Pirotechnika

A pirotechnikai a tudomány az égés az anyagok és hatásait.

Történelmileg ünnepi alkalmazást talál a tűzijátékokban, de a fegyverek , a repülőgépipar , a bányászat és a kőfejtők területén , valamint az autóbiztonság vagy a tengeri vészjelzéseknél is használják .

Lehetővé teszi olyan pirotechnikai eszközök tervezését , amelyeket például a járművek légzsákjainak ("légzsákok") működtetésére, vagy a légi közlekedésben kilökő ülésekhez használnak , vagy baleset esetén fény- vagy hangjelző eszközként.

Az orvosi oxigén vészhelyzetben történő előállítására, vagy általában a nagy megbízhatóságú biztonsági alkatrészekre vonatkozó alkalmazások pirotechnikai megoldásokat is alkalmaznak.

Történelmi

A rakéták használata régóta ismert Kínában és Indiában; belépett a VII th században a bizánci görögök , akik használják az görög tűz ; A XIII -én században az arabok között, és végül között nyugati keresztények.

A legrégebbi nyugati említés csak az 1380-as évre tehető : elmondja, hogy a paduánok rakétákat használtak Mestre városa ellen.

Az olaszok rochete-nek nevezték őket , ezt a szót a franciák rochette-nek fordították, amely később rakétává vált , az angol pedig rakétával . Az első készítmények egyike a fekete por .

A pirotechnikát a legváltozatosabb alkalmazásnak vetették alá, például a sebészetben.

Alapok

A pirotechnikai reakció kémiai tulajdonságaitól és sebességétől függően különböző típusú lehet. Az energetikai anyag nem igényli a levegő oxigénjét az égéshez: összetétele és kialakulási entalpiája elegendő. Az alkalmazott kémiai reakciók a következők lehetnek:

szilárd fázisú redox (égés párhuzamos rétegekben);
szerves égések;
intermetallikus reakciók.

A párhuzamos réteg reakciósebességétől függően három rezsim van:

az égés (< 300 m / s );
a robbanás ;
a robbanás (> 3000 m / s , legfeljebb 9000 m / s : a kémiai reakció lökéshullámhoz kapcsolódik).

Csak az égési és a robbantási rendszerek stabilak, a lángképzési rendszer áttétes, és egy energetikai anyag hőháztartásától és bezártságától függően átmehet egyik rendszerből a másikba.

Ezeknek a meneküléseknek a viszonylag kiszámíthatatlan jellege évente számos balesetet eredményez serdülők között, akik házi petárdákat próbálnak készíteni.

A pirotechnikai hatások a következők:

gáz, esetleg megfelelő kémiai összetételű (pl .: légzsák) előállítása;
hőtermelés (infravörös sugárzással, 4000K-ig) (pl .: vasúti sínek hegesztése aluminotermiával );
füstképződés (pl. füstjelek);
fénytermelés (pl. tűzijáték): A szem számára érzékelhető színek 380 nm (ibolya) és 780 nm (piros) közötti hullámhossztól mozognak . A fémvegyületek pirotechnikai keverékének hozzáadása lehetővé teszi a fényhatások létrehozását. ( piros : stroncium , lila : kálium , kék : réz vagy cink , zöld : bárium , sárga : nátrium , fehér : magnézium vagy alumínium , ezüst : titán ). A pirotechnikában a színes fény diffúzióját okozó jelenségek az izzás, az atomemisszió és a molekuláris emisszió;
mechanikai hatás előállítása (emelők vagy dugattyúk elmozdulása).

Az energetikai anyagok égésének fizikája

A pirotechnikai reakció során az atomokból álló és adott képződési entalpiával rendelkező vegyület egyszerűbb molekulákká alakul át. Az entalpia konzerválódásával az egyensúlyi hőmérséklet a következő elvek szerint növekszik.

A tömeges cselekvés törvénye

Az energetikai anyag reakciótermékekké történő átalakulását a következő egyenlet szerint fejezzük ki, Xi jelentése a vegyület (ek) ben található különböző atomok:

${\ displaystyle X_ {A1} ^ {1} X_ {A2} ^ {2} X_ {A3} ^ {3} \ cdots X_ {Ak} ^ {k} \ rightarrow n_ {1} X_ {a11} ^ {1 } X_ {a12} ^ {2} X_ {a13} ^ {3} \ cdots X_ {a1k} ^ {k} + n_ {2} X_ {a21} ^ {1} X_ {a22} ^ {2} X_ { a23} ^ {3} \ cdots X_ {a2k} ^ {k} + \ cdots + n_ {nespeces} X_ {anespeces, 1} ^ {1} X_ {anespeces, 2} ^ {2} X_ {anespeces, 3} ^ {3} \ cdots X_ {anespeces, k} ^ {k}}$

A tömeg megőrzését ekkor fejezi ki ${\ displaystyle \ összes k \ [1 \ cdots natomes] \ Rightarrow \ sum _ {i = 1} ^ {i = nespeces} a_ {ik} n_ {i} = A_ {k}}$

A szabad entalpia minimalizálása

A reakció egyensúlyban van, és az F szabad entalpia minimális.

