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La balistique des obus

Je laisse le clavier à un de nos joueurs notables : Panzergranate ; pour une plongée au cœur de la balistique des obus.

"Fear Naught"
The Challenger

 


 

Je suis fasciné par la science qui étudie les mouvements des obus et leurs effets sur le blindage depuis 1979, lorsque j’étais tireur de char : un tir de trois obus perforants à sabot Rarden prit pour cible une vieille carcasse de char et l’un d’eux rebondit. Ils touchèrent tous la même zone sur la cible, mais l’un des trois obus finit par rebondir sur le blindage, en raison de sa pénétration plus lente dans l’air, d’un défaut inhérent ou d’une tout autre chose.

À la différence des obus d’artillerie, qui sont censés être tirés à bonne distance avec une certaine précision pour infliger de lourds dégâts explosifs, les obus et les balles antichars sont conçus et développés avec précision pour acquérir une capacité de pénétration maximum, ce qui améliore les probabilités de pénétrer un blindage dès le premier tir.

On peut voir parfois des photos d’équipages de char qui sont en train de polir des obus perforants juste avant une bataille. J’ai une photo, visible dans plusieurs ouvrages de tankistes soviétiques de T-34/76D, où des soldats sont en train de polir des obus explosifs balistiques chemisés, empilés avec soin au sol, avant de rejoindre le char. D’autres obus explosifs sont également entassés à proximité.

Les tireurs W D Lewis et F J Hall du Régiment de blindés 33/61, de l’Artillerie royale, à Vergato, Italie, retirent la boue sur les obus d’un canon « Long Tom » de 155 mm de conception américaine.

 

Voici ce qu’il se passe entre le moment où le tireur presse la pédale de tir du char et l’instant où la cible ennemie subit des dégâts :

Quand l’explosif principal est allumé et enflamme l’extrémité arrière de la charge propulsive, sa combustion provoque l’accélération de l’obus et fait naître des gaz à haute pression (c’est pourquoi la longueur des calibres est utilisée pour les calculs balistiques).

Nous rencontrons ici la première variable chaotique qui influe sur la vitesse à la sortie de la bouche du canon : le taux de combustion de la charge combustible n’est pas constant, mais variable ; il peut aussi bien ne pas se consumer ou se consumer entièrement avec une efficacité maximum.

 

La charge combustible, qui voyage déjà à une vitesse transsonique, frappe la base de l’obus et lui confère une partie de son inertie. En raison du poids élevé du projectile, la charge combustible perd beaucoup de sa vitesse à l’impact. Elle remonte cependant le cylindre à vitesse subsonique et accélère au fur et à mesure qu’elle se consume et crée des gaz en expansion.

Si l’obus est de type traçant, ce dispositif est allumé par ce choc violent. Dans le cas des obus de type explosif (à la fois les obus standard et à fragmentation), la violente collision amorce le dispositif d’armement.

Nous rencontrons ici les deuxième et troisième variables chaotiques qui influent sur la vitesse à la sortie de la bouche du canon : le serrage des ceintures des projectiles et les résidus dans la bouche du canon.

Les ceintures de cuivre situées à la base de l’obus agissent comme des segments de piston. En raison de leur fabrication industrielle, elles ne sont cependant pas posées avec précision et leur serrage équivaut à la pose forcée d’un pneu de métal sur une roue de chariot. Cela signifie que ces ceintures de cuivre enserrent le cylindre et les rayures : elles peuvent donc être trop serrées ou trop lâches. Il arrive parfois que certains équipages de char mesurent, modifient, desserrent ou resserrent les ceintures de cuivre des obus pour les améliorer quelque peu.

 

Si les ceintures sont trop lâches, une grande partie des gaz de propulsion s’échappe de l’obus, et ce dernier perd de sa vitesse à la sortie de la bouche du canon. Si elles sont trop serrées, la vitesse de l’obus est réduite en raison d’une friction excessive dans le fût du canon.

