Deconstructing David

J’ai essayé un second mélange à base d’acide acétique (voir ce message pour le premier). Cette fois, pour 100g de poudre j’ai utilisé 50ml d’acide acétique à 7%. Comme précédemment, il me semble observer une nette amélioration de la texture, en revanche je serais bien incapable de dire si c’est mieux que l’essai précédent avec juste 20ml ou pas…

Voici quelques images du processus de mise en forme:

Á gauche, une charge qui vient juste d’être pressée dans le tube et percée à 3mm. Au milieu, la même refroidie après démoulage et arrachage de la gaine en papier qui empêche de coller au tube (idée de Jimmy Yawn). Et à droite la totalité des charges coulées avec un batch de 100g (moins les quelques pertes et échantillons testés).

Malgré la meilleure consistance, enfiler le combustible dans un tube long et étroit n’est pas aisé. De plus, comme l’ajout se fait en deux fois, on voit des “rides” à la surface des cylindres de propulseur. Je crois que je vais raccourcir ceux-ci pour pouvoir les couler en une fois. Je ne suis pas encore décidé sur la longueur à adopter, je vais y réfléchir.

Vu mon problème précédent en matière de bouchon terminal, j’ai choisi un modèle que je croyais plus robuste. J’ai enfilé dans mon tube d’alu une barreau de bois de 2cm de long et au diamiêtre judicieusement choisi pour combler correctement le tube d’alu.

J’ai ensuite testé ce montage avec une tuyère assez large (percée à 8 mm) et deux charges de propergol d’environ 20g au total. À Patmos, la combustion de 10 g de propergol dure environ 17 secondes. Dans la fusée, les deux charges ont été consumées en moins d’une seconde! Cette violence a entraîné une montée de pression et de température colossales qui ont grandement endommagé le bouchon en bois.

Voici une vidéo de la combustion (c’est rapide, on ne voit rien, je sais )

J’ai récupéré une pièce métallique qui pourrait servir de moteur et qui possède un filet pour installer un véritable bouchon terminal. Je ne manquerai pas de le tester dès que j’aurai le temps.

Comme indiqué dans cet article, le simple mélange sucre de table/nitrate de potassium n’est pas parfait. Il durcit trop vite et ne se laisse donc pas pas travailler facilement.

J’étais à la recherche de sources de glucose/fructose quand j’ai songé que le saccharose n’en était finalement que l’assemblage, par une liaison glycosidique. Voilà presque une semaine que je m’interroge sur les sucres et c’est seulement maintenant que l’idée fait tilt: pourquoi ne pas tout simplement décomposer le saccharose en D-fructose et D-glucose?

Aussitôt dit, aussitôt lu: je plonge dans mon bouquin de chimie orga qui m’indique que cette hydrolyse doit se passer en milieu acide. Je prépare donc un mélange de 60g de KNO₃, 40g saccharose, 20ml d’acide acétique à 7% (vinaigre de cuisine) et 30ml d’eau. J’ai choisi cette quantité de façon totalement arbitraire…

Lors de la cuisson, je ne remarque aucune différence, si ce n’est les odeurs de vinaigre désagréables. Mais lors de la manipulation des charges, je constate le miracle chimique! C’est plus tendre! L’hydrolyse semble donc s’est bel et bien déroulée. Reste à faire d’autres essais avec plus de vinaigre pour voir… Cet acide a l’avantage d’être disponible partout, bon marché (à condition de ne pas utiliser du balsamique vieilli en cave) et surtout, il se vaporise à 118°C. Je suis donc certain qu’il n’en reste pas dans le carburant final.

Au niveau de la vitesse de combustion, je ne repère aucune différence lors du test à l’air libre.

Voilà donc une solution qui me paraît très intéressante. Les prochains essais dévoileront peut-être l’un ou l’autre point noir, on verra bien.

Parenthèse commerciale, chez Décathlon, j’ai trouvé des produits énergétiques style “power fuel”, “isostar” et autres poudres suspectes qui sont à base de monosaccharides. Mais le prix est assez élevé: en moyenne 20€/kg.

Les allumeurs décrits dans ce message présentent un défaut: ils sont sensibles à l’humidité.

Pour remédier à ce problème, j’ai essayé de les couvrir de différentes substances pour limiter l’accumulation d’eau néfaste à l’allumage.

J’ai tenté d’abord de les tremper dans de la paraffine liquéfiée. Malheureusement, le chauffage du filament entraîne d’abord la fusion de la paraffine et de la gaine des fils avant l’allumage du papier. Cet allumeur est donc très peu fiable.