${\ displaystyle F = \ sum _ {i = 1} ^ {nespeces} \ mu _ {i} .n_ {i}}$

val vel

${\ displaystyle \ mu _ {i} = \ mu _ {i} ^ {\ circ} (T) + RTln \ bal ({\ frac {\ Phi} {\ hat {\ Phi}}} \ jobb)}$

vagyis az ideális gázok állapotegyenletéhez

${\ displaystyle \ mu _ {i} = \ mu _ {i} ^ {\ circ} (T) + X. \ left (RTln \ left ({\ frac {n_ {i}} {\ sum n_ {i} }} \ jobb) + RTln \ bal ({\ frac {P} {P ^ {0}}} \ jobb) \ jobb)}$

X = 0 szilárd vagy folyékony reakciótermék esetén és X = 1 gázok esetén.

val vel

$\ mu _ {{i}}$ : fajok kémiai potenciálja i

$\ Phi$ : szokásos tranziens

A szabad entalpia értékét a reakciótermék minden egyes fajára ki kell számítani az entalpia és az entrópia értékének függvényében a T hőmérsékleten, általában vagy a táblázatos értékekből, vagy az értékekből kiértékelve. A nemlineáris rendszer felbontása történhet akár Lagrange-szorzók, akár Monte-Carlo módszerrel .

Izochoros vagy izobáros égés

Attól függően, hogy az égés állandó térfogatban (izochore) vagy állandó nyomáson (izobár) történik-e, az egyensúlyi hőmérséklet akkor érhető el, ha a reakciótermékek energiája vagy belső entalpiája ezen a hőmérsékleten, általában 1000 és 4000 K között, megegyezik a kiindulási energikus anyag képződésének energiájához vagy entalpiájához a referencia hőmérsékleten (298K). A keresett jellemzők a következők:

kalorimetrikus potenciál;
az egyensúlyi hőmérséklet (vagy pirométerrel mért lánghőmérséklet);
az előállított gáz móljainak száma (ritkábban a maradványok tömege);
a gáz Cp / Cv.

Az égési sebesség az anyag mikrostruktúrájától, sűrűségétől és környezetétől függ, és számítással nem becsülhető meg pontosan. Mérhető akár manometrikus bombában (Vieille törvénye :) , akár ereszcsatornában. ${\ displaystyle v (m / s) = aP ^ {n} + b}$

Piac

Pirotechnikai piac ( vizualizálás )

Ágazat	A piac% -a
Védelem és űr	37
Az autó biztonsága	34
Bányák és kőbányák	13.
Szórakozás és műsorok	7
Vadászat	7
Különféle	2

Az SFEPA szerint Franciaországban a pirotechnikai forgalom körülbelül 1200 millió euró (37 % védelem / űr, 34 % autóipar, 13 % bánya és kőbánya, 7 % szórakozás és 7 % vadászat), évente körülbelül 50 000 tonna , 80 % bányák és kőbányák anyagának előállítása. Az ágazat körülbelül 10 000 embert foglalkoztat. A legtöbb ágazat exportőr, kivéve az ipari robbanóanyagokét, amely főleg a nemzeti piacon van.

Kockázatok és veszélyek

A pirotechnikai tevékenységek különösen halálos történelmi baleseteket okoztak, és már nagyon korán nagyon hatékony szabályozás tárgyát képezték a pirotechnikai kockázat csökkentése érdekében . A felhasznált anyagok az 1. osztályba tartoznak, felhasználásukra és szállításukra egyaránt szigorú szabályok vonatkoznak.

A pirotechnikai készítmények gyártásának receptjeinek nyilvánvaló egyszerűsége évente sok halálos balesetet okoz, vagy megcsonkításhoz vezet azokban az emberekben, akik az interneten néha előforduló pirotechnikai készítményeket akarták reprodukálni. A pirotechnikai termékek természetüknél fogva metastabilak és akaratlan külső stressz hatására reagálhatnak:

mechanikai sokk;
súrlódás;
statikus elektromosság ;
hő;
szikra.

