils ont identifié plus de 20 recettes différentes enregistrées dans des textes médiévaux entre 1336 et 1449 de notre ère et ont suivi ces recettes pour fabriquer leurs propres lots de poudre à canon. Riegner et al. testé à la fois des échantillons de serpentine et de corned, en utilisant la calorimétrie à la bombe pour enregistrer les chaleurs relatives de combustion et les taux de réaction. Ils ont utilisé la calorimétrie différentielle à balayage pour mesurer le début de la combustion (pré-allumage) et la vitesse à laquelle la combustion s’est propagée, ainsi que l’analyse des résidus pour chacune des recettes afin de déterminer l’efficacité de la combustion. L’équipe a également comparé les différentes méthodes de préparation des échantillons et l’efficacité des recettes avec et sans additifs, ainsi que la conduite des expériences de tir au canon.
L’équipe a découvert qu’entre 1338 et 1400 de notre ère, les recettes augmentaient le pourcentage de salpêtre et diminuaient la quantité de charbon de bois. Cela aurait entraîné une chaleur de combustion plus faible, mais aurait également été plus sûr pour les artilleurs médiévaux sur le champ de bataille. Après 1400, les artilleurs ont peaufiné un peu plus les composants relatifs, diminuant un peu le salpêtre et augmentant légèrement le soufre et le charbon de bois, peut-être pour trouver l’équilibre optimal entre la sécurité des artilleurs et la chaleur de combustion.
« Le besoin de recettes plus sûres »
“Il a été suggéré que l’une des raisons pour lesquelles les recettes de poudre à canon ont changé au fil du temps est le besoin de recettes plus sûres qui ne mettent pas en danger les artilleurs médiévaux ou n’endommagent pas les canons”, ont écrit les auteurs. Le fait que les deux recettes les plus anciennes testées aient les chaleurs de combustion les plus élevées semble corroborer cette hypothèse. “Les artilleurs ont peut-être cessé d’utiliser ces recettes parce qu’elles avaient des niveaux d’activité thermodynamique si élevés”, ont-ils ajouté.
Quant aux additifs, la plupart n’ont pas produit d’augmentation notable de l’énergie produite, à l’exception d’une combinaison de camphre et de chlorure d’ammonium. Les auteurs suggèrent que l’eau ou le brandy, par exemple, pourraient avoir servi à d’autres fins que des recherches supplémentaires pourraient révéler.
« Il est clair que les maîtres artilleurs médiévaux avaient développé, au moins à certains égards, une solide compréhension pratique des variables qui affectaient la puissance de sortie effective pouvant être obtenue à partir des charges de poudre à canon, y compris la pureté des ingrédients, les variétés de charbon de bois, la taille des grains et les méthodes. du mélange », ont écrit les auteurs. “Ils ont compris, par exemple, qu’un boulet de canon était lancé par pression de gaz, pas par flamme, et que le charbon de saule préparé dans un récipient fermé était de loin supérieur au charbon de chêne fabriqué dans une fosse traditionnelle.”
Cependant, Riegner et al. ont également noté que les progrès vers l’obtention du ratio idéal d’ingrédients étaient lents, prenant parfois du recul, ce qu’ils attribuent aux changements physiques intervenus dans l’artillerie utilisée au cours de la même période (taille du fusil, types de grenaille et de charge de poudre, par exemple ).
D’autres recherches sont nécessaires pour déterminer quelle est la meilleure recette pour des contextes historiques spécifiques, selon les auteurs. Ils prévoient de mener d’autres études avec différentes techniques qui les aideront à comparer la surface et l’espacement entre les ingrédients des différentes recettes, ce qui devrait éclairer davantage les méthodes de traitement médiévales, en particulier le corning.
DOI : ACS Omega, 2021. 10.1021/acsomega.1c03380 (À propos des DOI).