J’ai ensuite tenté de les vernir au vernis à ongles puisque le vernis contient environ 30% de laque de nitrocellulose. Bide total, le vernis semble avoir totalement stabilisé le pyrogène.

Voici une longue vidéo un peu ennuyeuse des différents essais.

Il reste à tester le recouvrement au polystyrène. En attendant, je vais m’en tenir à la version sèche.

Le tube en carton de faible de diamètre étant difficile à trouver, j’ai décidé de ne pas en gaspiller lors de mes tests. J’ai donc choisi d’utiliser un tube en aluminium pour tous les allumages statiques. Ainsi, à la fin du test, il me suffit de nettoyer la pièce en question.

Naturellement, le tube en alu modifie les conditions de l’expérience puisque son comportement à la flamme n’est pas le même que celui d’un tube en carton. Toutefois, je crois que pour les grandes lignes de l’ajustement du moteur, ce dispositif est suffisant.

En plus du tube principal (12mm de diam, 120mm de long), j’ai fait 5 mini tubes de 50mm de long pour couler les unités de propergol.

Jusqu’à présent, j’ai effectué deux tests avec ce dispositif.

Test 1, curieuse extinction:
Descriptif, de bas en haut:
Une tuyère de 20mm de long, 4mm de diam, 3g de bentonite, ajoutés en 4 étapes.
Un propulseur RCandy, 10,4g, 53mm de long, percé à 4mm.
Une charge RCandy, 6,2g, 37mm de long, non percée.
Un bouchon de 2g de bentonite légèrement comprimé.

Le test a eu lieu avec la tuyère dirigée vers le haut, équipée d’un allumeur électrique.
À l’allumage, la pression a augmenté très rapidement et le bouchon terminal (situé en bas puisque la fusée était retournée) a sauté. La charge RCandy, toujours éteinte, a été propulsée vers le sol et s’y est fracassée. Je n’ai retrouvé que des fragments. Le propulseur Rcandy, quant à lui, est resté dans la fusée mais s’est mystérieusement éteint. L’ensemble de ces évènement s’est déroulé en moins d’une seconde. Voici un gif qui présente la situation au ralenti (laisser le temps à l’animation de charger).

Je ne vois qu’une hypothèse pour expliquer cette extinction. Lors du début de la combustion, la fusée s’est remplie de gaz extrêmement chauds et très humides (la combustion du RCandy produit beaucoup d’eau). Lorsque le bouchon terminal a sauté, la détente violente a provoqué un refroidissement drastique et la condensation instantanée de cette eau qui a éteint le propulseur. C’est un peu tordu mais j’avoue que c’est la seule explication logique qui me vienne à l’esprit.

Test 2, gare aux boules de feu:
Après l’explosion violente du bouchon en bentonite dans le test précédent, j’ai fabriqué un bouchon en bois pour mon tube d’alu.
J’y ai installé deux charges de RCandy d’environ 11-12g chacune et n’ai pas ajouté de tuyère. Je voulais avoir une idée du flux d’éjection dans un tube sans rétrécissement. Et en terme d’éjection, j’ai été servi…

Après l’allumage (électrique), des gaz chauds ont manifestement voyagé dans la chambre et ont allumé la charge inférieure. La combustion de celle-ci a provoqué une montée de pression contre le bouchon qui a rapidement conduit à l’éjection des deux RCandy. Cette fois, pas d’extinction impromptue, au contraire, j’ai eu droit à deux belles boules de feu.

Par bonheur, cet incident n’a provoqué aucun dégâts, à part quelques traces de suie. Et le bouchon en bois semble avoir très bien résisté. À l’avenir, pour le protéger d’avantage, je mettrait 1 ou 2 mm de bentonite par dessus, pour l’isoler des hautes températures et pour limiter les flux brûlants vers le bas.

Après mon essai raté de combustible en poudre, je me suis lancé dans la cuisson.
Là j’avance en terrain connu: la cuisson des mélanges sucre/nitrate de potassium ne pose pas de problèmes puisque j’ai pas mal d’expérience dans le domaine des fumigènes.

Pour rappel, Jimmy Yawn utilise du sucre, du KNO₃ et du sirop de maïs (composé de glucose et fructose) et un peu d’eau. Après mélange et cuisson des composants, il laisse refroidir progressivement tout en agitant, pour atteindre un stade où la pâte est assez tendre et froide pour être malaxée à la main puis placée dans les moules à moteurs. Les moules en question sont simplement de petits tubes de fusée dans lequel on presse la pâte. Après refroidissement, il suffit de démouler pour obtenir de petites charges de propergol cylindriques, qui entrent parfaitement dans la fusée.

