Feux d’artifice

TPE

Problématique : Quels procédés déterminent la propulsion , l’explosion , la forme et les couleurs d’une bombe de feu d’artifice ?

Pour assurer la compréhension du sujet, nous allons exploser les notions de base ainsi que les définitions de termes importants.

Réaction d’oxydo-réduction

Une réaction d’oxydo-réduction est une réaction chimique aux cours de laquelle se produit untransfert d’électrons. L’atome qui capte les électrons est appelé oxydant; celui qui les cède, réducteur.
Les réactions d’oxydo-réductions constituent une grande famille comprenant de nombreuses réactions chimiques, elles interviennent notamment dans les combustions.

Combustion

La combustion réside dans l’association de comburants de combustibles et d’une énergie d’activation/réaction d’unoxydant et d’un réducteur.

Notion de Vitesse de la Réaction

L’augmentation de la température et de la pression étant deux facteurs d’accélération des réactions chimiques, plus le mélange pyrotechnique sera homogène et le volume contenant restreint, plus la réaction sera rapide. Ainsi la combustion d’une petite quantité de poudre noire à l’air libre est assez lente, elle produit une flamme, maiscette même poudre explosera lorsque sa combustion sera accélérée par le confinement dans un petit volume (un pétard par exemple).

Comburant et combustible

Un combustible est une matière qui en présence de comburant dans une Réaction chimique générant de la chaleur: la combustion.
Un comburant est un corps chimique qui a pour propriété de permettre la combustion d’un combustible.

I]Introduction

Un feu d’artifice est un procédé pyrotechnique (science de la combustion, art d’utiliser le feu) visant à produire du son, de la lumière et de la fumée. Les feux d’artifice sont souvent utilises dans les spectacles pyrotechnique (fête nationale, événements particuliers).
Son origine remonte à l’invention de la poudre noire qui date du VI ème siècle, on ne connaît toujours pas la dateprécise de son invention. Cette dernière a été citée pour la première fois aux alentours de 1044 dans un ouvrage chinois: Wujing Zongya, qui signifie principes généraux du classique de la guerre.. Cette dernière a été rapportée en Europe au XIII ème siècle par Marco Polo lors de son voyage en chine. Le premier feu d’artifice a été tiré à Paris en 1615 sur la place royale, actuellement appeléeplace des Vosges, lors du mariage d’Anne d’Autriche et de Louis XIII pour mettre fin aux hostilités entre bourbons et habsbourgs.
Un feu d’artifice se déroule en plusieurs étapes. Premièrement, la bombe est propulsée, ensuite à une certaine hauteur elle explose en produisant du son ainsi que de la lumière, des formes et des couleurs variables.

I] Propulsion

La bombe est placée dans un tube delancement. Des lors que la mèche rapide externe est enflammée elle va se consumer jusqu’à atteindre la coque externe ou se trouve la charge de poudre propulsive appelé chasse propulsive. Cette poudre est principalement composée de 15% de charbon, 10% de soufre et 75% der salpêtre qui est un corps très oxydant. La mèche rapide externe va par la suite enclencher la combustion de la chasse ce qui vaentraîner un dégagement gazeux. La bombe se trouvant dans un tube elle empêche les gaz de se libérer, ce dernier exerce une pression sur tous ceux qui les entoure y compris la bombe. La force exercé par la pression sur la bombe est trop importante elle est donc propulsive.

Lorsque la poudre entre en contact avec le feu, il se produit la réaction suivante:
2KNO3 + 3C + S => K2S + 3CO2 + N22 Nitrate de potassium + 3 Carbone + Soufre => Sulfure de potassium + 3 Gaz carbonique + Azote

Les gaz formés font pression, ils sont responsables de l’expulsion de la bombe.

II] Explosion

Après avoir été propulsée la bombe d’artifice va exploser. Pour se faire, la bombe possède deux charges de poudre. La première étant la chasse, la deuxième se nomme la charge d’éclatement et se…