Actu Survie Dossiers News Survie — 10 décembre 2013
Cours de survie en ligne Module 7 Lectures et sources

Module 7 Lectures et sources

Lectures obligatoires

Traduction en français

Du point de vue de la physique (de la dynamique, pour être exact), une arme à feu, comme la plupart des armes, est un système pour délivrer l’énergie destructive maximale à la cible avec en délivrant une énergie minimale sur le tireur. L’élan délivré à la cible ne peut pas cependant être qui est censé revenir sur le tireur. C’est parce que l’élan communiqué à la balle est égal à celui communiqué au système du tireur d’arme à feu.

Contenu

1 rendement énergétique d’une Arme à feu

2 Force

3 Vitesse

4 Énergie Cinétique

5 Transfert d’Énergie

 

Rendement énergétique d’arme à feu

D’un point de vue thermodynamique, une arme à feu est un type spécial de moteur à pistons, un moteur thermique général où la balle a une fonction d’un piston. L’efficacité de conversion d’énergie d’une arme à feu dépend fortement de sa construction, particulièrement de son calibre et de la longueur du baril. Cependant, pour l’illustration, voici le bilan énergétique d’une petite arme à feu typique pour .300 munitions de Faucon :

    Friction de baril 2 %
    Mouvement de Projectile 32 %
    Gaz chauds 34 %
    Chaleur de baril 30 %
    Propulseur Non brûlé 1 %.

Ce qui est comparable avec un moteur à pistons typique.

Une efficacité plus grande peut être obtenue avec des armes à feu à baril plus longs parce qu’ils ont le meilleur ratio de volume. Cependant, le gain d’efficacité est moindre que la correspondance au ratio de volume, parce que l’expansion n’est pas vraiment adiabatique et a brûlé le gaz qui devient froid plus rapidement à cause de l’échange de chaleur avec le baril. De grandes armes à feu (comme des canons) réalisent une perte chauffante du baril plus petite parce qu’ils ont le meilleur ratio de volume/surface. Le diamètre du baril est aussi utile parce que la friction du baril est plus basse comparée à la force accélérée. La force est proportionnelle au carré du diamètre du baril.

Force

Supposons l’arme à feu et le tireur au repos, la force sur la balle est égale à celle sur le tireur d’arme à feu. Ceci est dû à la troisième loi de Newton du mouvement (Pour chaque action, il y a une réaction égale et opposée). Considérez un système où l’arme à feu et le tireur ont respectivement une masse M pour le tireur et m pour la balle. Quand l’arme à feu est utilisée, les deux systèmes s’éloignent l’un de l’autre avec de nouvelles vitesses V et v respectivement. Mais la loi de conservation d’élan déclare que les ampleurs de leurs mouvements doivent être égales :

    MV+mv=0

Puisque la force égale le taux de changement de l’élan et que les mouvements initiaux sont à zéro, la force sur la balle doit donc être la même que la force sur l’arme à feu pour le tireur.

Les descriptions d’Hollywood de victimes d’arme à feu étant projetées par des baies vitrées sont imprécises. Si c’était le cas, le tireur serait aussi jeté en arrière avec une force égale. Les victimes de coup de feu chutent fréquemment ou s’effondrent quand elles sont tuées ; ceci est moins d’un résultat de l’élan de la balle les renversant, que principalement causé par des dommages matériels ou des effets psychologiques, combiné peut-être avec le déséquilibre. Ce n’est pas le cas si la victime est frappée par des projectiles plus lourds comme l’obus de canon de 20 mm, où les effets d’élan peuvent être énormes; c’est pourquoi très peu de telles armes peuvent être utilisées sans être montées sur une plate-forme d’armes ou impliquer un système sans recul (par exemple un fusil sans recul).

Exemple : A .44 Magnum Remington avec une balle de 240 grain tirée à environ 1180 fps (pieds par seconde) sur une cible de 170 livres. Quelle vitesse est communiquée à la cible ?