J’ai commencé par faire de même mais avec simplement ndp et sucre. J’ai utilisé le mélange classique 60/40 exploité dans les fumigènes. Malheureusement la dernière étape est difficile à réaliser. Je ne parviens pas à obtenir une pâte de bonne consistance. Soit elle est tendre et bouillante, soit elle est tiède mais durcie.

Je crois que ce phénomène est directement explicable grâce aux espèces en présence.
Le sucre de table que j’ai utilisé est du saccharose (=sucrose), c’est à dire un disaccharide au point de fusion relativement élevé: 186°C.
Le sirop de maïs contient quant à lui du glucose et du fructose. Ce sont des monosaccharides aux points de fusion respectivement égaux à 148 et 103°C.
Le point de fusion plus bas, couplé au fait qu’il s’agit de plus petites molécules est, je crois, responsable de la texture plus souple des mélanges qui contiennent glucose et fructose.

La conséquence de ce problème est que j’ai eu beaucoup de mal à faire entrer ma pâte dans les moules et qu’une fois rempli, il m’a été impossible de les transpercer avec une tige métallique à la manière de Yawn.

La solution consiste donc à trouver un produit courant à base de glucose-fructose. J’ai testé le sirop d’érable: malheureusement il ne contient que du sucrose. Idem pour le sirop de canne à sucre et les sirops de fruit. Glucose et fructose sont disponibles sous forme de sirop ou de solide dans les magasins spécialisés pour les pâtissiers et confiseurs. Je vais fouiller de ce côté là. Au pire il y a aussi mon marchand habituel de produits chimiques mais il les vend en grosses quantités et je voudrais tester d’abord.
Je songe également à faire un tour à la pharmacie (gare aux prix majorés) et dans un magasin de sport du coté des poudres énergétiques.

J’ai également jeté un œil dans le rayon sucre d’un supermarché. J’ai consulté les étiquettes de tous les produits de régime et sucres artificiels. Je n’ai rien trouvé d’intéressant: ils sont pour la plupart à base de maltodextrine.

Wikipedia: Une maltodextrine est le résultat de l’hydrolyse d’un amidon (blé, maïs) ou d’une fécule (pomme de terre). Elle est donc constituée de différents sucres (glucose, maltose, maltotriose, saccharides supérieurs) directement issus de cette réaction, dans des proportions qui dépendent du degré de l’hydrolyse.

Ce degré est mesuré par « dextrose équivalent », ou D.E., le dextrose étant du D-glucose, c’est le résultat d’une hydrolyse totale de l’amidon. Plus le D.E. est élevé, plus l’hydrolyse est poussée, et donc plus la proportion en sucres simples (à chaîne courte) composant la maltodextrine est élevée. Un D.E. de zéro représenterait l’amidon lui-même, un D.E. de 100 représenterait du dextrose pur, soit un amidon totalement transformé.

La limite du D.E. pour une maltodextrine est de 20. Au-delà, le produit obtenu a pour appellation légale sirop de glucose.

Voici une petite vidéo de tests effectués lors de la cuisson.

Le premier test est effectué avec le mélange pas assez cuit: il est encore trop humide et brûle très mal. Le second est bien meilleur.
Les deux tests ont été réalisés grâce aux allumeurs électriques présentés dans ce sujet.

Après de nombreuses expériences sur différents prototypes de mèches (voir autres posts de cette catégorie), j’ai enfin trouvé une solution efficace à mes problèmes.

Il s’agit d’un sparkler (j’ignore le nom français), un feu d’artifice pour enfants, constitué d’une tige métallique enrobée d’un mélange pyrotechnique et que l’on tient en main durant la combustion.

Cette pièce se comporte exactement comme une mèche noire, toutefois elle est 4 fois moins chère que la mèche noire, et le support métallique rigide évite l’effritement du mélange adsorbé. Enfin, elle est vendue dans des petits sachets étanches qui facilitent la conservation à l’abri de l’humidité.

Chaque baguette est recouverte d’environ 10cm de combustible, qui se consume environ en 30 secondes. C’est un temps tout à fait suffisant pour permettre la fuite précipitée après l’allumage. De plus, la flamme est très chaude: quel que soit le mélange à allumer, ce n’est pas la température qui posera problème. Seul inconvénient, le sparkler dégage une grande quantité d’étincelles (il est fait pour ça qui seraient susceptibles d’allumer des produits sensibles aux alentours. Il ne faut donc pas stocker son baril de nitroglycérine à côté d’un mèche de ce type allumée…

Voici l’article wikipedia sur le sujet, avec quelques photos.
Et une vidéo:

J’allume un reste de propergol RCandy, coulé dans un tube en PVC. On y voit que le sparkler n’a aucun mal à allumer le propergol et que le PVC est vraiment trop sensible à la chaleur.

