Deconstructing David

Dans les commentaires de mon article du 13/04/2007, “Premier fumigène de qualité (3)”, j’ai dit que cette vidéo était un fake. Je crois que si le mélange KNO₃/sucre est très efficace pour les fumigènes blancs, il ne permet cependant pas l’ajout de colorants. Suite à la question légitime qui a suivi, “pourquoi ?”, je publie ici un petit résumé de mes observations.

Plusieurs éléments me poussent à considérer cette vidéo comme un faux:

- ShootingEggs ne sont pas des amateurs, ils ont fait de la publication de vidéos un commerce puisque Metacafé paye les contributeurs en fonction du nombre de spectateurs. Dans cette optique, je pense que ShootingEggs recherche avant tout le spectaculaire et pas le véridique.

- Dans la vidéo “Ultimate colored smoke bomb”, ils recouvrent leur ensemble de papier adhésif noir: mais pourquoi donc? Le mélange est un solide dur il n’y a aucun besoin de cet adhésif qui va cramer en dégageant une sale odeur de plastique brûlé…

- Dans la vidéo “Ultimate colored smoke bomb”, au moment même où la mèche pénètre sous l’adhésif on voit un violent dégagement de fumée dû manifestement à un allumage très vif: ce n’est pas le comportement d’un fumigène plastique au KNO3. En effet, le mélange KNO3-sucre est humide sur toute sa surface si bien qu’il est peu sensible à la flamme et s’allume toujours doucement.

- Dans la vidéo “Ultimate colored smoke bomb”, une fraction de seconde après l’allumage, on voit de la fumée orange s’échapper du bas du cylindre: si le cylindre était rempli de fumigène solide, la fumée sortirait par le dessus! J’ai coulé des dizaines de fumigènes dans des rouleaux de papier toilette et jamais, je dis bien jamais, je n’ai observé de tels dégagements par le bas.

- Parmi les dizaines de commentaires Youtube, Metacafe et Dailymotion, ainsi que parmi les immenses collections de videos que proposent ces sites, je n’ai jamais vu personne d’autre réussir ce mélange. Étonnant vu le nombre de gens qui s’essayent aux fumigènes…

- Dans la vidéo “MAKE A Pull Ring SMOKE GRENADE”, on voit quelqu’un tenir le fameux mélange solide à la main pendant qu’il brûle. Même avec le carton isolant placé autour je ne crois pas que ce soit possible. Vu la température de combustion du mélange KNO3-sucre il faudrait, selon moi, un isolant beaucoup beaucoup plus épais.

Ma conclusion est que le fumigène montré sur ces vidéos est en fait un fumigène de détresse pour bateau: ça s’achète dans tous les magasins de nautisme et c’est justement…orange tiens donc quel curieux hasard! Les auteurs ont simplement versé cette poudre dans leur tube: c’est pour cette raison qu’ils sont obligés d’utiliser le papier adhésif pour que la poudre ne se voie pas et ne parte pas. C’est aussi pour cela que de la fumée s’échappe pas le dessous du tube: comme c’est une poudre fine, la fumée peut la traverser et sortir par le bas du cylindre. ces fumigènes peuvent être tenus en main: leur température de combustion est plus faible: voilà qui justifie la vidéo “pull ring…”
Une photo du fumigène détresse en question.

Notons que ce n’est pas le seul “trucage” de ShootingEggs productions:

- Dans la vidéo ” STOP Time…” les auteurs nous montrent que finalement ils ne sont là que pour le spectacle.

- Dans la vidéo “Make Instant HOT ICE !”: il ne suffit pas de toucher la solution pour entraîner la précipitation! Il faut introduire dans la solution un cristal d’acétate de sodium. Il me semble d’ailleurs que l’on voit ce cristal au bout du doigt de l’expérimentateur. Pourtant ils n’en disent rien.

- Dans la vidéo “Binary Explosive, New Terrorist Threat,scary Stuff!” (rien que le titre sent déjà la propagande publicitaire à deux balles), les auteurs font croire qu’ils fabriquent un explosif binaire. Vu l’aspect (liquide rouge et poudre blanche) ils font à coup sur référence au Fixor. Les données qu’ils fournissent concernant les vitesses de détonation correspondent d’ailleurs à ce produit (cf. le pdf sur le site officiel).

Toutefois, ils commettent plusieurs erreurs. D’abord l’étiquette sur la grosse boîte indique 1.1 : cela signifie “grand risque d’explosion”. C’est utilisé pour le TNT et la nitroglycérine mais certainement pas pour les liquides binaires dont la grande qualité est justement d’être inoffensifs séparés. Or on les vend et transporte séparés bien entendu. Pour info, qd on achète du Fixor, la poudre n’est pas classée hazmat et le liquide est classé 3 (liquide inflammable).