240 grain = 0.016 kilogrammes
1180 fps = 360 m/s
170 livres = 77 kilogrammes
Masse de balle x Vitesse de balle = Masse de cible x Vitesse de cible
(0.015) x 360 = 77 x Vt
Vt = 0.07 m/s
Vt = 0.16 kms/h

Cet exemple montre que la cible se déplace à peine.

Vitesse

D’Eq. 1 nous pouvons écrire pour la vitesse de l’arme à feu/tireur : V = mv/M. Cela montre que malgré la haute vitesse de la balle, la petite masse de la balle par rapport à la masse du tireur aboutit à une vitesse de recul basse (V) bien que la force et l’élan soient égaux.

Énergie Cinétique

Cependant, la masse plus petite de la balle, comparé à celle du système de tireur, permet à l’énergie cinétique d’être communiquée significativement plus à la balle qu’au tireur. L’énergie cinétique pour les deux systèmes est  \begin{matrix}\frac{1}{2}\end{matrix}MV^2 pour le système du tireur et \begin{matrix}\frac{1}{2}\end{matrix}MV^2pour la balle. L’énergie communiquée au tireur peut alors être écrite comme :

 

\frac{1}{2}MV^2=\frac{1}{2}M\left(\frac{mv}{M}\right)^2=\frac{m}{M}\frac{1}{2}mv^2


Si nous écrivons maintenant pour le ratio de ces énergies nous avons :

  

 \frac{\frac{1}{2}MV^2}{\frac{1}{2}mv^2} = \frac{m}{M} \qquad (2)

Le ratio des énergies cinétiques est le même comme le ratio des masses (et est indépendant de vitesse). Puisque la masse de la balle est beaucoup moindre que celle du tireur il y a de l’énergie cinétique plus transférée à la balle qu’au tireur. Une fois déchargée par l’arme, la balle  perd de l’énergie  au cours de son vol, jusqu’à ce que le reste ne soit dissipé en entrant en collision avec la cible (par exemple la déformation de la balle et de la cible).

Transfert d’Énergie

Quand la balle frappe sa cible, sa haute vitesse et la petite coupe de section frontale signifient qu’elle exercera de grandes tensions dans n’importe quel objet qu’elle frappe. Ceci aboutit d’habitude à une pénétration dans n’importe quel objet doux, comme la chair. L’énergie est alors dissipée dans la trace de la blessure formée par le passage de la balle. Voir la balistique terminale pour une discussion plus complète de ces effets.

Le travail des gilets pare-balles est de dissiper l’énergie de la balle d’une autre façon ; le matériel du gilet, d’habitude Kevlar ou Twaron,  présente une série des couches substantielles qui étendent la force communiquée par la balle sur une plus grande zone, et arrête la balle avant qu’elle ne puisse pénétrer dans le corps. Tandis que le gilet peut empêcher une balle de pénétrer, le porteur sera toujours affecté par l’énergie cinétique de la balle, qui peut produire des blessures internes sérieuses.

Les humains ont porté une armure pendant des milliers d’années. Des tribus antiques ont attaché de la peau animale et du matériel végétal autour de leurs corps pour sortir chasser et les guerriers de la Rome antique et de l’Europe médiévale ont couvert leurs torses de plaques métalliques avant d’entrer dans la bataille. Avant les années 1400, l’armure dans le monde Occidental était devenue fortement sophistiquée. Avec l’armure adéquate, vous étiez presque invincibles.

Tout cela a changé avec le développement de canons et d’armes à feu dans les années 1500. Ces armes lancent des projectiles à un haut taux de vitesse, leur donnant assez d’énergie pour pénétrer dans les couches minces de métal. Vous pouvez augmenter l’épaisseur des matériels d’armure traditionnels, mais ils deviennent rapidement trop encombrants et trop lourds pour une personne. Ce n’est que pendant les années 1960 qu’à été développée une armure résistante aux balle, fiable, et confortable. Contrairement à l’armure traditionnelle, ce gilet pare-balles doux n’est pas fait des pièces de métal; il est formé de fibres tissées avancées qui peuvent être cousues dans des gilets et d’autres vêtements doux.

