Feu d'artifice

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Contexte

Un feu d'artifice est un dispositif qui utilise la combustion ou l'explosion pour produire un effet visuel ou auditif. La pyrotechnie moderne comprend également des dispositifs similaires aux feux d'artifice, tels que des fusées éclairantes, des allumettes et même des propulseurs de fusée à combustible solide utilisés dans les vols spatiaux.

Les premiers ancêtres des feux d'artifice étaient des tubes en papier ou en bambou remplis de charbon de bois et de soufre finement utilisés en Chine il y a deux mille ans. Ces tubes produisaient un éclair de feu et de fumée lorsqu'ils étaient allumés, mais aucune explosion. Les véritables feux d'artifice n'existaient pas jusqu'à ce que du salpêtre soit ajouté au mélange pour créer de la poudre noire, le premier explosif chimique, mille ans plus tard. La poudre noire a probablement été fabriquée pour la première fois en Chine, mais certains chercheurs suggèrent qu'elle a peut-être été inventée par les Arabes.

Les Chinois utilisaient de la poudre noire pour les feux d'artifice, les signaux et les armes telles que les bombes et les roquettes. La poudre noire a été introduite en Europe au 14ème siècle comme explosif pour les feux d'artifice et les armes à feu. Il a été appliqué aux projets d'exploitation minière et de construction de routes à la fin du XVIIe siècle. La poudre noire a été utilisée pour la poudre à canon jusqu'à ce qu'elle soit remplacée par la nitrocellulose à la fin du XIXe siècle et (à des fins industrielles) par la dynamite au début du 20e siècle, mais il est encore utilisé dans les feux d'artifice aujourd'hui.

Les feux d'artifice en Chine sont passés de simples pétards aux démonstrations extravagantes dont ont été témoins les explorateurs européens au XVIe siècle. En Europe, les feux d'artifice ont commencé avec des explosifs militaires adaptés pour célébrer les victoires et ont progressé vers les productions élaborées conçues par des pyrotechniciens italiens aux XVIe, XVIIe et XVIIIe siècles. (Même aujourd'hui, la plupart des grandes entreprises de feux d'artifice aux États-Unis sont dirigées par des familles italo-américaines.) Ces feux d'artifice italiens étaient généralement présentés sur des décors en bois somptueusement décorés, flottant souvent sur des plans d'eau, à la fois pour la sécurité et pour refléter les belles vitrines. D'autre part, les feux d'artifice allemands de l'époque étaient généralement tirés en l'air, un peu comme les feux d'artifice d'aujourd'hui.

Bien que les feux d'artifice des maîtres italiens soient des œuvres d'art extrêmement complexes et impressionnantes, la technologie de l'époque limitait leur couleur et leur luminosité. Au cours du XIXe siècle, l'introduction de l'aluminium et du magnésium augmenta considérablement la brillance, tandis que la mise au point du chlorate de potassium par le chimiste français Claude-Louis Berthollet (qui tentait d'améliorer la poudre à canon utilisée par les troupes de Napoléon) permit de produire plus intense couleurs.

Les feux d'artifice sont arrivés dans le Nouveau Monde avec les premiers colons et ont été utilisés pour célébrer le Jour de l'Indépendance, le 4 juillet, depuis les premiers jours des États-Unis. Au début du 20e siècle, ces feux d'artifice sont devenus plus gros, plus puissants et plus dangereux. Entre 1900 et 1930, plus de 4 000 personnes ont été tuées par des feux d'artifice. Les gouvernements fédéral et étatiques ont commencé à réglementer l'utilisation des feux d'artifice dans les années 1930. Les explosifs sont classés dans la classe A (substances dangereuses telles que la dynamite et le TNT), la classe B (feux d'artifice utilisés pour les démonstrations professionnelles) et la classe C (feux d'artifice plus petits destinés à un usage privé.) Les feux d'artifice de la classe C ne doivent pas contenir plus de 50 milligrammes d'explosif. Certains états autorisent toutes les classes C feux d'artifice, certains n'autorisent que les feux d'artifice « Safe and Sane » (feux d'artifice de classe C qui ne bougent pas ou ne quittent pas le sol ), et certains États ou comtés et villes interdisent l'usage privé de tous les feux d'artifice. Certains feux d'artifice très dangereux, tels que les bombes cerises, les M-80 et les saluts en argent, sont interdits dans tous les États, mais continuent d'être fabriqués et vendus illégalement. La plupart des décès et des blessures liés aux feux d'artifice aux États-Unis aujourd'hui sont causés par ces dispositifs illégaux.

