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COMPOSANT DE CARTOUCHE SANS PLOMB
ET CARTOUCHE LE COMPRENANT
La présente invention appartient au domaine des munitions utilisées dans les
armes de
chasse ou de tir, et plus particulièrement à celui des cartouches dont la
charge offensive
est constituée de projectiles multiples, de type grenaille.
Elle a pour objet une charge offensive composée de projectiles multiples
formés de grains
liés mécaniquement entre eux par un fil, qui ne comporte pas de plomb. Un
autre objet de
l'invention est une cartouche pour le tir de chasse, incorporant de tels
projectiles. Un
procédé de fabrication en série de ces projectiles sans plomb est également
revendiqué.
Pour la chasse aux gibiers de petite taille comme la chasse aux canards, le
but est de
stopper et tuer rapidement l'animal en mouvement. On tire dans ce cas avec des
armes à
canon lisse des projectiles non profilés et multiples de façon à accroître les
chances de
toucher, en limitant la portée pour protéger les biens et les personnes
situées dans la
direction du tir.
On sait que les cartouches de chasse et de tir sont constituées de plusieurs
composants
qui remplissent des fonctions différentes les unes des autres. L'enveloppe de
la cartouche
(douille) généralement cylindrique, renferme une charge propulsive (poudre) à
une
extrémité et une charge offensive (grenaille ou plombs), séparées par une
bourre. La
bourre réalise deux fonctions distinctes : elle retient les gaz produits par
l'explosion et elle
exerce une pression sur les grenailles en les poussant de manière ordonnée
hors du
canon de l'arme. Une cartouche de chasse classique contient de 30 g à 35 g ou
36 g de
projectiles, appelés plombs, soit 200 à 300 billes de plomb de petit diamètre,
lequel est
généralement compris entre 1 mm et 4 mm, en particulier entre 1,25 mm et 4 mm.
On les
distingue des chevrotines beaucoup plus grosses, qui désignent des cartouches
comprenant moins de 28 projectiles dont le diamètre peut aller de 5,65 mm à
8,65 mm, et
qui est interdite à la chasse dans la plupart des départements français.
Il est en outre connu, notamment du document US 3 085 510, d'utiliser en tant
que charge
offensive pour une cartouche de tir un ensemble d'au moins deux grains en
plomb reliés
entre eux par une corde, de préférence un fil monofilament tels que ceux
utilisés dans les
activités de pêche, de sorte à améliorer les propriétés cinétiques du
projectile ainsi formé.
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Depuis longtemps, la grenaille de plomb est utilisée comme projectile dans les
cartouches
de chasse et de tir, pour augmenter la probabilité de toucher une petite cible
en
mouvement. De manière plus large, des métaux lourds (métaux de densité élevée)
ont
été utilisés dans la plupart des munitions pour améliorer les caractéristiques
cinétiques
des projectiles. Or, tous ces métaux sont toxiques, en particulier le plomb
auquel on
ajoute généralement 1% à 8% d'arsenic, également toxique. Cette toxicité se
manifeste à
plusieurs niveaux : lors d'accidents durant la fabrication ; par les
pollutions accumulées
sur les sites de fabrication qui sont responsables de saturnisme ; lors de
leur utilisation,
des problèmes directs pour la santé se posant du fait de l'émission de vapeurs
de plomb ;
et lors de la destruction des munitions non utilisées.
C'est pourquoi de nombreux pays ont, depuis les années 1980, interdit ou
réduit
l'utilisation du plomb dans les cartouches de chasse, au profit de cartouches
moins
toxiques, dites non toxiques. Ceci s'applique en premier lieu à la chasse au
gibier d'eau
en zones humides et phréatiques.
On a donc cherché à remplacer les projectiles en plomb par d'autres matériaux.
En
premier lieu, des grenailles en acier ont été proposées. Cependant, si l'acier
présente
l'avantage d'être peu onéreux, il est en revanche beaucoup plus dur que le
plomb (il peut
être considéré comme indéformable à l'échelle de contraintes qui nous
intéresse). Cette
dureté pose des problèmes de résistance du canon des armes. En effet, avec un
matériau
dur, la charge de grenaille forme un ensemble tassé et résistant qui provoque
un billage
de la surface au niveau du cône de raccordement entre la chambre du fusil
accueillant la
douille de la cartouche et le canon. On observe également une dégradation du
canon par
gonflement ou même par éclatement. L'acier est en outre léger (sa densité est
comprise
entre 7,3 et 8,0 contre 11,35 pour le plomb pur), ce qui lui confère une
énergie cinétique
nettement plus faible à charge propulsive égale.
