Pourquoi un feu d’artifice est-il bruyant ?
La question « Un feu d’artifice est-il bruyant ? » pourrait être élargie : pourquoi un révolver est-il bruyant ? Pourquoi un canon est-il bruyant ? Pourquoi une explosion est-elle bruyante ?
Rappelons pour commencer comment fonctionnent les feux d’artifice.
Contrairement à une croyance très répandue, les feux d’artifices ne fonctionnent pas à base de fusées. Les fusées sont faites avec de la poudre qui déflagre ; c’est-à-dire qui n’explose pas, mais qui brule vite et qui projette ses gaz de combustion dans une seule direction, engendrant une force dans le sens opposé. Les fusées émettent un sifflement en décollant, mais restent propulsées pendant le vol. N’ayant pas d’empennage, ni de système de guidage, on ne maitrise pas leur trajectoire et elles pourraient tourner de 90 degrés et foncer sur le public. Donc, exit les fusées.
Donc tous les feux d’artifice, du petit calibre jusqu’au plus gros, fonctionnent sur le principe du canon, du tir au mortier ou même du pistolet. Une charge explosive placée au fond d’un tube expulse violement du gaz très chaud qui exerce une pression sur tout ce qui l’entoure. Sauf que dans toutes les directions le tube est fermé. Sur cette charge, un projectile est placé et a la possibilité de sortir par la seule ouverture disponible. Donc, il est expulsé du canon. Et tant qu’il n’est pas sorti, il est poussé par les gaz chauds situés derrière et qui cherchent à se « détendre ». Quand le projectile sort du canon (nous on parle de mortier) il n’est alors plus propulsé. Il a simplement acquis une vitesse et donc une énergie. Il ne peut donc plus changer de direction, car il n’emporte pas de système de propulsion. Il montera à une certaine hauteur et retombera.
Par contre rien n’empêche de lui intégrer un effet retardé, qui explosera seulement une fois le projectile parvenu à quelques dizaines de mètres. Cet effet a pour but d’être esthétique, mais est, lui aussi, basé sur une explosion. Une charge de poudre expulse des billes (étoiles colorées) qui vont créer un motif dans le ciel.
Maintenant, parlons du son.
Le son est provoqué par un déplacement d’air, une onde que le tympan détecte et que l’oreille transforme en information neuronale. Le son se déplace à 340 mètres par secondes, car c’est la vitesse maximale que peuvent atteindre les molécules qui composent l’air (azote et oxygène essentiellement).
Or l’explosion d’un artifice provoque une très violente et très rapide détente de gaz. Pourquoi ?
Rappelons qu’un explosif est un mélange ou une molécule qui comporte en son sein, à la fois le combustible et à la fois le comburant (l’oxygène). Ainsi, l’essence est un combustible ; mais une fois mélangé à l’air, cela devient un explosif. La poudre noire est un mélange comportant le combustible et le comburant, et qui peut donc exploser ou bruler en milieu clos, sans apport d’air extérieur.
La déflagration (combustion rapide) ou la détonation (combustion instantanée) va engendrer une production importante de gaz. Ce gaz prend de la place et exerce une vive pression. Il est coincé par ce qui le contient (tube carton). La pression augmente tellement qu’elle finit par faire éclater le contenant et la détente de gaz est alors d’une rapidité fulgurante supérieure à la vitesse du son. L’air est donc violemment poussé et ne peut pas encaisser ce choc par un mouvement des molécules. Un bourrelet d’air se forme et provoque une onde de choc qui engendre un bang. Le même bang que lorsqu’un avion franchi le mur du son. Dans le cadre d’une explosion, le phénomène est amplifié par la chaleur de l’explosion qui chauffe l’air avoisinant et l’oblige à se dilater, donc à prendre encore plus de place.
Pour mieux comprendre pourquoi un feu d’artifice est bruyant, nous allons parler du phénomène de bourrelet d’air. On peut faire un parallèle avec l’eau. Cela a l’avantage d’être plus visuel et d’arriver à faible vitesse. Lorsqu’un bateau avance à très faible vitesse 1 ou 2 km/h, aucune vague ne se forme devant lui, car la vitesse des molécules d’eau est supérieure à celle du bateau. Les molécules d’eau ont donc le temps de « se pousser » pour laisser passer le bateau. Dès que le bateau accélère, il dépasse alors la vitesse des molécules d’eau (qui est faible), les molécules d’eau n’ont plus le temps de « se pousser » et un bourrelet se forme devant le bateau. Et à un moment, ce bourrelet est brisé et devient une onde qui va donc se propager en forme de V inversé, de part et d’autre du bateau. On appelle cela la vague d’étrave. Si une barque se trouve sur le chemin de cette vague, elle sera ballotée au passage de cette onde.
Voilà de manière très compréhensible ce que l’on pourrait nommer le « mur de l’eau ». Dans l’air, la même chose se produit sauf qu’il faut une vitesse très supérieure. Le mur du son est franchi quand le bourrelet d’air est cassé par l’avion ou le gaz de mon explosion, ce qui provoque une onde de choc. A plusieurs dizaines de mètres, l’onde de choc n’est plus perçue de manière mécanique, mais seulement de manière sonore. A quelques centimètres l’effet serait « brisant ». D’où le danger des pétards pour les doigts des enfants…
La seule manière d’avoir des feux d’artifice non bruyants serait de n’exploiter que les propriétés déflagrantes de la poudre noire, en lui laissant toujours la place de bruler et de libérer ses gaz de combustion. C’est ce que l’on obtient avec les jets, les volcans, les cascades et les flammes de bengale, peu bruyantes. Et c’est que nous proposons avec nos animations pyrotechniques silencieuses. Sitôt que vous avez besoin d’une explosion pour disperser quelque chose dans l’air, vous ferez forcément beaucoup de bruit.
Voilà pourquoi un feu d’artifice est bruyant. Par avance, nous présentons nos excuses aux riverains, aux chiens, vaches et chevaux qui nous détestent.