Alors que l'usage privé des feux d'artifice est fortement restreint, les démonstrations publiques sont devenues de plus en plus élaborées. Les ordinateurs sont utilisés pour chronométrer les feux d'artifice avec précision, afin qu'ils puissent être chorégraphiés au rythme de la musique. Les lasers sont parfois utilisés pour produire des effets visuels uniques. Aujourd'hui, les feux d'artifice sont fabriqués et affichés dans le monde entier, en particulier en Europe, en Amérique latine, aux États-Unis et au Japon.

Matières premières

Un feu d'artifice moderne se compose d'une coque en plastique, en papier mâché ou en papier épais entourant des compartiments séparés par du carton. Un petit compartiment à la base de l'obus contient de la poudre noire pour propulser le feu d'artifice dans le ciel à partir d'un mortier en fer, aluminium, plastique ou carton épais. Un compartiment plus grand contient des morceaux d'un mélange de produits chimiques qui produisent de la lumière et de la couleur lorsqu'ils sont chauffés. Ces morceaux sont connus comme des étoiles. Dans les feux d'artifice américains et européens, les étoiles sont mélangées à de la poudre noire à l'intérieur d'un compartiment cylindrique. La poudre noire explose pour enflammer les étoiles et les disperser dans le ciel. Dans les feux d'artifice asiatiques, les étoiles entourent la poudre noire dans un compartiment sphérique pour produire un affichage plus symétrique. Au lieu de poudre noire et d'étoiles, un compartiment peut contenir de la poudre flash, qui produit une lumière vive soudaine et une forte détonation. Les différents compartiments d'un feu d'artifice sont fixés à des mèches faites de fils mélangés à des grains de poudre à canon.

La poudre noire se compose d'un mélange de sel-pêtre (nitrate de potassium), de charbon de bois et de soufre dans un rapport en poids de 75 à 15 à 10. La poudre flash se compose d'un mélange de chlorate de potassium ou de perchlorate de potassium, de soufre et d'aluminium. Les étoiles se composent d'un combustible qui brûle pour fournir de la chaleur, d'un agent colorant qui donne de la couleur lorsqu'il est chauffé et d'un oxydant pour brûler le combustible. Les combustibles peuvent être à combustion lente comme le charbon de bois, la dextrine (dérivé de l'amidon de maïs) ou la gomme rouge (une sécrétion d'arbre) pour produire un affichage sombre et durable, ou à combustion rapide, comme l'aluminium, le magnésium ou le titane, pour produire un affichage lumineux et de courte durée. Le sucre peut être utilisé comme combustible pour produire de la fumée. Les agents colorants comprennent l'aluminium, le magnésium ou le titane (blanc), le carbone ou le fer (orange), les composés de sodium (jaune), les composés de cuivre (bleu), le carbonate de strontium (rouge) et le nitrate de baryum ou le chlorate de baryum (vert). Les oxydants sont des composés contenant de l'oxygène hautement réactifs tels que le perchlorate de potassium ou le perchlorate d'ammonium. Ils contiennent également du chlore, qui réagit avec les composés de cuivre, de strontium et de baryum dans le colorants pour produire les chlorures instables de ces éléments qui donnent effectivement la couleur.