Ensuite, leur mélange (probablement de l’eau colorée et du sucre) ne change pas de couleur lors de la réaction entre les deux composants alors que le fixor devient orange.

De plus, ils pratiquent le mélange dans une soucoupe métallique: on ne manipule jamais un explosif dans un récipient métallique! Et je ne parlerai pas de leur seringue à moitié remplie d’air…

Enfin, la séquence de l’explosion de la pastèque est mystérieusement sombre et à contre jour alors que toutes leurs autres vidéos sont impeccables. Selon moi ils ont bêtement mis un gros pétard style “corsaire” dans la pastèque et tout le reste (y compris la musique tragique ridicule) n’est là que pour le spectacle.

Voilà donc un bref résumé des incohérences les plus flagrantes que j’ai notées dans les quelques vidéos de ShootingEggs. Mais je suis sûr qu’en se penchant un peu sur le sujet, on pourrait mettre en évidence beaucoup d’autres erreurs. Cela dit je ne veux pas critiquer ces auteurs dont les vidéos sont tout de même d’une qualité nettement supérieure à la moyenne.

Pour l’instant, je me penche sur les vidéos:
celle-ci
et celle-là
qui m’ont l’air plus authentiques. J’ai cru comprendre que ça parlait de rhodamine… l’enquête est ouverte.

Terminé le 13 avril dernier, ce n’est qu’aujourd’hui que j’ai enfin eu le plaisir de tester “le premier fumigène de qualité”, décrit en détail dans les posts précédents.
Nico, en complice dévoué, nous a trouvé un terrain désert si bien que nous avons pu réaliser l’expérience en toute sécurité!
Récit d’une après-midi fumante…
Après arrivée dans le champ et installation des caméras, nous avons préparé la bête. Ma principale crainte après l’incident de la boîte de Pringles était l’explosion. Malgré l’absence de coffrage sur ce modèle, je craignais que la combustion ne se déroule pas de manière homogène sur toute la surface du gâteau. Une augmentation de la vitesse de combustion vers le centre pourrait sans doutes conduire à un éclatement de l’ensemble. C’est la raison pour laquelle il fallait garantir un allumage homogène efficace de toute la surface supérieure.

J’ai donc recouvert la surface (préalablement percée à la foreuse) d’une couche de poudre noire. J’y ai placé la mèche, composée d’un profilé en U en alu rempli de fumigène, lui même relié à mes mèches papier absorbant/KNO₃. Sur la photo, on distingue également une feuille de carton servant d’écran destiné à protéger la poudre noire d’éventuelles projections incandescentes lors de l’allumage alors que je suis toujours à proximité.

Vient le moment tant attendu de la mise à feu: tandis que Nico filme attentivement, j’allume les mèches de papier et cavale au grand galop me mettre en sécurité. Le papier met 22 secondes à se consumer, il allume le fumi du tube en alu sans problème qui brûle lui même pendant 32 secondes. Au total c’est donc 54 secondes après l’allumage que la combustion a démarré. C’est un premier succès qui démontre la fiabilité de ce montage d’allumage.

Vient ensuite la combustion: malgré la quantité importante de produit, nous n’avons observé aucune projection ou explosion. L’oxydation a bien entendu été très intense, nous avons pu apercevoir des flammes de plus de deux mètres, et la colonne de fumée s’est élevée au dessus de 25 mètres du sol.

Vu que tout s’est par bonheur passé très calmement, notre point d’observation s’est avéré un peu lointain, c’est ce qui explique la piètre qualité des clichés. Mais pour un premier test, nous avons préféré ne pas prendre de risque et nous tenir à distance.
Malgré la quantité dégagée,le nuage s’est dissipé relativement vite: une minute après l’extinction, notre gros cumulonimbus n’était plus qu’un léger brouillard à l’horizon.

Quelques instants après la fin de la combustion, un hélicoptère militaire est passé très bas, à quelques centaines de pieds de nous. Je payerais cher pour savoir ce que les pilotes ont dû penser en croisant “ce curieux phénomène météorologique” .

Une fois l’expérience terminée, nous sommes allés expertiser la zone sinistrée. Là encore, bonne nouvelle, les “dégâts” sont extrêmement limités. Bon évidemment, l’herbe est grillée, et le sol noirci, mais les résidus sont en petites quantités et sont solubles (K₂CO₃?). Le tout a été dispersé et recouvert en quelques coups de râteau!
L’aluminium qui entourait le gâteau a entièrement disparu et il n’y a pas réellement de “cendres”, il s’agit plutôt d’une croûte noirâtre…

Le profilé en alu, quant-à lui, a nettement moins apprécié l’expérience. Il est tout plié, fondu, criblé de petites cavités et de trous… J’en déduis que la température au sein de la flamme a dépassé 600 degrés puisque ce métal fond à 660°C.
Cette observation est intéressante pour l’avenir puisque je réfléchis depuis quelques temps à des fumigènes colorés: il me faudra un pigment capable de résister à cette température.