Le gilet pare-balles dur, fait de plaques de céramiques ou de plaques métalliques épaisses, fonctionne essentiellement de la même façon que les armures de fer portés par les chevaliers médiévaux : il est assez dur pour qu’une balle ou d’autres armes soient déviées. C’est-à-dire que le matériel de l’armure pousse sur la balle avec la même force (ou presque la même force) avec laquelle la balle pousse, donc l’armure n’est pas pénétrée.

Le gilet pare-balles typiquement dur offre plus de protection que le gilet pare-balles doux, mais c’est beaucoup plus encombrant. Les policiers et le personnel militaire peuvent porter cette sorte de protection quand il y a un haut risque d’attaque, mais pour l’utilisation quotidienne ils portent généralement le gilet pare-balles doux, la protection flexible que vous portez comme une chemise ordinaire ou une veste.

Céramique ?

Pourquoi le gilet pare-balles serait-il fait avec des plaques de céramiques ? La tuile de salle de bains est faite de céramique et c’est extrêmement fragile. Pourquoi serait-ce bon dans le gilet pare-balles ?

Il s’avère qu’il y a des milliers de matériels différents classifié comme la céramique. Le céramique utilisé dans le gilet pare-balles est appelée l’alumine, avec la formule chimique Al2O3. Les saphirs sont faits d’alumine et le saphir est un une matière très forte.

Vous pouvez aussi trouver des plaques rigides faites de polyéthylène  plastique. C’est plus épais que la céramique et pas tout à fait aussi fort, mais plus léger.

Aussi, regardez rapidement cet article qui explique comment le gilet pare-balles pourrait être le héros technologique de la guerre en Irak.

Vidéo du Gilet pare-balles en Peau de Dragon, le gilet pare-balles étonnant qui peut arrêter les munitions de 7.62mm de l’AK-47.

Gilet pare-balles Doux

Le gilet pare-balles doux est un concept assez mystifiant : Comment un vêtement doux peut-il arrêter des balles ? Le principe est en réalité tout à fait simple. En son cœur, le morceau de matière pare-balles est juste un filet très fort.

Pour voir comment cela marche, pensez à un but de football. Le dos du but consiste en filet formé par beaucoup de longues longueurs de corde, entrelacée les unes avec les autres et attachées au cadre du but. Quand vous donnez un coup de pied au ballon de football dans le but, la balle a une certaine quantité d’énergie. Quand la balle touche le filet, il pousse en arrière sur les lignes de corde à ce point particulier. Chaque corde s’étend d’un côté du cadre à l’autre, dispersant l’énergie du point d’impact sur une large zone.

L’énergie est dispersée parce que les cordes sont entrelacées. Quand la balle persévère une longueur horizontale de corde, cette corde met en tension chaque corde verticale entrelacée. Ces cordes mettent à leur tour en tension toutes les cordes horizontales connectées. De cette façon, le filet entier marche pour absorber l’énergie de la balle, peu importe où arrivent les coups de la balle.

Si vous deviez mettre un morceau de matériel pare-balles sous un microscope puissant, vous verriez une structure semblable. Les reliures de fibres sont entrelacées pour former un filet dense. Une balle voyage beaucoup plus rapidement qu’un ballon de football, bien sûr, donc le filet doit être fait dans un matériel plus fort. Le matériel le plus célèbre utilisé dans le gilet pare-balles est la fibre KEVLAR de Dupont. Le KEVLAR est léger, comme une fibre de vêtements traditionnelle, mais c’est cinq fois plus fort qu’un morceau d’acier du même poids. Quand il est entrelacé dans un filet dense, ce matériel peut absorber une grande quantité d’énergie.

En plus de l’arrêt de la balle, un morceau de gilet pare-balles doit aussi protéger contre le traumatisme contondant causé par la force de la balle. Dans la section suivante, nous verrons comment le gilet pare-balles doux traite cette énergie pour que le porteur ne subisse pas de blessures sévères.

Au-delà du Kevlar

Le Kevlar est de loin la fibre la plus commune avec laquelle on a eu l’habitude de faire les gilets pare-balles, mais d’autres matériels se sont développés.

