Pénétrateur à énergie cinétique

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Obus antichar français avec son sabot
Obus flèche au moment de la séparation du sabot
Obus modernes israéliens de 120 mm; L'obus flèche M322 à dard en tungstène est à gauche au premier plan, à l'extrême gauche se trouve l'obus-flèche d'exercice M324.

Un pénétrateur à énergie cinétique (aussi connu sous le nom d'obus flèche) est un type de munition qui, comme une balle, ne contient pas d'explosifs, mais utilise l'énergie cinétique pour pénétrer la cible.

Le terme peut s'appliquer à tout type d'obus perforants, mais généralement fait référence à un type de munition moderne de perforation de blindage, l'obus antiblindage à ailettes à sabot détachable (en anglais APFSDS), un type de pénétrateur à longue tige (PLT), et non pas aux obus classiques (qui sont courts).

La flèche se déplace à environ 975 m⋅s-1, ce qui génère une force de mille cinq cent tonnes (ou 15 000 000 N) lorsqu'elle entre en contact avec un objet fixe. Sa vitesse, et par conséquent son énergie cinétique, décroit inévitablement pendant le vol, mais elle est encore très meurtrière jusqu'à une distance de six kilomètres.

À l'inverse des pénétrateurs à énergie cinétique, les autres types d'obus utilisent l'énergie chimique. Il existe deux types d'obus à énergie chimique en dotation à l'heure actuelle : l'obus explosif antichar HEAT (à charge creuse) et les munitions à écrasement HESH. Ils ont été largement utilisés contre les blindés dans le passé et sont encore utilisés, mais sont moins efficaces contre les blindages composites modernes tels que le Chobham, le Kanchan installés sur des chars de combat contemporains.

Le principe du pénétrateur à énergie cinétique repose sur l'utilisation de son énergie cinétique, qui est une fonction de masse, et la vitesse, pour perforer un blindage. Les armes à énergie cinétique maximisent l'énergie et minimisent la zone sur laquelle elles sont délivrées en :

  • tirant avec une très haute vitesse en sortie de canon, paramètre très important car il intervient au carré dans le calcul de l'énergie cinétique ;
  • concentrant la force dans une petite zone tout en conservant une masse relativement importante ;
  • maximisant la masse du projectile, en utilisant des matériaux à densité élevée, c'est l'une des raisons qui font que l'uranium appauvri est souvent utilisé.

Cela a conduit à la conception actuelle qui ressemble à une longue flèche métallique.

Historique[modifier | modifier le code]

Les premières munitions à énergie cinétique tirées par des canons étaient des pierre taillée en forme de sphère, puis des boules rondes métalliques. Dès le début, combiner une énergie initiale élevée avec une densité et une dureté de projectile élevés a été l'objectif essentiel pris en compte lors de la conception de ces armes. Le but principal de ces armes a généralement été de perforer des blindages ou des structures défensives, comme les murailles des châteaux de pierre, les coques en bois des navires ou le blindage des chars modernes. Le choix de munitions à énergie chimique a toujours été le choix d'armes qui, en raison de divers facteurs, ne pouvaient pas générer l'énergie initiale élevée nécessitée par une arme à énergie cinétique.[Quoi ?]

Le développement des pénétrateurs à énergie cinétique modernes combine deux aspects de la conception de l'artillerie : vitesse initiale élevée et force concentrée. Une grande vitesse initiale est obtenue en utilisant un projectile de faible masse et de surface de base importante dans le canon. Envelopper un projectile de petite taille dans une coque légère, appelée sabot, permet d'augmenter la vitesse initiale en sortie de canon. Une fois sorti du fût du canon, le sabot n'est plus nécessaire, se fragmente et tombe en morceaux. Ceci permet au projectile de se déplacer à grande vitesse avec une petite section transversale et donc de réduire la traînée aérodynamique pendant son vol vers la cible (voir balistique extérieure et balistique terminale). L'Allemagne a développé des sabots modernes sous le nom de « Treibspiegel » (« miroir de propulsion ») pour donner une portée accrue à leurs canons anti-aériens pendant la Seconde Guerre mondiale. Avant cela, des sabots de bois primitifs avaient été utilisés pendant des siècles, sous la forme d'un bouchon en bois attaché au projectile ou chargé dans le fût du canon, et placé entre la charge propulsive et le projectile.

Le nom « sabot » vient du mot français désignant les chaussures en bois. Selon une théorie, le mot « sabotage » est dérivé de cette signification spécifique du mot « sabot ».

La concentration de la force d'impact sur une zone plus petite a été atteinte en remplaçant le métal de l'obus (généralement de l'acier) par un composite combinant deux métaux, un noyau lourd (à base de tungstène) dans une enveloppe en métal léger. Cette conception était connue sous le nom d'antiblindage rigide composite (APCR – Armour Piercing Composite Rigid). À l'impact, le noyau a un effet beaucoup plus concentré que l'obus métallique homogène de même poids et de même taille. Cependant, la résistance de l'air ainsi que d'autres effets sont identiques pour les deux types d'obus.

Entre 1941 et 1943, les anglais[réf. nécessaire] ont combiné les deux techniques en concevant l'obus antiblindage à sabot détachable (APDS – Armour-piercing discarding sabot). Le sabot a remplacé la coque métallique extérieure de l'APCR. Alors que dans le fût du canon l'obus a une surface de base importante pour obtenir une accélération maximale de la charge propulsive, une fois sorti, le sabot se détache d'une longue tige qui a une petite section transversale. Les obus antiblindage à haute vélocité (HVAP – High Velocity Armor Piercing) ont également été utilisés par l'armée de terre des États-Unis, et ont été principalement utilisés par les chasseurs de chars.