Pour terminer voici les vidéos de l’expérience!
1-Vidéo prise avec un apn correct mais d’assez loin, sécurité oblige.

2-Vidéo prise de plus près, mais avec des caméras de qualité exécrable.

Enfin, pour les paresseux (comme moi), quelques liens internes:
-la fabrication
Fabrication étape 1
Fabrication étape 2
Fabrication étape 3
-l’expérience du tube de Pringles
Pringles box

Mon seul problème dans cette histoire, c’est qu’il me faut désormais travailler à la construction d’un plus gros prototype…

P.S.: encore merci pour ton aide et tes conseils judicieux Nico!

Nouvel essai aujourd’hui: 500 g de poudre fumigène ordinaire mélangée à 100g de paraffine liquéfiée.
Ca forme une pâte blanche épaisse de consistance proche du fumigène cuit. Cependant, cette pâte est beaucoup moins chaude et se solidifie beaucoup plus facilement. De plus je présume que la paraffine protégera le mélange de l’humidité. En contre partie, elle génère un nettoyage plus important des ustensiles après la fabrication.

J’ai coulé une espèce de boule de 250g, une plaque, un tube de papier WC et j’ai également récupéré les fragments restants.

Mais qu’en est-il de la combustion?
Mes essais ont été très décevants: fumée peu dense, petits jets de flammes impromptus, odeur désagréable et persistante de paraffine brûlée.

Bref à part le temps de fabrication qui est très réduit, ce modèle ne présente aucun avantage. Peut-être ai-je trop mis de paraffine…

Edit: lors de la combustion de plus grandes quantités (la plaque ou le tube de papier WC ci-dessus) la température monte suffisamment pour enflammer la paraffine et le fumigène se transforme pratiquement en “bombe incendiaire” qui quiche de grosse flammes. Avec le tube de papier WC, j’ai eu 3 minutes de flammes ininterrompues. Morale de l’histoire: recette à éviter!

It’s over!

I added several batches today and reached 8,5 kg of cooked smoke mixture in my mold which is now totally full. I slightly changed the technique described previously: I used less water, about 200 ml for 2,5 kg of powder. It makes the stirring harder but it shortens the cooking time as there is less water to evaporate. After removing the cake from the mold, I removed the damaged aluminium foils and wrapped it with a new one.

Considering its size, I’m not sure I’ll find a safe place to light it up.

Fun fact: the thermal inertia of the sucrose mixtures is impressive: 8 hours after unmolding, the cake is still slightly warm!

I’ve just added another batch, so the “cake” grew from 2,6 kg to 3,8 kg.
It is about 6 cm in height over a 23 cm diameter, so about 2.4 L which corresponds to a 1.8 kg/L density. This can be roughly compared to the the unpacked KNO3 powder density (1,2 kg/L) and the unpacked sugar powder density (0,9 kg/L).
This demonstrates that the cooked version manages to get more reagents in a smaller volume which leads to a higher efficiency.

After my previous experiments (here and there), I decided to move to the next level and make a big one, I mean a really big one!

Learning my lesson from the Pringles incident, I decided to cast the smoke mixture in a large steel pot covered with an aluminium foil so that I can remove the hardened mixture from the mold once it’s cold.

It’s of course highly risky to cook a big amount of smoke mixture at once, therefore, I decided to make small batches. Each batch consists in 1kg of sucrose and 1,5kg of potassium nitrate. About 300 ml of water are added to help mixing and after a long stirring using a kitchen robot, the 2,8 kg thick “paste” is divided in two parts for cooking. It makes me cook only 1,4 kg at once, thus I can keep the temperature and foaming under control.

The heating which is supposed to remove the excess water and melt some of the sugar into caramel must be very gentle and constant stirring is required. After one hour of cooking, the paste turns to light brown and one must be even more careful as overheating and eventual ignition are prone to happen.

Finally, after approx. 1h30, I can pour the warm mixture into the pot-mold covered with aluminium foil…And resume heating the second part of this first batch! After more than 3 hours of intense work, I end up with approx 2,6 kg of mixture slowly cooling down in my mold. According to the remaining volume in the pot, it should be possible to reach more than 7,5 kg of mixture once filled.

Today, I fired my biggest smoke bomb so far! It’s made up of a Pringles box filled with a 3 stages KNO3/sucrose propellant which weights about 1,8 kg. The 3 stages thing is not serving any purpose, it’s just the way I made it, as cooking 3 small batches was safer. At first, the box seemed to be a good casing choice: widely available, light, watertight,… However the testing lead to a pretty serious consequence.