La fibre alternative la plus aisément disponible est appelée Vectran, qui est approximativement deux fois plus forte que le Kevlar. Le Vectran est 5 à 10 fois plus fort que l’acier.

Une autre fibre émergente est la soie d’araignée. Oui, la soie d’araignée. On peut produire des constituants chimiques de soie d’araignée et le matériel en résultant est appelé Biosteel. Un filet de Biosteel peut être jusqu’à 20 fois plus fort qu’une plaque équivalente d’acier. Les plumes de poulet sont aussi une possibilité. L’Université des chercheurs du Nebraska-Lincoln les filent dans un tissu qui est léger et très vigoureux. Parce que les plumes ont une bonne texture en nid d’abeille, elles pourraient être résistantes aux balles.

Un autre candidat sont les nanotubes carboniques, qui promettent d’être encore plus forts que la soie d’araignée. Le fil de nanotubes carboniques est toujours rare et le tissu est encore plus rare. Son prix actuel est de 500 $/gramme.

Traumatisme contondant et Classe de Résistance

Dans la dernière section, nous avons vu qu’un morceau de matériel pare-balles doux marche de la même façon de base que le filet d’un but de football. Comme un but de football, il doit fournir une certaine quantité pour absorber l’énergie d’un projectile.

Quand vous frappez une balle du pied dans un but de football, le filet est poussé en arrière assez loin, ralentissant la balle progressivement. Ceci est une conception très efficace pour un but parce qu’il empêche la balle de rebondir dans le champ. Mais le matériel pare-balles ne peut pas s’étendre beaucoup parce que le gilet pousserait trop loin dans le corps du porteur au point d’impact. La focalisation du traumatisme contondant de l’impact dans une petite zone peut causer des blessures internes sévères.

Des gilets pare-balles doivent répandre le traumatisme contondant sur le gilet entier pour que la force ne soit pas sentie trop intensément dans n’importe quel endroit. Pour faire ceci, le matériel pare-balles doit avoir un entrelacement très serré. Typiquement les fibres individuelles sont tordues, augmentant leur densité et leur épaisseur à chaque point. Pour le rendre encore plus rigide, le matériel est couvert d’une substance de résine et serré entre deux couches de film plastique.

Une personne portant un gilet pare-balles sentira toujours l’énergie de l’impact d’une balle, bien sûr, mais sur le torse entier plutôt que dans une zone spécifique. Si tout marche correctement, la victime ne sera pas sérieusement blessée.

Puisque aucune couche ne peut se déplacer sur une bonne distance, le gilet doit ralentir la balle en utilisant beaucoup de couches différentes. Chaque filet ralentit la balle un peu plus, jusqu’à ce que la balle s’arrête finalement . Le matériel cause aussi la déformation de la balle au point de l’impact. Essentiellement, la balle se répand au bout, de la même façon qu’un morceau d’argile se répand si vous le jetez contre un mur. Ce processus, qui réduit encore l’énergie de la balle, est appelé “développant très rapidement”.

Aucun gilet pare-balles n’est complètement impénétrable et il n’y a aucun morceau de gilet pare-balles qui vous rendra invulnérable à l’attaque. Il y a en réalité une vaste gamme de gilet pare-balles disponible aujourd’hui et les types varient considérablement dans l’efficacité.

Nous avons juste vu que le gilet pare-balles doux moderne consiste en plusieurs couches de sangles super-fortes. Ce matériel disperse l’énergie d’une balle sur une large zone, empêchant la pénétration et dissipant le traumatisme contondant. Cette sorte d’armure, aussi bien que l’armure dure, s’étend considérablement dans l’efficacité, selon les matières utilisées aussi bien que selon la conception de l’armure.

