Détonation

Une détonation[1] est une oxydation violente telle qu'une onde de combustion explosive (simple déflagration) mais plus violente car transmise mécaniquement par onde de choc. Les combustions, explosives ou non, se transmettent par la chaleur.

Détonation de 500 tonnes de TNT dans le cadre de l'opération Sailor Hat menée par les États-Unis en 1965. L'onde de choc initiale est visible sur la surface de l'eau et elle provoque un nuage de condensation.

La détonation se produit dans un mélange homogène de gaz combustible et de comburant, ou prémélange, mais aussi dans des explosifs condensés. Elle est constituée par une onde de choc se propageant dans le mélange, immédiatement suivie par une zone de réaction où se produit la combustion.

Détail de la réaction

L'onde de choc se caractérise par une augmentation brutale de la pression et de la masse volumique, ainsi qu'une diminution de la vitesse des gaz. Dans le référentiel de la détonation, la vitesse des gaz, qui était supersonique dans les gaz frais, devient subsonique immédiatement après le choc, et réaugmente dans la zone de réaction. Dans le cas de la détonation idéale, dite aussi de Chapman-Jouguet, la vitesse devient exactement égale à la vitesse du son en sortie de zone de réaction.

Vitesse de propagation

La vitesse du front de flamme est donc bien plus importante que dans le cas d'une déflagration : le front de flamme est le front de l'onde, il progresse plus vite que le son dans le milieu, alors que dans le cas de la déflagration, la vitesse est limitée par la conduction thermique et la diffusion (voir Flamme de prémélange). Une détonation se propage typiquement à une vitesse de plusieurs kilomètres par seconde, à comparer à une vitesse pour les déflagrations de l'ordre du mètre par seconde et à une vitesse du son dans l'air à température ambiante de l'ordre de 300 mètres par seconde. Le pic de pression dans une détonation est de l'ordre de 30 à 60 fois la pression initiale. Les valeurs numériques de vitesse et pression sont encore plus importantes dans le cas d'une détonation dans un explosif condensé.

Cas particuliers, utilisation, gestion des risques

Au-delà du cas de la puissance destructrice des explosifs (civils ou militaires), la détonation est en jeu dans de nombreux contextes de sécurité, notamment quand elle survient en contexte de risques naturels (ex : éruptions volcaniques explosives, telle que celle qui a englouti Pompéi sous les cendres) et d'accidents industriels (ex : explosion de l'usine AZF de Toulouse en France).

Dans les moteurs ou machines

Le moteur a explosion tire son énergie d'explosions commandées, mais des détonations intempestives ou trop importantes dégraderont des éléments mécaniques, par exemple dans les moteurs à allumages commandés (à essence). En général la transition en régime détonant se produit en fin de combustion lorsque l'allumage a eu lieu trop tôt ou que le carburant est de mauvaise qualité. Au mieux cela se traduit par un bruit caractéristique de cliquetis mais le moteur peut aussi casser. Les moteurs à explosion fonctionnent à l'essence ont longtemps utilisé des carburants enrichis d'un additif antidétonant très toxique et polluant (le plomb tétra-éthyl).

En milieu liquide

L'eau étant moins compressible que l'air, en milieu subaquatique l'onde de choc induite par la vitesse de toute détonation importante entraîne des blessures graves ou mortelles chez les animaux touchés par l'onde de choc, et notamment chez les vertébrés aquatiques (ex : poissons, reptiles, mammifères (cétacés et phoques notamment) ou oiseaux plongeurs/nageures tels que pingouins, manchots...)[2].

Ceci est du à une montée du signal extrêmement courte, combinée à une surpression d'autant plus élevée que le sujet est proche du point d'explosion[2].

Juste après une phase de surpression maximal survient une phase de pression négative qui induit un effet de cavitation, lequel accroît les dégâts aux organes internes (organes mous ou creux tels que poumons, sinus, oreille interne, vessie natatoire, viscères...) et aux tissus. Les organes subissent un déplacement différentiel et induisant une douleur intense et un effet de choc quand la mort ne survient pas instantanément[2].
Dans certaines configurations (en goulet, faille, crevasse ou en eaux peu profonde), un phénomène de "réflexion de surface" (qui forme une sorte d'écho ou de "réplique en phase inversée de la détonation", aggrave encore la puissance destructrice de l'onde de choc)[2].

Les blessures, souvent invisibles car toutes "internes", vont de la perturbation fonctionnelle de cellules, de tissus et d'organes, à des hémorragies internes, embolie et lésions auditives ou visuelles à des déchirures. Les lésions sont notamment induites par le déplacement différentiel des tissus et organes soumis au passage de l'onde de choc puis éventuellement à une cavitation. Chez les vertébrés dotés de poumons, l'onde de choc comprime violemment le thorax, suscitant une brusque et forte augmentation de la pression artérielle qui peut gravement endommager le cerveau et l'oreille interne (et donc l'équilibre)[2].
Un autre problème est que la plupart des détonations impliquent le rejet de constituants écotoxiques dans l'eau et l'environnement (dans le réseau trophique et donc potentiellement dans la chaine alimentaire et notre alimentation)[2].

Afin de protéger la vie marine, selon les biologistes marins : « toutes les tentatives possibles devraient être faites pour éviter les détonations sous-marines ».
Si elles ne peuvent être évitées "pour des raisons de sécurité" (par exemple pour le pétardage in situ d'une munition non explosée ou de munitions immergées), on dispose aujourd'hui de dispositifs d'éloignement de certains animaux (ex : effarouchement par pingers) ou d'atténuation de l'onde de choc (ex : rideaux à bulles) et une simple surveillance visuelle et acoustique ou une planification d'opération dans le temps et l'espace permet de limiter les risques. Ces mesures d'atténuation sont cependant plus ou moins efficaces selon les contextes[2] ;

Selon S. Koschinski (2011) une stratégie d'évaluation et d'atténuation des risques propres au site et aux munitions doit être élaborée pour chaque cas de détonation [2]

Notes et références

  1. Définitions lexicographiques et étymologiques de « détonation » du Trésor de la langue française informatisé, sur le site du Centre national de ressources textuelles et lexicales
  2. Koschinski S (2011) Underwater noise pollution from munitions clearance and disposal, possible effects on marine vertebrates, and its mitigation. Marine Technology Society Journal, 45(6), 80-88 (résumé).

Voir aussi

Bibliographie

  • (en) R.A. Strehlow, Combustion Fundamentals, McGraw-Hill, (ISBN 978-0-07-062221-0)

Articles connexes

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