Un métal comme le tungstène, plus lourd que l'acier, est quant à lui nettement
plus
dispendieux, de l'ordre de 10 fois, ce qui le disqualifie pour une production
de masse.
Quant à l'emploi du bismuth, s'il n'est pas explicitement interdit, il est à
proscrire puisqu'il
est encore plus toxique que le plomb.
Il a autrement été proposé par l'art antérieur, illustré notamment par le
document WO
93/22089, des projectiles formés de grains constitués d'alliages de composés
métalliques
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permettant de réduire la toxicité en comparaison avec des grains de plomb, en
associant
un composé métallique à point de fusion haut avec un composé métallique à
point de
fusion bas, tels que respectivement le tungstène et l'étain. Ces alliages sont
en outre
constitués de sorte à obtenir des projectiles de densité comparable à celle du
plomb, afin
de reproduire les propriétés cinétiques des projectiles en plomb.
On peut affirmer que jusqu'à présent, aucune solution satisfaisante n'a été
trouvée, pour
réaliser des cartouches à projectiles multiples non toxiques, ayant des
caractéristiques
aussi intéressantes que les plombs, et présentant des performances
équivalentes à celles
des projectiles en plomb, du point de vue de la portée, du pouvoir perforant
et de la
déformation avec libération d'énergie.
Ainsi, selon un objectif de la présente invention, il est recherché une
munition pour la
chasse au gibier d'eau, c'est à dire une cartouche dépourvue de plomb
conformément à la
législation s'appliquant aux zones humides. Un autre objectif de l'invention
est de définir
un composant pour cartouches, à savoir un projectile dépourvu de plomb et
possédant
cependant des propriétés comparables à celles des projectiles classiques en
plomb. La
présente invention répond à ce besoin, en proposant un projectile multiple
pour arme à
feu, et tout particulièrement pour les armes à canon lisse, répondant
parfaitement à ce
cahier des charges. En particulier, cet objectif est atteint grâce au choix
d'une composition
de métaux bien spécifiques pour fabriquer les grains du projectile, avec une
liaison
mécanique de plusieurs grains entre eux.
Encore un autre objectif de l'invention est de disposer d'un procédé de
fabrication en série
de tels projectiles, qui soit économiquement acceptable.
A l'origine de l'invention, il a été constaté par le présent inventeur que le
point crucial pour
reproduire les performances de projectiles à base de plomb est non pas, comme
le
suggère l'art antérieur, de chercher à s'approcher, par l'alliage mis en
oeuvre, le plus
possible de la densité du plomb, mais plutôt de privilégier que l'alliage
présente une
dureté proche de celle du plomb. La question d'une différence de densité peut
être réglée
par le nombre de grains reliés par un même fil, une telle détermination
entrant dans les
compétences de l'homme du métier. Il a ainsi été constaté par le présent
inventeur que la
reproduction de la dureté du plomb conditionne prioritairement l'obtention de
projectiles
en alliage adaptés à reproduire les performances des projectiles en plomb.
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Ainsi, il est maintenant proposé par le présent inventeur une charge offensive
destinée à
la fabrication d'une cartouche pour le tir avec une arme à feu, composée de
projectiles
multiples formés par des grains formés d'au moins deux grains sensiblement
sphériques
reliés entre eux par un fil de liaison métallique de longueur prédéterminée
fixe, les grains
étant à base d'étain, lequel ne présente pas de toxicité connue pour
l'environnement.
Toutefois, l'étain étant très malléable (voire pâteux), et de dureté
inférieure à celle du
plomb, il ne peut pas être employé seul. Pour obtenir une dureté voisine de
celle du
plomb, il est possible d'utiliser un alliage d'étain avec un autre composé. On
choisira le
second composant de l'alliage des grains parmi ceux qui ne sont pas toxiques
et qui sont
miscibles à l'étain au moins dans certaines proportions, qu'on combinera à
l'étain pour
obtenir un alliage assimilable à un métal mou, c'est-à-dire ayant une dureté
équivalente à
celle du plomb ou d'une composition contenant plus de 80% de plomb. Le choix
s'est
porté sur l'antimoine, pour obtenir des grains métalliques de petite taille,
non toxiques, de
dureté adéquate.
Dans un mode de réalisation de la charge offensive selon l'invention,
l'alliage des grains
est composé, pour au moins 99%, d'étain et d'antimoine. Toutes les proportions
seront
données ci-après en teneur massique.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, l'alliage des grains
comprend de
préférence de 90% à 98% d'étain, et/ou de 2% à 10 % d'antimoine.
De préférence, on emploie une composition incluant environ 5% d'antimoine dans
environ
95% d'étain.