So what happened? The first part of the smoke bomb burnt evenly as planned. But the casing containing and aluminium foil didn’t consume as expected and held the pressure created by the fast combustion. This lead to a pressure and temperature increase resulting in a runaway reaction that eventually shot some propellant in the air (see 00:42 in the video)! This propellant take off could have had serious consequences as I found burnt spots all around the firing range, up to 12m far from the smoke bomb!

The casing of my next smoke bombs must therefore be upgraded: I’m thinking about pouring the hot cooked mixture in a mold and remove it before firing. As far as positive consequences are concerned, one has to admit that this first prototype was quite impressive and proved the efficiency of cooked mixtures. The (huge) smoke cloud was pure white and smelled like caramel, the ground was of course locally burnt but no other damages were made.

And no one called the fire dept.

In my previous attempts using smoke devices, I mixed potassium nitrate and sugar powders. This technique is of course pretty straightforward, however it doesn’t allow a very intimate mixture. A good contact between the reagents is necessary for the combustion to be fast and steady. Milling the powders in a ball mill or any other grinder would lead to smaller particles and thus better interparticle contact, but grinding fuel oxidizer mixtures is never 100% safe. As sugar and KNO3 are both water soluble, it appears that the best way here would be to dissolve them in water and make them recrystallize together. This can be easily and safely performed with some water and a gentle heating. The mixing and heating processes are carried on in glass containers.

About 100 g of KNO3 (60%wt) and sucrose (40%wt) mixture is put in a beaker and some water (about 10 ml) is added to help mixing and dissolving the powders. It’s useless to drown the reagents as the water will have to be removed so the combustion takes place. Therefore, more water requires more heating afterwards…

The heating must be as gentle as possible.
I’m generally trying to keep the mixture around 100°C, however, the very low heat transfer coefficient of the liquid makes it almost impossible. At the bottom of the beaker, the temperature locally rises to 150-200°C, so the sugar turns to caramel and the mixture gets brownish. Over heating is a huge issue when heating the mixture as it might lead to fires. Then one has to be careful and keep and eye on the temperature, the viscosity and the foaming. Vigorous stirring is obviously required.

Once enough water has evaporated, the hot liquid mixture (which is some sort of amorphous colloid) is cast in a casing. Some experience is required to determine the appropriate moment for casting, however, one can get satisfactory results by taking some of the mixture out of the beaker and put it on a cold and dry surface. If the mixture gets dry and solid when it’s cold, it means that enough water was removed. If it’s still too wet, the mixture will remain soft and sticky. The amount of water remaining in the smoke mixture influences the ignition temperature, the combustion speed and the amount of smoke.

After a few hours of drying, the mixture becomes compact, dry and solid, very easy and safe to handle. The ignition requires more heat than the dry powders, which lessens the accidental ignition problems and a wick is very easily installed after drilling a little hole in the mixture. My first attempt with these cooked mixtures lead me to pour about 100 g in a paper casing wrapped with some tape. It made a decent little smoke bomb although the tape burnt with a bad smell.

Fuses are required in any pyrotechnic test for obvious safety reasons. However, they’re sometimes expensive or difficult to find. Therefore, it’s sometimes interesting to use homemade fuses.

Theory is easy: one has to mix an oxidizer and a fuel and make the mix stick to a rope.
The most common fuses are called black matches and are made of cotton strings dipped in a black powder and binder mixture. More advanced fuses are visco fuses: they’re made of a water tight thin tube containing black powder. It’s very reliable event on wet surfaces and burns very evenly.

As I have some experience in sugar/potassium nitrate mixtures, I used these powders for these first attempts of homemade fuses.

I first prepared a saturated solution with 10g of sugar and 60 g of KNO3. I dipped hemp fibers ropes in this solution and let them absorb as much liquid as possible. Then I hung them to let them dry. Note that vertical drying leads to fuses with a thicker bottom end, as the solution goes down the fibers because of gravity during drying.

The overall texture of the dried fuse is ok, although sugar/KNO3 crystals tend to crumble as there is no binder. The average combustion rate is very slow (12 s/cm during an upwards vertical test) and unreliable. This prototype is not to be used in any serious application.

During my previous experiments with smoke devices, I had bought potassium nitrate in a pharmacy. Only small quantities of medical grade KNO3 were available and the price was rather high.

Therefore, for making more serious “smoking works” I needed bigger and cheaper sources of KNO3. I was rather lucky to discover a chemicals wholeseller who could provide me with 25 kg bags at an affordable price (approx. 3€/kg).

Its purity is 97 or 99%, the main impurities being K2O and moist, which is suitable for combustion uses.