Conception moderne[modifier | modifier le code]

L'obus antiblindage à sabot détachable (APDS) a été initialement la conception de base du pénétrateur à énergie cinétique. La suite logique était de faire l'impacteur plus long et plus fin afin de concentrer l'énergie cinétique sur une zone plus petite. Cependant une tige longue et mince est aérodynamiquement instable, elle tend à basculer en vol et est moins précise. Traditionnellement, la stabilité en vol des obus était donnée par le rainurage des canons, ce qui donnait une stabilisation gyroscopique à l'obus. Ceci est très efficace jusqu'à une certaine limite, mais lorsque la longueur du projectile dépasse six ou sept fois son diamètre, le rainurage devient moins efficace. L'ajout d'empennages (comme pour une flèche) à la base stabilise la trajectoire. L'obus APDS a donc évolué en obus antiblindage stabilisé par empennages à sabot détachable (APFSDS – Armour-Piercing Fin-Stabilized Discarding Sabot). La rotation de stabilisation diminue la pénétration de ces obus (car une partie de l'énergie cinétique de translation est transformée en énergie cinétique de rotation, diminuant la vitesse linéaire de l'obus et donc l'énergie d'impact). En conséquence, ils sont généralement tirés à partir de canons lisses; mise en pratique par Israël, un important fournisseur d'obus flèche, la Chine, la France, le Pakistan, l'Allemagne, l'Union soviétique et la Russie, et les États-Unis dans leurs chars de combat. Une autre raison de l'utilisation de canons à âme lisse est que les munitions HEAT perdent beaucoup de leur effet par la rotation. Les obus APFSDS peuvent néanmoins être tirés de canons rayés, mais le sabot incorpore alors des roulements destinés à isoler la rotation du sabot de la flèche. Certains pays tels le Royaume-Uni et l'Inde, par exemple, ont conservé dans leur dotation des canons rayés parce qu'ils sont en mesure de tirer des munitions d'autres types tels que les obus HESH avec plus de précision. Toutefois, les rayures s'usent lors de l'utilisation régulière d'obus APFSDS et nécessitent plus d'entretien. Pour ces raisons, le char britannique Challenger 2 équipé du canon lisse Rheinmetall de 120 mm est à l'essai.

Les pénétrateurs à énergie cinétique mis en œuvre par les chars de combat modernes ont généralement un diamètre de 2-3 cm, et une longueur de 50-60 cm. L'évolution récentes des pénétrateurs montre que leur longueur augmente et leur diamètre diminue. Toutefois, le développement des formes lourdes de blindage réactif qui vise à cisailler les flèches a modifié cette tendance dans les derniers développements aux États-Unis. Afin de maximiser l'énergie cinétique libérée sur la cible, le pénétrateur doit être réalisé dans un matériau dense, tel que le carbure de tungstène ou un alliage d'uranium appauvri (Staballoy). La dureté du pénétrateur est d'une importance moindre, mais il est toujours un facteur car l'abrasion est une composante importante du phénomène utilisé pour le contrer. Comme l'uranium appauvri n'est pas particulièrement dur, il est allié avec du nickel, du zinc, ou les deux. L'uranium appauvri est pyrophorique ; les fragments chauffés par l'impact s'enflamment au contact de l'air, mettant le feu au carburant et/ou aux munitions dans le véhicule cible, compensant ainsi l'absence d'une ogive explosive. En outre, il se forme dans les pénétrateurs en uranium appauvri des bandes de cisaillement adiabatique. Une idée commune fausse est que, durant l'impact, des fractures apparaissent le long de ces bandes provoquant une ablation de matière et restaurant ainsi la forme conique de la pointe du pénétrateur – alors que d'autres matériaux tels que le tungstène non revêtu ont tendance à se déformer dans un profil arrondi moins efficace en forme de champignon. En réalité, la formation de bandes de cisaillement adiabatique provoque le détachement prématuré des côtés du champignons, laissant une tête réduite à l'impact. Des tests ont montré que le trou percé par un projectile en uranium appauvri a un diamètre plus petit que celui obtenu avec un projectile de tungstène similaire[1].

Les vitesses des obus APFSDS varient selon les fabricants et le type de canon qui les tire. Par exemple, l'obus américain General Dynamics KEW-A1 a une vitesse initiale de 1 740 m⋅s-1 (6 260 km⋅h-1 environ)[2]. À titre de comparaison, une balle de fusil se déplace à environ 900 m⋅s-1.

La gamme de vitesse initiale des obus flèche (APFSDS) se situe généralement de 1 400 à 1 900 m⋅s-1. Les sabots aussi sont tirés à cette vitesse avant la séparation. Ils peuvent continuer pendant plusieurs centaines de mètres à une vitesse qui peut être mortelle pour les troupes et endommager les véhicules légers.

L'équivalent des obus flèche pour les fusils sont les fléchettes à sabot. Un fusil les utilisant, le Special Purpose Individual Weapon, a été un moment développé pour l'armée américaine, mais le projet fut abandonné.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

  1. (en) « Adiabatic Shear Banding in Axisymmetric Impact & Penetration Problems », J. B. Stevens and R. C. Batra
  2. (en) « 120mm Tank Gun KE Ammunition », Defense Update,‎ 2006-11-22 (consulté le 2007-09-03)

Références[modifier | modifier le code]

  • (en) Cai W. D., Li Y., Dowding R. J., Mohamed F. A., Lavernia E. J., « A review of tungsten-based alloys as kinetic energy penetrator materials », Rev. Particulate Mater., vol. 3,‎ 1995, p. 71–131