A reakció annál is inkább kedvező, mivel az anyag korlátozott, ezért képtelen kiüríteni a kapott energiát. Ha Franciaország ipari történelme során sok pirotechnikai baleset történt, akkor az egyik legfrissebb és leglátványosabb a holland Enschede tűzijáték-raktár robbanása2000. május 13, amely nagyon jelentős károkat és 135 m-es tűzgolyót , valamint 22 ember halálát okozta (974 megsebesült).

A pirotechnikai technológia előnyei

A pirotechnikai technológia előnyöket nyújt az elektronikus vagy mechanikus eszközökhöz képest:

nagyon magas megbízhatóság;
hatékony energiatárolás (kis térfogat, idővel nincs veszteség, nagy teljesítmény);
sokféle hatás (hő, fény, füst, szikra, lökéshullám, kémiai vegyületek);
alacsony költségű.

A legtöbb eszköz eldobható.

Pirotechnikai eszközök

Tűzijáték, különféle pirotechnikai rendszerek

A (tűzijáték) bomba: többféle típus létezik: gömb alakú, hengeres, egyszerű vagy ismétléses, lehet légi vagy vízi.
- A gömb alakú bomba, amint a neve is mutatja, egy fordított csonka kúpon nyugvó gömb alakú, amely tartalmazza a meghajtás vadászatát.
- A hengeres bomba henger alakú, szintén egy csonka kúpra helyezve, amely tartalmazza a vadászatot.
- Az egyszerű bombának csak egy szakasza van, míg az ismétlődő bombának több szakasza van, amelyeket vadászatok választanak el egymástól (egy-egy vadászat az egyes szakaszok hajtására).
- A tengeri bombának kevesebb vadászata van, mint a légi bombának, mivel gyorsan vízbe esnek és ott felrobbannak, ellentétben a légi bombákkal, amelyeket a magasságban robbantanak fel. A habarcs hajlásának 15–45 ° -nak kell lennie a víztest felé, és biztonsági okokból soha nem szabad a lakosság felé. Ezt az "ARP" nevű terméket (különös veszélynek kitéve) csak minősített tűzijáték lőheti.
- Elméleti működés:

a kanóc gyors meggyújtása;
a vadászat meggyújtása a gyors kanóc által;
a bomba meghajtása és a lassú biztosíték (espolette) meggyújtása;
a lassú kanóc kiég és meggyújtja a felszakadó töltetet;
a tűzijáték felrobbantása, amely lehetővé teszi a pirotechnikai hatások szétszóródását.

A bombákat lövéshez habarcsoknak (üvegszál, karton, műanyag, acél) nevezett csövekbe kell helyezni , amelyeket össze lehet gyűjteni, hogy habarcsokból elemeket készítsenek.

A gyújtás lehet kézi vagy elektromos. Csak az elektromos gyújtás teszi lehetővé a maximális biztonság elérését.

Az átmérője a bombák között változhat 20 mm és 1200 mm , de Franciaországban , a legnagyobb bombák használt változhat mintegy 300 mm . Minél nagyobb egy bomba, annál magasabbnak kell felrobbannia annak érdekében, hogy kiterjessze a hatását. Minél nagyobb a bomba, annál nagyobb a biztonsági távolság. Összefoglalhatjuk a következőképpen: például 75 mm átmérőnél a bomba megközelítőleg 75 méterre emelkedik, és repedési átmérője szintén 75 méter, vagy 1: 1 lesz. A biztonsági távolságok érdekében ezeket kötelezően feltüntetik a termékcímkéken. . Egy 75 mm-es bomba esetében a biztonsági távolság 75 és 90 m között van, a benne lévő aktív anyag tömegétől függően.

Az eddigi legnagyobb bombát a japán Ojivában, Katakai városában, a "Katakai-Matsuri" fesztiválon dobták el. Yonshakudamának hívták, súlya 450 kg volt, átmérője 1200 mm . Az első bomba hatása aranycsík volt, amelyet apró, színes virágok követtek. A második több csokrot kínált kettős színváltással.

A gyertya: általában kartonból készült cső, amelybe „bombákat” vagy „üstökösöket” helyeznek egymás fölé. 10 és 75 mm közötti átmérővel a bombákéval megegyező hatások találhatók. Az első fokozat (a cső tetején található) meggyújtása szinkronizált és automatikus módon az alsó fokozatok egymást követő gyulladását okozza. A csőben jelenlévő tűzijátékok száma nagymértékben változhat a cső átmérőjétől és magasságától függően.
- Elméleti működés:

lassú biztosíték gyújtás;
a meghajtó por meggyújtása az első vatta alatt, ez meggyújtja az espolettát;
a bomba a szösz által tolva emelkedik, és kilökődik a csőből;
az első espoletta meggyújtja a hatásokat és a gyors biztosítékot, amely felrobbantja a bombát;
ezalatt a lassú kanóca tovább ég és meggyújtja a port a második vatta alatt;
a második espoletta világít, és a folyamat az utolsó bombáig tart.