Les projectiles selon l'invention présentent avantageusement des
caractéristiques aussi
intéressantes que les projectiles classiques en plomb, en terme de dureté
d'une part, de
sorte qu'un écrasement du projectile sur une cible libère une grande quantité
de l'énergie
qui lui a été fournie par la charge explosive de la cartouche de tir; et en
terme de masse
d'autre part, cette dernière caractéristique étant assurée par le fait que,
bien que la
densité de l'alliage selon l'invention soit inférieure à celle du plomb, les
grains sont reliés
entre eux au sein du projectile. Ainsi, la densité de l'étain est de l'ordre
de 7,3, celle de
l'antimoine de 6,7, la densité de cet alliage répondant aux caractéristiques
ci-avant est de
l'ordre de 7,25 à 7,29. Un tel alliage sera lui aussi nettement moins pesant
que le plomb à
volume identique. Cette faible densité apparaît donc comme insuffisante pour
obtenir un
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pouvoir pénétrant (et donc une portée efficace) similaire à celui des grains
de plomb. Pour
remédier à cet inconvénient, plusieurs grains sont reliés entre eux, de
manière à
constituer de petites grappes de masse plus importante.
5 Cependant la mise en pratique de cette idée devait encore surmonter un
certain nombre
d'obstacles : s'il est connu de relier des grains de chevrotine en les
perçant, puis en les
enfilant sur un fil de plomb et en ligaturant le tout par torsion du fil,
cette méthode ne peut
pas être mise en oeuvre pour de petits grains, tant pour des raisons
techniques
qu'économiques.
Les difficultés technologiques de fabrication découlant du petit diamètre des
projectiles
utilisés pour la chasse au gibier d'eau ont été surmontées. Un procédé a été
mis au point,
qui fait partie de la présente invention, et permet la fabrication de grappes
de petits grains
d'un alliage non toxique à base d'étain et d'antimoine, reliés par un fil
métallique,
également non toxique.
Comme précédemment exposé, selon un premier aspect, l'invention a ainsi pour
objet
une charge offensive destinée à la fabrication d'une cartouche pour le tir
avec une arme à
feu, composée de projectiles multiples, lesquels projectiles sont formés d'au
moins deux
grains sensiblement sphériques reliés entre eux par un fil métallique de
longueur
prédéterminée fixe, lesdits grains étant constitués d'un alliage comprenant de
l'étain et de
l'antimoine. Les grains (ou grenaille) sont à peu près sphériques, comme le
sont les
plombs de chasse conventionnels. Le fil de liaison est également de nature
métallique. Il
est assez résistant pour supporter les tensions ou les tersions durant le
remplissage et le
conditionnement des cartouches.
Les grains sont réunis par grappes de deux, trois ou quatre, voire davantage,
à l'aide d'un
fil métallique. On obtient ainsi des projectiles de deux ou plusieurs grains
solidaires, dont
la quantité de mouvement à vitesse donnée est un multiple de la quantité de
mouvement
qu'auraient les grains pris isolément. Le nombre d'impacts est réduit, mais
les propriétés
cinétiques sont plus performantes, de sorte que le tir est plus efficace. On a
constaté que,
pour un projectile à deux grains liés par exemple, on aura une distance de tir
efficace
doublée par rapport à une charge de grains non liés du même alliage.
Si on remplit une cartouche avec des billes faites en un alliage d'étain-
antimoine tel que
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préconisé par la présente invention, on aura une masse moins élevée qu'avec le
même
volume des billes de plomb. Par exemple, pour un volume de billes de plomb de
36
grammes, on aura un volume identique de grains d'alliage pesant un total
environ 24
grammes, mais dont chaque projectile est une fois et demi plus lourd que les
billes de
plomb. Finalement, dans cet exemple la distance efficace de tir sera
multipliée par 1,5. On
a ainsi compensé la faible densité de l'étain et de l'antimoine en liant les
grains entre eux.
Les grains, qui contiennent de préférence au moins 99% d'étain et d'antimoine,
peuvent
contenir également, par exemple au maximum pour 1% (en masse) d'un composant
autre
que l'étain et l'antimoine. Dans la charge offensive selon l'invention,
l'alliage des grains
peut par exemple comprendre en outre au plus 1% d'un troisième métal, à
l'exclusion du
plomb ou d'un autre métal toxique, bien entendu. Ceci ne modifie pas
significativement les
propriétés de l'alliage étain-antimoine. Ce mode de réalisation a pour intérêt
principal de
réduire les coûts de matière première sans affecter les qualités recherchées
de la charge
offensive.