Le processus de fabrication

Faire les étoiles

• 1 Les ingrédients utilisés pour préparer les étoiles sont obtenus auprès de sociétés d'approvisionnement en produits chimiques et stockés dans des fûts. Au moment du mélange, les produits chimiques sont retirés des barils, pesés et tamisés deux fois à travers des tamis en laiton pour éliminer les grumeaux. (Le laiton est utilisé car il ne produit pas d'étincelles.) Les poudres tamisées sont placées sur une grande feuille de papier et mélangées doucement à la main. Les poudres peuvent également être mélangées à l'intérieur d'un tambour rotatif ou d'un récipient fixe avec des pales rotatives. Ces appareils doivent être utilisés avec beaucoup de précautions pour éviter de générer de la chaleur par friction ou de piéger des morceaux de poudre entre les pièces mobiles.
• 2 La poudre mélangée est placée dans des fûts et transportée de la salle de mélange à la salle de coupe. L'eau y est mélangée pour former une pâte molle. Des morceaux de pâte sont évidés dans de grands moules en bois tapissés de papier en forme de miches de pain. La pâte est tassée fermement dans le moule avec un maillet en bois. (La pâte humide est beaucoup plus sûre à manipuler que la poudre sèche.)
• 3 Les pains de pâte, pesant environ 35 livres (16 kg) chacun, sont démoulés sur un établi recouvert de carton épais saupoudré de poudre noire. Les pains sont coupés dans un sens pour former des tranches puis coupés dans l'autre sens pour former des dés. Les dimensions des dés peuvent aller de 0,06 à 2 pouces (0,16 à 5 cm). La poudre noire adhère aux dés humides et les aidera à brûler lorsque le feu d'artifice est allumé. Les dés sont autorisés à sécher sur des écrans recouverts de papier.

Faire les pauses

• 4 Les dés séchés sont désormais des stars. Ils sont déplacés vers la salle d'emballage pour être placés dans des conteneurs en carton. Un tube en carton creux est placé au centre du récipient cylindrique et des étoiles sont doucement versées autour de celui-ci. Un grand conteneur peut contenir jusqu'à 900 étoiles (environ 4,4 livres [2 kg]). Lorsque le récipient est plein, de la poudre noire est versée à l'intérieur du tube creux et le tube est retiré. La poudre remplit les espaces entre les étoiles, et servira à les enflammer et à les disperser. Un capuchon en papier est placé sur le récipient rempli, maintenant appelé « pause ».
• 5 La cassure est enveloppée d'une grosse ficelle, un processus connu sous le nom de spiking. Le clouage se fait en attachant une extrémité d'une grande bobine de ficelle à la rupture et en enroulant la ficelle autour d'elle. Lorsque la cassure est complètement recouverte, la ficelle est coupée et attachée. Certaines ruptures ne sont pas cramponnées, mais sont faites à la place de plastique ou de carton plus lourd pour résister au stress d'être lancé. Un fusible temporisé (un fusible court à combustion lente qui fait exploser la rupture un certain temps après son lancement) est inséré dans la rupture et il est enveloppé dans du papier épais. Les pauses emballées sont déplacées vers la salle de collage pour être emballées dans du papier épais et imbibé de pâte, puis laissé sécher pendant environ deux jours. Le papier durcit au fur et à mesure que la pâte sèche pour former un joint solide et étanche.
• 6 Certaines pauses, appelées saluts, sont remplies de poudre flash plutôt que d'étoiles et de poudre noire. La poudre flash est mélangée à peu près de la même manière que les produits chimiques utilisés pour fabriquer les étoiles. Il est ensuite versé dans des contenants en carton plus épais et plus résistants que les autres brisures. Cela permet à plus de pression de s'accumuler avant que le salut n'éclate, ce qui entraîne une détonation plus forte. Ces saluts sont ensuite enrichis et collés comme les autres pauses.

Fabrication des coques

• 7 Les brisures sèches sont déplacées vers la salle de finition pour être assemblées en coques. Les obus les plus simples sont constitués d'un petit compartiment de poudre noire combiné à une seule cassure. En raison de leur structure sphérique, les coquillages asiatiques ne contiennent toujours qu'une seule cassure. Étant donné que les obus américains et européens sont cylindriques, plusieurs cassures peuvent être empilées, de sorte que l'obus affiche plusieurs éclats de couleurs différentes lorsqu'il explose. Les obus multi-pauses se composent généralement d'un petit compartiment de poudre noire, de trois ou quatre pauses colorées et d'un salut. Certains gros obus contiennent jusqu'à 10 brisures, et au moins un obus gigantesque a été fabriqué avec 22 brisures. La coque est assemblée en empilant les composants ensemble, en attachant un fusible de démarrage (un long fusible à combustion rapide utilisé pour enflammer la poudre noire qui lance le feu d'artifice), en les enveloppant dans du papier épais et en attachant l'emballage avec de la ficelle. Le feu d'artifice terminé est ensuite étiqueté et stocké jusqu'à ce qu'il soit nécessaire.