Tous les obus, qu’ils soient perforants, explosifs, fumigènes ou autres, qui ont des ceintures exceptionnellement trop serrées vis-à-vis des rayures du canon (pertes de friction élevées) sont généralement conservés pour être utilisés ultérieurement afin de « nettoyer » ou « récurer » le fût du canon.

L’autre problème constant est la présence de résidus dans la bouche du canon. Ces résidus proviennent du tir du dernier obus. Si l’obus précédent ne s’est pas consumé avec soin, il laisse beaucoup de suie et de résidus dans le canon. Ainsi, l’obus suivant rencontre une forte résistance pour remonter le long du canon. Cependant, le tir d’un obus doté de ceintures trop serrées nettoie et retire ces résidus dans le canon. Si vous avez déjà entendu des récits historiques qui font état d’un tireur de char tirant un obus standard, et inutile, sur un véhicule blindé juste avant de tirer un véritable obus perforant, alors vous en connaissez maintenant la raison.

Un char « Sherman » M4A3E8 de la Compagnie B, 72e Bataillon de chars, 2e Division d’infanterie, tirant des obus de 76 mm sur des bunkers ennemis depuis la « Crête du napalm » pour appuyer la 8e Division de la République de Corée.Photo prise le 11 mai 1952. Photographie issue de l’Army Signal Corps Collection des Archives nationales américaines.  Photo n° SC 398704.

Ensuite, l’obus quitte la bouche du canon à la vitesse acquise pendant son accélération dans le fût du canon. La charge explosive restante qui n’a pas brûlé et les gaz d’explosion quittent également la bouche du canon, ce qui provoque un recul, une boule de feu et de la fumée.

À ce moment-là, l’obus est projeté dans les airs en direction de sa cible. Dès qu’il quitte la bouche, il commence à perdre de la vitesse en raison de son entrée dans l’atmosphère. La résistance générée sur l’obus dépend de la période de l’année, de la météo et du taux d’humidité dans l’air. Une journée estivale chaude et humide produira un taux d’humidité plus élevé et un coefficient de résistance aérodynamique lui aussi plus élevé qu’une journée d’hiver avec une température inférieure à zéro.

Lors d’une journée de printemps ou d’été ordinaire, un obus explosif ou perforant standard perd environ 11 % de son coefficient de pénétration dans l’air en parcourant 500 mètres, son coefficient de pénétration étant maximal à 100 mètres. Cela signifie qu’il peut pénétrer 100 mm à 100 mètres, et 89 mm seulement à 500 mètres.

Si l’obus est de type perforant (sans chemise balistique), alors le coefficient de résistance aérodynamique est bien pire.

Si l’obus est doté d’un poids inférieur (perforant à haute vélocité) ou tournoie à longue portée (perforant à sabot), il subit également un coefficient de résistance aérodynamique très élevé.

 

Mantelet d’un char Panther pénétré par un obus perforant à haute vélocité M3 de 90 mm.

Glacis d’un Panther pénétré par un obus perforant à haute vélocité M3 de 90 mm.

 

Un autre facteur qui influe sur la précision d’un obus est la densité de l’air sur sa trajectoire. Ici, ce sont les rafales de vent et le vent lui-même. Ces différentes poches d’air sous pression peuvent modifier la visée sur de longues distances et affectent beaucoup les obus à basse vélocité. Les projectiles à haute vélocité sont moins affectés.

L’obus atteint sa cible et touche le blindage. Si c’est un obus explosif ou une balle perforante, le point de contact surchauffe et fond car la vitesse du projectile est convertie en pression d’impact.

 

Nous rencontrons ici d’autres variables chaotiques qui déterminent la pénétration ou non.

Si on considère que le blindage de la cible peut être pénétré par le projectile, la structure de l’obus subit un choc vibratoire majeur au moment de l’impact, ce qui peut détruire le projectile s’il est doté de défauts. C’est donc ici un échec.

