Comment se déclenche une explosion ?

Les habitués de films d’actions et les fans de l’émission Mythbusters ont vu un nombre incalculable d’explosions. Boule de feu, détonation à grande vitesse, avec des explosifs. Tout le monde est capable de visualiser le potentiel destructeur d’un tel événement. Mais comprenez-vous réellement ce qui se passe derrière ce phénomène ? Comment se produit une explosion ?

Définition d’une explosion

Retour aux bases, à quoi se réfère-t-on lorsque l’on parle d’une explosion ?

Une explosion est une libération d’énergie massive avec une rapide augmentation du volume et sont souvent à haute température et émettent des gaz. Plus rapide est la réaction, plus haute est la pression. Plus la matière va retourner à la pression atmosphérique causant un souffle et un bruit fort.

Si le souffle est plus lent que le son, on appelle cela une déflagration. Si le souffle est plus rapide que le son, on appelle cela une détonation, générant une onde de choc en cassant le mur du son [1].

Les causes d’une explosion

Les réactions chimiques se produisent lorsque des réactifs interagissent. Les produits de ces réactions peuvent avoir un état différent (solide, liquide, gaz) et/ou une densité moindre ce qui augmentera le volume, souvent avec une production de chaleur. Ce sont les explosifs les plus communs avec l’un des tout premier, la poudre à canon.

Une explosion peut aussi résulter d’un processus mécanique. Cela arrive lorsqu’un élément (souvent un liquide) dans un container voit son volume augmenter et ainsi la pression interne. Typiquement quand le dit-élément est chauffé, changeant son état par fusion ou évaporation. Ces explosions sont parfois combiné avec des réactions chimiques.

Le dernier type d’explosion est nucléaire, dû au pouvoir de l’atome. Nous avons tous en tête la puissance destructive d’une bombe nucléaire. Un article entier serait nécessaire pour tout expliquer. En attendant, voici une vidéo par Arvin Ash expliquant le principe : [2].

Seulement d’origine humaine ?

Lorsque l’on parle d’explosions, nous pensons souvent à une action faite par l’humain. Mais quelques événements naturels peuvent également causer des explosions.

Tout d’abord, les volcans. Les éruptions explosives se produisent quand un magma visqueux (riche en silice) bloque la cheminée, empêchant le gaz de s’évacuer. La pression va augmenter jusqu’au point où l’explosion se produira, relâchant soudainement une quantité massive de gaz et de magma dans les airs. [3]

Puis, il y a un autre événement explosif naturel et pourtant considérablement plus puissant, les supernovae. Une supernova résulte de la mort d’une étoile. L’on distingue deux catégories : la supernova thermonucléaire quand une naine blanche (une étoile à haute densité) attire de la matière d’une étoile de son voisinage, et la supernova avec effondrement du noyau où le noyau de l’étoile est fait de fer (l’élément le plus stable du tableau périodique) perturbant la stabilité des couches supérieures qui seront soufflées par le fer qui s’est changé en neutrons. [4]

Application dans la technologie

Les explosifs ont leur utilité en ingénierie civile, placés à des emplacements tactiques, des points faibles, sur l’infrastructure de bâtiments pour les démolir.

Une autre technologie que la plupart d’entre vous utilisent presque tous les jours dépend des explosions pour fonctionner. Je parle des moteurs, tels que les moteurs de voiture. Là encore, il y aura un approfondissement dans un futur article.

L’explosion est souvent associé à la destruction et doit être traité avec précaution. Cependant, comprendre ces principes nous donnent la possibilité de les prévenir. Comme toujours, la connaissance scientifique est la clé pour évoluer dans le monde.

Références

[1] All You Need Is Science, Briser le mur du son

[2] Arvin Ash, Hydrogen Bomb: How it Works in detail. Atomic vs thermonuclear bomb, https://youtu.be/fYuVzbIu_8o

[3] Skinner, Brian J. (2004). Dynamic Earth: An Introduction to Physical Geology. John Wiley & Sons. Inc. Hoboken, NJ. ISBN9780471152286

[4] Bethe, H. A. (1990). « Supernovae ». Physics Today. 43 (9): 736–739. doi:10.1063/1.881256