Pénétrateur à énergie cinétique

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Obus-flèche OFL 120 F1 français
Obus-flèche au moment de la séparation du sabot
Obus modernes israéliens de 120 mm ; L'obus flèche M322 à barreau 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, ce qui génère une force de mille cinq cents 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 ou le tungstène sont souvent utilisés.

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 pierres taillées 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, dans ses différentes formes, a toujours nécessité de fortes vitesses initiales.

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 (6 260 km/h environ)[2]. À titre de comparaison, une balle de fusil se déplace à environ 900 m/s.

La gamme de vitesse initiale des obus flèche (APFSDS) se situe généralement de 1 400 à 1 900 m/s. 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.

Liste non exhaustive des obus-flèche[modifier | modifier le code]

Appellation Munition Pays Fabricant Année Matériau Vitesse initiale Poids de la flèche (avec sabot) Allongement Capacité de perforation
M919 25 x 137 Drapeau des États-Unis États-Unis d'Amérique General Dynamics Ordnance & Tactical Systems 1990-1991 alliage à base d'uranium appauvri 1385 m/s 96 g (132 g) 13:1 40 mm (31 mm) d'acier BHL à 1000 m (2000 m) sous une incidence de 60°
M935A2 25 x 137 Drapeau de la Belgique Belgique Mecar 1993 alliage de tungstène 1440 m/s (130 g) - >40 mm (>30 mm) d'acier BHL à 1000 m (2000 m) sous une incidence de 60°
M929 30 x 165 Drapeau de la Belgique Belgique Mecar - alliage de tungstène 1275 m/s (220 g) - >50 mm d'acier BHL à 1000 m sous une incidence de 60°
PMC 287 30 x 173 Drapeau de la Suisse Suisse Oerlikon Contraves Pyrotec AG - alliage de tungstène 1405 m/s (235 g) - 53 mm d'acier BHL à 1000 m sous une incidence de 60°
Mk II 40 x 364R Drapeau de la Suède Suède Bofors Defence 2001 alliage de tungstène - - - -
Slpprj 90 40 x 364R Drapeau de la Suède Suède Bofors Defence 1993 alliage de tungstène 1 465 m/s - - -
Slpprj 95LK/05 40 x 364R Drapeau de la Suède Suède Bofors Defence 2005 alliage de tungstène 1 510 m/s - - -
40-APFSDS 65 x 255 Drapeau de la France France & Drapeau : Royaume-Uni Royaume-Uni CTA International 2014 alliage de tungstène 1 500 m/s (550 g) - 140 mm d'acier BHL sous incidence nulle à 1500 m
M-54 60 x 410R Drapeau d’Israël Israël, Drapeau de la Belgique Belgique et Drapeau de l'Allemagne Allemagne IMI, Mecar et Hertel début des années 80 alliage de tungstène 1620 m/s 870 g (1,35 kg) 17:1 perce la cible OTAN simple char moyen à 2000 m
M94 90 x 600-615R Drapeau d’Israël Israël IMI années 80 alliage de tungstène >1 455 m/s - - -
3BM25 Izomer 100 x 695R Drapeau de l'URSS Union soviétique - 1978 barreau en acier maraging contenant noyau en tungstène 1430 m/s 4,58 kg (5,02 kg) - 300 mm d'acier BHL sous incidence nulle à 1 000 m, 280 mm sous incidence nulle à 2 000 m
M111 Hetz 6 105 x 607-617R Drapeau d’Israël Israël IMI 1978 alliage de tungstène 1455 m/s 4,2 kg (6,3 kg) - perce la cible OTAN simple char lourd à 2000 m
M413 Hetz 7 105 x 607-617R Drapeau d’Israël Israël IMI années 80 alliage de tungstène 1 455 m/s (6,3 kg) - perce la cible OTAN simple char lourd à 6000 m
XM735 105 x 607-617R Drapeau des États-Unis États-Unis d'Amérique Picatinny Arsenal 1974 alliage de tungstène chemisé dans de l'acier maraging 1 478 m/s (5,83 kg) 8:1 152 mm et 127 mm sous une incidence de 60° à 1000 et 3000 m respectivement ou perce la cible OTAN simple char lourd à 1000-1200 m
M735 105 x 607-617R Drapeau des États-Unis États-Unis d'Amérique Picatinny Arsenal 1978 alliage de tungstène chemisé dans de l'acier maraging 1 501 m/s 3,7kg (5,79 kg) 10:1 perce la cible OTAN simple char lourd à plus de 1000-1200 m
M735A1 105 x 607-617R Drapeau des États-Unis États-Unis d'Amérique - 1979 alliage à base d'uranium appauvri chemisé dans de l'acier maraging 1 501 m/s 3,7 kg (5,79 kg) 10:1 370 mm d'acier BHL sous incidence nulle à 1000 m
OFL 105 F1 105 x 607-617R Drapeau de la France France GIAT 1981 alliage de tungstène 1495 m/s (canon L/52) ou 1 525 m/s (canon L/56) 3,8 kg (5,8 kg) 22:1 perce la cible OTAN simple char lourd à 4400 m (canon L/52) ou 4900 m (canon L/56)