A kompakt: ez egy csövek összeállítása (egyfajta habarcs szerelvény) átmérőjű változó 15 mm és 150 mm (maximum Kína ). A kompakt lehet gyémánt, négyzet vagy téglalap alakú. Nyolc-több száz csője lehet, mindegyiknek csak egy lövése van. Az első cső meggyulladása után automatikusan és szinkronizált módon indulnak el. Minden cső alján por található, amely vadászati eszközként szolgál, fent pedig egy bombázó, üstökösök és bombák. A tömörítések lehetnek egyenesek vagy rajongók a kívánt hatásoknak megfelelően.
- Elméleti működés:

a biztosíték meggyújtása után meggyújtja a vadászatot, miközben meggyújtja a bombát, amely az eszközt kilöki a csőből;
az égés csőről csőre terjed. Mindegyik cső egymás után megy.

A rakéta: áll egy stabilizáló rúdból és egy hengeres csőből, amely az alapjainál tartalmazza a meghajtó port, felül pedig a port a hatásokkal együtt. Amikor a hajtógázpor égése véget ér, meggyújtja a hatásokat.

A csillagszóró : olyan pirotechnikai kompozícióval töltött karton vagy fémcső, amelynek égési tulajdonsága erős fény- és füstkibocsátást eredményez.

A nap: ez egy rögzített ponttal rendelkező forgó mechanizmus, amely olyan keretből áll, amelyen kis rögzített rakéták vannak elrendezve, amelyeket sugárnak neveznek. A fúvókák meggyulladása a szerelvény forgását és nap alakú tűzpermetet okoz .

A vízesés: lefelé elrendezett fúvókák összessége, amelyek zuhanó szikrák kaszkádjának benyomását keltik .

A tűztér: nagyon hasonlít a bombához, egyetlen részletével: nincsenek espolettek . A vadászat közvetlenül meggyújtja a hatásokra szánt pirotechnikai vegyületet. A tűzálló edény a már égő habarcsból kerül elő , és olyan fényzápot okoz, mint a láva a kitörő vulkánokban.

A szökőkút: a szökőkút egy pirotechnikai darab, amelynek feladata ragyogó szikrák záporának függőleges vagy szögben történő vetítése.

Felfújható párnák

Biztonsági és elzáró eszközök

A biztonsági vagy elzáró eszközök közül megemlíthetjük:

a késések ;
drótvágók (erős áramokhoz vagy feszültségekhez);
a vágózsinórok (például rakétaszétválasztási szakasz);
a robbanócsavarokat .

Speciális eszközök

Tű nélküli fecskendők , oxigéngenerátorok , hőelemek , stb

Tudományos folyóiratok

Hajtóanyagok, robbanóanyagok, pirotechnika ;
A GTPS kiadja az üzleti kifejezések többnyelvű szótárát.

Tudományos kollokviumok

Europyro;
Nemzetközi Pirotechnikai Autóipari Biztonsági Szimpózium (IPASS);
Nemzetközi Pirotechnikai Társaság Szeminárium;
IKT konferencia.

Ár

A Paul Vieille -díjat rendszeresen adják át.

Pirotechnikai helyszínek

Franciaországban a fő pirotechnikai helyszínek Bourges , Toulouse , Bordeaux , Sorgues területén találhatók. A pirotechnika kifejezés ekkor jelöli a telephelyet (például: Toulon pirotechnikája). A Pirotechnikai Központi Iskolát 1860 - ban hatályos császári rendeletet követően Metzből Bourges-ba helyezték át1870. június). Számos műszaki dokumentációt készített. Az első világháború idején a napi termelés 80 000 töltény, 40 000 rakéta.

A közös lőszerszolgálat (SIMu) a pirotechnikára szakosodott katonai szolgálat. Közvetlenül a Fegyveres Erők Vezérkarához (EMA) tartozik. Ez a közös szolgálat áll pirotechnikai ( tűzijáték a fegyver felszerelése a hadsereg Pétaf a légierő és a pirotechnikai a Navy) és pirotechnikai polgári fegyveres).

A következőkből áll:

Vezetés Versailles-ban

EPMu (Principal Munion Establishment) Bretagne
EPMu Champagne-Lorraine
EPMu Center-Aquitaine
EPMu provence-mediterrán

Kiképzés

Az alapképzés a szakma sajátosságai miatt nagyon korlátozott. Idézhetünk egy speciális mesterképzést a meghajtási pirotechnikában és a pirotechnikai rendszerek opcióját az ENSTA Bretagne mérnöki ciklusának hallgatói , valamint a Bourges Defense Training Center számára.