Faire de petits feux d'artifice

• 8 Les petits feux d'artifice, destinés à un usage privé, sont fabriqués à peu près de la même manière que les grands, mais ils sont généralement de construction plus simple et contiennent beaucoup moins d'explosifs. Les petits feux d'artifice comprennent les pétards (tubes en papier contenant une petite quantité d'explosif), les fontaines (cônes en papier remplis de produits chimiques qui libèrent des étincelles colorées) et les bougies romaines (longs tubes en papier remplis d'une petite quantité d'explosif et de plusieurs petites étoiles qui projettent une à la fois). Certains petits feux d'artifice ne contiennent aucun explosif et peuvent être aussi simples qu'un seul produit chimique enveloppé dans du papier ou du papier d'aluminium. Les exemples incluent les boules de fumée (remplies d'un produit chimique qui libère de la fumée colorée) et les serpents (remplis de bichromate d'ammonium, qui brûle lentement et produit une longue traînée de cendres). Les cierges magiques sont fabriqués en plongeant un fil métallique dans une suspension contenant un combustible, un oxydant, un colorant et des granules d'aluminium, qui fournissent les étincelles.

Lancement du feu d'artifice

• 9 Les feux d'artifice professionnels sont généralement lancés par les mêmes entreprises qui les fabriquent. Si une pièce fixe (un affichage au sol qui forme une image ou des mots avec des fusées colorées appelées lances) doit être utilisée, le dessin à former est esquissé sur du papier quadrillé et envoyé aux menuisiers qui construisent un cadre en bois avec de fines lattes de bois dans la forme du dessin. Si la musique accompagnera les feux d'artifice, le moment de l'affichage est prévu pour correspondre au tempo de la musique.
• 10 Plusieurs heures avant le début du spectacle (ou quelques jours à l'avance, pour un très grand spectacle), l'équipe arrive avec tout le matériel nécessaire, dont des extincteurs et des trousses de premiers soins. Les mortiers pour lancer les obus sont placés à leur place. Les gros sont placés dans des trous creusés dans le sol ou dans des fûts en acier remplis de sable. Les mortiers plus petits sont placés dans des supports en bois. La coque appropriée pour chaque mortier est chargée en place. Les cadres des décors sont assemblés, les lances sont fixées aux lattes et les fusibles sont fixés aux lances. Lorsque l'étalage commence, les lances et les mortiers sont allumés au bon moment, soit avec de longues fusées à main, soit avec des fils électriques reliés à un tableau central. Après le spectacle, l'équipage détruit en toute sécurité tous les ratés non explosés.

Contrôle qualité

Le facteur de contrôle de la qualité le plus important dans la fabrication de feux d'artifice est la sécurité. Les usines de feux d'artifice sont protégées des intrus par des clôtures grillagées, des barbelés, portails verrouillés, portes en acier et serrures inviolables. Au sein de ces usines, de nombreuses précautions sont prises pour éviter les accidents.

L'électricité est le plus grand danger. Une seule petite étincelle peut déclencher une pièce remplie d'explosifs. Toutes les prises électriques sont situées à l'extérieur du bâtiment. Pour éviter de générer de l'électricité statique, tous les travailleurs doivent porter des vêtements 100 % coton. Ils touchent une plaque de cuivre avant d'entrer dans un bâtiment pour éliminer toute électricité statique qu'ils pourraient transporter. Des sangles élastiques avec des fils traînant jusqu'au sol en graphite sont portées autour des mollets du travailleur, pour évacuer l'électricité statique vers les tiges de mise à la terre enterrées sous le bâtiment. Tous les travaux sont interrompus et tous les travailleurs quittent le bâtiment s'il y a la moindre possibilité qu'un orage électrique approche.

De nombreuses autres mesures de sécurité sont utilisées. Tous les travaux sont effectués à la main, pour éviter les machines qui pourraient produire de la chaleur ou des étincelles. En hiver, les bâtiments sont chauffés à l'eau chaude plutôt qu'à l'air chaud, ce qui pourrait provoquer une explosion. Les bâtiments sont petits, donc personne n'est à plus d'un ou deux pas d'une sortie. Toutes les sorties ont des portes qui s'ouvrent en grand au moindre contact. Les produits chimiques explosifs ne sont jamais mélangés lorsqu'ils sont mouillés, car lorsqu'ils sèchent, ils peuvent libérer des gaz qui pourraient les enflammer.