Selon un mode de réalisation particulièrement préféré de l'invention,
l'alliage des grains
est composé de 94,5% d'étain, 5% d'antimoine et 0,5% de cuivre. Cet alliage
ternaire
offre un compromis idéal en termes de propriétés cinétiques des projectiles et
de coûts.
La longueur du fil séparant (et unissant) deux grains voisins est définie à
l'avance lors de
la fabrication des grappes de grains. Les grains sont en outre associés au fil
de sorte que
la distance les séparant reste fixe après leur fabrication, lors de leur mise
en cartouche et
durant le tir. Le mode d'association peut être physique (par exemple par
pincement du fil
dans une encoche pratiquée dans le grain) mais il sera de préférence de nature
chimique
(par fusion du fil et du grain), comme on le verra en détail plus loin.
Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le fil de liaison
entre deux
grains est un fil de laiton, de longueur comprise entre 0,5 mm et 10 mm. Le
laiton qui est
un alliage à base de zinc et de cuivre, est choisi parmi ceux qui sont
dépourvus de plomb.
Le fil de liaison en laiton va contribuer à la densité du projectile. Il est
assez souple pour
ne pas se casser sous l'effet de l'accélération lors du tir et assez robuste
pour résister lors
du passage dans les machines à encartoucher de type connu. La longueur du fil
entre
deux grains est telle que les grains forment un projectile relativement
compact, et sont
assez proches pour éviter des phénomènes de retour élastique de type fronde.
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Selon l'invention, le projectile comprend de préférence deux grains de
diamètre inférieur
ou égal à 4 mm liés entre eux. Cette conformation permet de compenser la
relativement
faible densité de l'étain. L'assemblage par deux optimise à la fois les
propriétés
mécaniques, cinétiques et le nombre d'impacts obtenus à partir du tir d'une
cartouche.
Les projectiles tels que définis ci-dessus conviennent particulièrement pour
la chasse au
gibier d'eau, mais aussi pour tout autre type de gibier, où l'on utilise des
cartouches
adaptées aux armes à canon lisse. C'est pourquoi, est également objet de la
présente
invention une cartouche pour le tir avec une arme à feu, comprenant une
douille dans
laquelle se trouvent une charge propulsive et une charge offensive séparées
par une
bourre, cartouche dans laquelle ladite charge offensive est composée de
projectiles
conformes à la description précédente. Ces cartouches peuvent comprendre
indifféremment une bourre grasse ou une bourre à jupe.
Une cartouche selon l'invention contient de manière préférée entre 50 et 200
projectiles,
formés de grains liés deux par deux. On peut avantageusement utiliser des
projectiles
comportant des grains dont le diamètre est compris entre 2,5 mm et 4 mm, par
exemple
50 projectiles, sous la forme de 100 grains de 3,5 mm de diamètre, liés deux
par deux. On
rappelle qu'une cartouche classique de 30 à 35 g ou 36 g contient 200 à 300
billes de
plomb toxique, et qu'une cartouche à chevrotine en comprend de son côté moins
d'une
trentaine, communément 9, 12 ou 15.
Un autre objet de la présente invention est un procédé de fabrication de
projectiles
destinés à constituer la charge offensive d'une cartouche de tir, lesdits
projectiles étant
formés d'au moins deux grains sensiblement sphériques reliés entre eux par un
fil
métallique de longueur prédéterminée fixe, lesdits grains étant en un alliage
comprenant
de l'étain et de l'antimoine. Le procédé comprend essentiellement les étapes
consistant
à :
- se munir d'une machine comprenant i) un four muni d'un réservoir apte à
contenir ledit
alliage en fusion, ii) un plateau horizontal monté sur un axe de rotation
central apte à
recevoir et à entraîner en rotation une matrice en polymère, et iii) des
moyens pour
amener ledit alliage depuis le réservoir jusqu'à un orifice supérieur central
de ladite
matrice,
- réaliser une matrice en polymère comprenant deux moules séparables, l'un
supérieur
comportant un orifice central et l'autre inférieur, entre lesquels est ménagé
un réseau de
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canaux ramifiés s'étendant selon une orientation sensiblement radiale depuis
ledit orifice
supérieur central et se terminant chacun par une cavité sphérique,
- pratiquer dans un des moules des entailles joignant des cavités voisines,
prises au
moins deux par deux,
- installer un fil métallique traversant lesdites cavités et s'insérant dans
lesdites entailles,
- assembler les moules pour former la matrice, la placer sur le plateau, et
mettre
l'ensemble en rotation,
- couler l'alliage en fusion depuis le réservoir dans la matrice à travers
l'orifice central, tout
en maintenant ladite matrice en rotation de sorte que l'alliage pénètre dans
le réseau de
canaux jusqu'aux cavités sphériques par l'effet de la force centrifuge,
- séparer les moules et récupérer des grappes de grains sensiblement
sphériques reliés
entre eux par un fil.