Pour empêcher la pénétration des obus, les fabricants de blindage ont créé le blindage trempé frontal. Et c’est donc pourquoi les fabricants de munitions ont doté les obus d’une

 chemise en acier ou en acier doux (à la température de fusion basse). Cette chemise fond à l’impact et diminue le choc infligé à l’obus ; si le blindage n’est pas perpendiculaire, l’avant de l’obus s’accroche et l’arrière se relève légèrement, ce qui réduit l’angle d’incidence. Si l’angle est trop important, l’obus creuse le blindage et perd de l’énergie et de son coefficient de friction pour pouvoir s’enfoncer véritablement ou être dévié par le blindage.

 Supposons que notre obus a réussi à pénétrer le blindage.

 

Plaque avant inférieure d’un Panzer pénétrée par un obus perforant à haute vélocité M3 de 90 mm.


 

Au cours du processus de pénétration, l’obus surchauffé fond en creusant le blindage grâce à la pression exercée par l’inertie et rejette le blindage fondu vers l’arrière.

En entrant à l’intérieur de la cible, l’obus peut être chauffé ou surchauffé, en fonction de sa vitesse, de sa masse et de son énergie, ainsi que de l’épaisseur du blindage pénétré. Dans le cas des obus surchauffés, l’équipage est instantanément tué, les munitions explosant immédiatement ; dans le cas d’un char Sherman M-4, le réservoir de kérosène bout et explose en une gigantesque boule de feu. C’est ce qu’il se passe dans la vraie vie, pas dans World of Tanks ! Cependant, seuls les obus en tungstène, en tungstène-cobalt et en uranium solide surchauffent de cette façon après la pénétration. Les obus en acier forgé, en fer forgé et en fonte se liquéfient à ces températures élevées et ne peuvent donc pas pénétrer le blindage.

 

Obus BR-350B de 76 mm soviétique

Obus PzGr.39/43 de 8,8 cm allemand

 

Mais d’ordinaire, l’obus est simplement chauffé, à moins que le blindage soit extrêmement peu épais, auquel cas des fragments épars du blindage, des rivets, des boulons et des morceaux de métal du côté interne du char sont expulsés à l’intérieur de la cible à des vitesses non mortelles, mais dangereuses.

Si l’obus est solide, il enflamme tout objet inflammable avec lequel il entre en contact, notamment les munitions, le carburant, le pétrole, etc.

Sa masse est également plus importante qu’un obus explosif, ce qui lui permet de traverser aisément l’équipement, les blocs moteurs et les éléments semblables.

Si l’obus est de type explosif, il explose à l’intérieur de la cible au moment de sa pénétration, dans l’air ou après avoir rebondi pendant quelques secondes. Si son contenu est explosif, l’équipage sera probablement tué par ce dernier, qui est équivalent à l’explosion d’un obus de mortier explosif à l’intérieur de la cible. La nature confinée de l’explosion sert à l’amplifier. Toute munition ou machine touchée par les flammes de l’explosion est également affectée. Dans le cas des munitions, une réaction en chaîne se produit également.

Si le contenu est explosif ou incendiaire (BR-251B, BR-350B, etc.), l’équipage du char est éclaboussé de gel enflammé, tout comme les munitions et l’équipement, ce qui a pour effet de les éliminer et de les détruire tous pour de bon.

Sur l’obus de type explosif composite balistique chemisé PzGr.39 allemand, le projectile transporte une charge de type grenade, montée sur la base, qui contient quelques grammes d’explosif. Cela provoque un effet shrapnel à l’intérieur de la cible, en plus des dégâts principaux causés par l’obus. Ici, la grenade permet d’infliger des dégâts supplémentaires.

 

Voici donc ce qu’il se passe, sans trop s’égarer en termes scientifiques.

 

Panzergranate

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