E1 Libération dénergie et formation dondes de choc

Topique

Lorsqu'une très grande quantité d'énergie est libérée dans un petit volume en un instant quasi instantané, l'air environnant n'a pas le temps de s'écarter progressivement : l'énergie le propulse brutalement vers l'avant et le comprime en un front de très haute pression qui se détache de la source et se propage à une vitesse supersonique. Cette onde de choc est l'élément central du modèle, et son origine est la même quelle que soit la source d'énergie, chimique ou nucléaire : plus l'énergie libérée à cet instant est importante, plus la poussée initiale est violente et plus la pression du front résultant est élevée.

À mesure que l'onde de choc s'éloigne de son point d'origine, elle répartit la même énergie sur une sphère de plus en plus grande, ce qui provoque une chute de pression du front beaucoup plus rapide que si cette chute était proportionnelle à la distance parcourue. Derrière le front positif, l'air repoussé finit par regagner l'espace qu'il avait laissé vacant, et cette contraction génère une seconde phase, une phase d'aspiration, qui tire dans la direction opposée au front initial.

Lorsque cette onde de choc rencontre une surface dure qu'elle ne peut pénétrer, elle se réfléchit sur elle-même. Cette onde réfléchie peut alors se combiner à l'onde incidente, augmentant considérablement la pression effective par rapport à celle de l'onde de choc initiale avant l'impact – c'est ce qu'on appelle l'effet Mach. Ce même mécanisme explique pourquoi la topographie du terrain ou la densité d'une zone urbaine concentrent les dégâts dans certaines zones tandis que d'autres restent protégées, à l'abri de l'onde de choc.

Ainsi, ce modèle, qui suppose une libération d'énergie quasi instantanée, explique en définitive pourquoi les dégâts causés par une explosion dépendent non seulement de la pression maximale atteinte par l'onde de choc en un point donné, mais aussi de la durée pendant laquelle cette pression continue d'exercer une force sur une structure – son impulsion. Et c'est ce même couple de grandeurs, pression maximale et impulsion, qui réapparaît chaque fois qu'un autre modèle de cet ensemble doit expliquer les dommages mécaniques.

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