Je crois avoir enfin obtenu une solution fiable au problème de l’allumage électrique.
En effet, je suis enfin parvenu à réaliser des allumeurs électriques fiables (12 essais et 12 succès jusqu’à présent).

Avant tout, quelques mots sur mes essais précédents. Il y a quelques mois, j’essayais de dénuder deux fils et de les relier avec quelques filaments de laine de fer. Une fois ce montage assemblé (pas facile du tout), je plaçais cet assemblage dans un petit tube en papier préalablement rempli de poudre noire. C’était non fiable, pénible à fabriquer, salissant et explosif à l’allumage…

C’est encore sur le site de l’excellent James Yawn que j’ai trouvé la solution. Il s’agit exactement du même type d’allumeur mais beaucoup plus propre et beaucoup plus fiable. La laine de fer y est remplacée par un fil de cuivre et la poudre noire par du papier au KNO₃. Les images c’est plus parlant:

Le matériel de base est de la récup à 100%. Les fils doubles fins se trouvent à la pelle dans n’importe quelle carcasse de pc et le gros câble multibrin est tout à fait ordinaire. La fabrication ne pose aucune difficulté et avec un peu d’organisation on arrive à en fabriquer une vingtaine sans avoir le temps de s’ennuyer.

Pour l’allumage, j’utilise pour l’instant un transfo 18V@1,5A (récupéré lui aussi dans les poubelles.Sur le terrain, il sera remplacé par une petite batterie. Je suis désormais convaincu qu’il s’agit de la meilleure solution pour un allumage sûr à distance.

Plusieurs tâches restent à faire:
-acheter 25m de câble audio double,
-fabriquer un boîtier d’artificier dans lequel ranger la batterie, avec plusieurs interrupteurs alimentant chacun une “ligne” différente,
-trouver un coating pour isoler les détonateurs de l’humidité (laque de nitrocellulose, polystyrène?)

Dès que j’aurai assez de séquences pour faire une petite vidéo, je poste ça.

Assez soucieux de comprimer de la poudre noire au marteau et impressionné par les performances des fusées au sucre, j’ai décidé de faire quelques essais dans ce domaine.

Rappel technique: Rcandy signifie “recrystallized candy” et désigne le mélange sucre+KNO₃+ d’éventuels additifs utilisé comme carburant de fusées. Cette technique me séduit car je maitrise bien la cuisson du sucre et qu’elle me semble moins périlleuse que l’utilisation de poudre noire.

Selon l’excellent site de James Yawn, (voir les liens externes), la composition idéale serait 30g de KNO₃, 15g de sucre et 7 g de sirop de maïs, le tout dilué dans 30ml d’eau. Il ajoute également un cuiller à café d’oxyde de fer rouge (Fe₂O₃) pour catalyser la réaction.

Pour l’instant, je balbutie à peine dans ce domaine, donc j’ai décidé de commencer pas à pas.
Premier essai: un tube en pvc rempli au refouloir (voir message précédent, le 31 mars) d’un mélange de sucre (40%) et nitrate de potassium (60%) en poudre fine. Il s’agit en fait du mélange fumigène que j’utilise classiquement. Je me demandais quel était son comportement…

L’expérience ne fut pas glorieuse mais riche en enseignements. Place aux photos:

Et une petite vidéo de l’expérience:

Tout d’abord, le mélange sous forme de poudre brûle trop doucement pour produire une quelconque poussée. Curieusement, la combustion dégage un grand quantité de cendres (alors que le même mélange cuit brûle sans cendres). Cela a pour conséquence de remplir le tube de résidus noirs et collants qui obstruent le passage des gaz.

Ensuite, l’allumage avec une mèche “essuie tout KNO₃” n’est pas facile car il faut enfiler cette dernière dans le petit trou de la tuyère.

De plus, le PVC n’est finalement pas une matière qui convient pour la réalisation de fusées. Celui-ci chauffe, ramollit, se déforme, et je suis certain que la pression arrivera alors à éjecter la tuyère comme un vulgaire bouchon. Je dois donc répartir sur la piste des tubes en carton. Julien m’a conseillé des sarbacanes de carnaval: je vais explorer cette piste!

Seul point positif de cette expérience: la tuyère en bentonite a parfaitement tenu!