Aux États-Unis, les niveaux de gilet pare-balles sont certifiés par l’Institut national de Justice (NIJ), qui est une agence du Ministère de la Justice américain. Les niveaux sont I, II-A, II, III-A, III et IV. Basé sur des essais en laboratoires vastes, les chercheurs classifient n’importe quelle nouvelle conception de gilet pare-balles dans une des sept catégories : la Catégorie I de gilet pare-balles offre le niveau le plus bas de protection et la catégorie IV offre le plus haut. Les classes de gilet pare-balles sont souvent décrites par comment ils prémunissent des armes. Le gilet pare-balles de niveau le plus bas peut seulement être tenu pour fiable pour protéger contre des balles de relativement petit calibre, qui ont tendance à avoir moins d’impact. Un  gilet pare-balles de catégorie plus haute peut protéger contre un fusil de chasse puissant. Les catégories I à III-A sont douces et dissimulables. Le type III est le premier à utiliser des plaques dures ou semi-rigides.

En général, l’armure avec plus de couches de matériel pare-balles offre la protection plus grande. Avec quelques gilets pare-balles, vous pouvez ajouter des couches. Un design commun à la mode prévoit des poches sur l’intérieur ou l’extérieur du gilet. Quand vous avez besoin de la protection supplémentaire, vous insérez des plaques métalliques ou de céramique dans les poches. Quand vous n’avez pas besoin de tant de protection, vous pouvez porter le gilet comme une armure douce ordinaire.

Pour déterminer comment une conception d’armure particulière est efficace, les chercheurs tirent dessus avec toutes sortes de balles, à toutes sortes d’angles et de distances. Pour qu’un morceau d’armure soit considéré comme efficace contre une arme particulière dans une gamme particulière, il doit arrêter la balle sans causer de traumatisme contondant dangereux. Les chercheurs déterminent le traumatisme contondant en modelant une couche d’argile sur l’intérieur de l’armure. Si l’argile est déformée plus qu’une certaine quantité au point d’impact, il n’est pas efficace.

Choix d’Armure

Il peut sembler étrange qu’un policier porte la catégorie I de gilet pare-balles, qui arrêtera seulement des balles de relativement petit calibre, quand ils pourraient avoir une protection supérieure avec une armure plus haut classée. Mais il y a une très bonne  raison pour cela. L’armure typiquement plus haut classée est beaucoup plus volumineuse et plus lourde que l’armure plus bas classée, ce qui aboutit à plusieurs problèmes :

 - La flexibilité et le confort de l’armure plus volumineuse sont réduits,  ce qui empêche le travail de police. Vous ne pouvez pas poursuivre un criminel très bien quand vous portez un poids massif sur votre torse.
  -L ‘armure plus lourde peut en réalité augmenter les risques d’un officier d’être sévèrement blessé. Un attaquant serait plus conscient d’une lourde veste blindée qu’un gilet dissimulé mince et pourrait donc viser une partie non blindée du corps, comme la tête.
  – L’inconfort d’une armure plus lourde entrainera plus probablement qu’un officier ne portera pas de protection du tout. Les Ministères de l’Intérieur sont très prudents de choisir des gilets pare-balles qui sont relativement confortable pour encourager les officiers à  les mettre.

L’efficacité de l’armure et le confort sont sûrs de s’améliorer dans l’avenir avec des entreprises technologiques qui développent des matériels plus légers et plus forts. Nous sommes certainement loin de l’armure impénétrable ; mais dans 50 ans, l’armure avancée donnera aux policiers un niveau beaucoup plus grand de protection. Très probablement, nous verrons aussi une augmentation du gilet pare-balles civil dans les années futures. Il y a un marché toujours croissant pour le gilet pare-balles doux confortable qui peut aller sous des vêtements, ou être même porté comme une veste extérieure. Avec la violence des armes à feu en hausse, beaucoup de citoyens se sentent comme s’ils marchaient sur un champ de bataille chaque jour et ils veulent s’habiller en conséquence.

Lectures optionnelles

Auteur

Mary

Mère de 2 enfants, passionnée de survie, experte en techniques de combat de spray et en maniement de seringue, se dresse contre la bêtise, l'égocentrisme, et... les zombies, parce que, sans déconner, July a raison, ça va nous tomber dessus !

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3 Commentaires

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