Megjegyzések és hivatkozások

Vanoccio Biringuccio ( olaszból Jacques Vincent fordításában ), La pyrotechnie, ou Art du feu , Párizs, Claude Frémynél,1556( online olvasás ).
Saint-Pol alezredes, „ A háborús rakéta ” .
Pierre-François Percy, Sebészeti-gyakorlati pirotechnika vagy a tűz alkalmazásának művészete a műtétben , Metz, Imprimerie de Collignon,1794, 357 p. ( online olvasás ).
" Két tizenéves robbanóanyaggal megsérült " , a L'Express-en ,2011. február 21(megtekintve : 2019. július 26. ) .
" Atomi útkereszteződés: a tűzijáték " .
(in) Ihsan Barin, Égő- adatok tiszta anyagként , Weinheim, VCH , 1989. november 30, 1836 p. ( ISBN 978-3-527-27812-1 )
(in) P. André , L. Brunet , E. Duffour és JM Lombard , " összetétel, nyomás és termodinamikai tulajdonságok Számítva plazmában FORMED szigetelő PC és POM gőzökben rögzített térfogaton " , European Physical Journal Applied Physics , vol. 17, n o 1,1 st január 2002, P. 53–64 ( ISSN 1286-0042 és 1286-0050 , DOI 10.1051 / epjap: 2001003 , online olvasás , hozzáférés : 2017. július 11 ).
(in) L. Brunet , N. Forichon-Chaumet , JM Lombard és A. Espagnacq , " Az égési egyensúlyok modellezése numerikus Monte Carlo módszerrel " , hajtóanyagok, robbanóanyagok, pirotechnika , vol. 22, n o 6,1 st december 1997, P. 311-313 ( ISSN 1521-4087 , DOI 10.1002 / prep.19970220602 , olvasható online , elérhető 11 július 2017 ).
Paul Vieille, tanulmány a robbanóanyagok égési módjáról ,1893.
" Robbanóanyagok, pirotechnikai és tűzijáték-gyártók szövetsége " .
„ Főbb adatok ” , a www.sfepa.com (elérhető 11 július 2017 ) .
„ Az IPE levele a szabályozásról ” , a www.defense.gouv.fr weboldalon (konzultáció 2017. július 11-én ) .
„ Kockázatos tevékenységek szabályozása ” , a www.ineris.fr weboldalon (konzultáció 2017. július 11-én ) .
Sophie Perrier: „ Fájdalom és harag Hollandiában. Tűzijáték-raktár robban Enschede-ben: legalább 14 halott. », Kiadás ,2000. május 15( online olvasás , konzultáció 2017. július 11-én ).
[PDF] Az Enschede balesetének részletes lapja .
" Fotók és videó Yonshakudamáról " , a pyroraph.free.fr oldalon (elérhető : 2017. augusztus 2. ) .
" Wiley-VCH - hajtóanyagok, robbanóanyagok, pirotechnika " , www.wiley-vch.de (elérhető : 2019. július 26. )
http://www.afpyro.org/afp/index.php?page=Diffusion%2B2
(in) " Europyro 2019 " az Europyro webhelyen (megtekintve: 2019. július 26. )
http://www.ipass-pyro.org/
http://www.intpyro.org/PastSeminars.aspx
http://www.ict.fraunhofer.de/EN/VuM/ICT_Jahrestagung/index.jsp
http://www.afpyro.org/afp/index.php?page=Prix%2BPaul%2BVieille_1
" Katonai pirotechnikai iskola, majd robbanóanyag-gyár (lőszergyár), jelenleg a Giat Industries fegyvergyár " , az actuacity.com oldalon (elérhető : 2019. július 26. ) .
" A meghajtó pirotechnika szakosított mesterképzése " , az ENSTA Bretagne-on (konzultáció 2017. július 11-én ) .
" ENSI ciklusú pirotechnikai rendszerek opciója " , az ENSTA Bretagne oldalán (konzultáció 2017. július 11-én ) .
„ Javasolt edzés ” , a minisztérium a fegyveres erők ,2017. október 19(megtekintve 2017. július 26. )

Bibliográfia

Thierry Lefebvre ( rendező ), Laurent Le Forestier ( rendező ) és Philippe-Alain Michaud ( rendező ), „ Pyrotechnies: Une histoire du cinéma incendiaire ”, 1895 , n o 39,2003( ISBN 2-913758-31-2 , online előadás )