L64A4 105 x 607-617R Drapeau : Royaume-Uni Royaume-Uni Royal Ordnance Factories 1982 alliage de tungstène 1485 m/s 3,59 kg (6,12 kg) 22:1 perce la cible OTAN simple char lourd à 4200 m
M1060A3 105 x 607-617R Drapeau de la Belgique Belgique Mecar 2004 alliage de tungstène 1 560 m/s (6,2 kg) 29:1 >500 mm d'acier BHL sous incidence nulle à 2000 m
3BM3 115 x 728R Drapeau de l'URSS Union soviétique - 1961 barreau en acier maraging contenant noyau en tungstène 1 615 m/s 4 kg (5,5 kg) - 300 mm d'acier BHL à 1000 m sous incidence nulle et 130 mm sous une incidence de 60°
3BM21 Zastup 115 x 728R Drapeau de l'URSS Union soviétique - 1961 barreau en acier maraging contenant noyau en tungstène 1600 m/s 4,5 kg (6,26 kg) - 330 mm d'acier BHL à 2000 m sous incidence nulle et 165 mm sous une incidence de 60°
3BM36 Kamerger 115 x 728R Drapeau de l'URSS Union soviétique - 1988 alliage à base d'uranium appauvri, nickel et zinc - - - 380-400 mm sous incidence nulle à 2 000 m
M1150 115 x 728R Drapeau de la Belgique Belgique Mecar - alliage de tungstène 1 635 m/s (6,5 kg) - >500 mm d'acier BHL sous incidence nulle à 2000 m
L23A1 120 mm Drapeau : Royaume-Uni Royaume-Uni Royal Ordnance Factories 1983-85 alliage de tungstène, nickel et cuivre 1 534 - 1 549 m/s 3,89 kg (7,89 kg) 14,1:1 400 mm sous incidence nulle à 3 500 m
BD26 Jericho 120 mm Drapeau : Royaume-Uni Royaume-Uni Royal Ordnance Factories 1990 alliage de tungstène, nickel et de fer - 4,1 kg (8 kg) 18,6:1 15% supérieure au L23A1 (avec le canon L11), 25% supérieure au L23A1 (avec le canon L30)
L26A1 CHARM 1 120 mm Drapeau : Royaume-Uni Royaume-Uni Royal Ordnance Factories 1990 alliage à base d'uranium appauvri et de titane 1 499 m/s 4,3 kg (8 kg) 18,6:1 -
M829 120 x 570 Drapeau des États-Unis États-Unis d'Amérique Chamberlain Manufacturing (General Dynamics) 1984 alliage à base d'uranium appauvri 1 670 m/s 4,27 kg (7,3 kg) ~22:1 540 mm d'acier sous incidence nulle à 2000 m.
OFL 120 G1 120 x 570 Drapeau de la France France GIAT milieu des années 80 alliage de tungstène 1650 m/s (canon L/52) 3,8 kg (6,3 kg) - 550 mm d'acier BHL à la bouche ou perce la cible OTAN simple char lourd à 8000 m
DM53 120 x 570 Drapeau de l'Allemagne Allemagne Rheinmetall-defence 1999 alliage de tungstène 1 670 m/s (canon L/44) & 1 750 m/s (canon L/55) 5 kg (8,35 kg) 38:1 -
M829A3 super sabot 120 x 570 Drapeau des États-Unis États-Unis d'Amérique Alliant Techsystems 2003 alliage à base d'uranium appauvri 1 555 m/s 7 kg (10 kg) ~30:1 -
3BM9 125 mm Drapeau de l'URSS Union soviétique - 1962 barreau en acier maraging 1 800 m/s 3,6 kg (5,67 kg) - 245 mm d'acier BHL à 2000 m sous incidence nulle et 140 mm sous une incidence de 60°
3BM15 125 mm Drapeau de l'URSS Union soviétique - 1972 barreau en acier maraging contenant noyau en tungstène 1 700 m/s 3,83 kg (5,9 kg) - 400 mm d'acier BHL à 2000 m sous incidence nulle et 160 mm sous une incidence de 60°
3BM32 Vant 125 mm Drapeau de l'URSS Union soviétique - 1984-85 alliage à base d'uranium appauvri 1 780 m/s 4,85 kg (7,05 kg) 14,12:1 500 mm d'acier BHL à 2000 m sous incidence nulle et 250 mm sous une incidence de 60°
3BM42 Mango 125 mm Drapeau de l'URSS Union soviétique - 1986-88 alliage de tungstène chemisé dans de l'acier maraging 1 700 m/s 4,85 kg (7,05 kg) 15:1 450 mm d'acier à blindage sous incidence nulle à 2000 m ou 230 mm sous une incidence de 60° à la même distance
3BM42M Lekalo 125 mm Drapeau de la Russie Russie - 1996 alliage de tungstène 1 750 m/s ~5 kg 25,9:1 650 mm d'acier à blindage sous incidence nulle à 2000 m
XM578E1 152 mm Drapeau des États-Unis États-Unis d'Amérique - 1968 alliage de tungstène chemisé dans de l'acier maraging 1 478 m/s ~3,5 kg (9,2 kg) 8:1 152 mm et 127 mm sous une incidence de 60° à 1000 et 3000 m respectivement ou perce la cible OTAN simple char lourd à 1000-1200 m

Références[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, (consulté le 3 septembre 2007)

Bibliographie[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,‎ , p. 71–131

Articles connexes[modifier | modifier le code]