Il ne reste alors plus qu'à fractionner les grappes de grains liés, en
projectiles d'au moins
deux grains, à moins qu'on ait prévu dès le départ d'insérer dans les
entailles des
segments de fil reliant uniquement le nombre de grains désiré.
Le four peut être de type connu, tel que ceux qui ont déjà été utilisés pour
fabriquer des
billes de plomb isolées (par exemple du plomb de pêche), mais sans mettre en
oeuvre la
matrice selon l'invention. L'étape de coulage avec centrifugation dure
quelques dizaines
de secondes, par exemple 20 secondes.
Conformément au procédé de fabrication selon l'invention, de préférence les
cavités
sphériques que l'on ménage dans la matrice ont un diamètre inférieur à 4 mm.
Également de préférence, dans le procédé de fabrication selon l'invention, les
cavités
voisines entre lesquelles sont pratiquées des entailles, sont ménagées à une
distance
comprise entre 0,5 mm et 10 mm les unes des autres.
Selon une caractéristique de réalisation du procédé de fabrication objet de
l'invention, le fil
de liaison est en métal ou alliage métallique ayant une température de fusion
supérieure à
celle de l'alliage d'étain et d'antimoine, cette dernière étant de l'ordre de
290 C (contre
450 C pour le plomb). Le laiton fond quant à lui aux alentours de 800 C. De ce
fait, le fil
de laiton va être noyé et figé dans l'alliage à base d'étain et d'antimoine
durant le
moulage, pour former un assemblage de grains à distance fixe prédéterminée.
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La présente invention sera mieux comprise, et des détails en relevant
apparaîtront, grâce
à la description qui va être faite d'une de ses variantes de réalisation, en
relation avec les
figures annexées, dans lesquelles :
La fig.1 est une vue en coupe d'une cartouche à bourre grasse selon
l'invention.
La fig. 2 est une vue en coupe d'une cartouche avec bourre à jupe selon
l'invention.
La fig. 3 est une représentation schématique d'une machine pour la réalisation
du procédé
de fabrication des projectiles, selon l'invention.
Sur la fig.1, on a représenté une cartouche pour le tir avec une arme à feu,
comprenant la
douille 1 dont le culot 21 est ici placé en bas. Dans la douille 1, se
trouvent une charge
propulsive 2 et une charge offensive 3, qui sont séparées par une bourre
grasse 4 et un
obturateur 44. La charge propulsive 2, en partie inférieure de la cartouche
(partiellement
masquée par le culot), est classiquement de la poudre.
Une autre cartouche conforme à l'invention, représentée sur la fig. 2, est une
cartouche
avec bourre 4 à jupe. La jupe forme un godet 41 dont la base est incurvée et
se termine
par un élément amortisseur 42.
Ces deux structures sont de type connu. Elles contiennent la charge offensive
3, c'est-à-
dire des projectiles 10 multiples (par opposition à une balle qui est un
projectile unique).
Chaque projectile 10 comprend au moins deux grains 5 reliés par un fil 6.
Dans un premier exemple, les grains 5 sont des billes de 3,5 mm de diamètre,
constituées
d'un alliage d'étain (94,5%), d'antimoine (5%) et de cuivre (0,5%). Le fil de
liaison 6 qui les
unit est en laiton (qualité sans plomb). Il maintient les grains 6 deux par
deux, séparés par
une distance fixe de 7,5 mm, qui forment les projectiles 10. Une charge
offensive peut
être constituée de 50 de ces projectiles 10.
Dans un second exemple, les grains 5 sont des billes de 2,5 mm de diamètre,
constituées
d'un alliage d'étain (95%) et d'antimoine (5%). Le fil de liaison 6 en laiton
(sans plomb) les
grains 6 trois par trois, séparés par une distance fixe de 6 mm. On peut
réaliser une
charge offensive comprenant une centaine de ces projectiles 10, soit 300
grains.
Les projectiles peuvent être fabriqués comme suit, en se référant à la fig. 3.
On utilise une
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machine comportant un four 100 muni d'un réservoir 110 apte à contenir
l'alliage choisi.
L'appareil comporte également un plateau horizontal (non représenté) monté sur
un axe
de rotation central apte à recevoir et à entraîner en rotation une matrice en
polymère. La
matrice se présente sous la forme de deux moules séparables, l'un supérieur
(non
5 représenté) et l'autre inférieur 11. Un réseau de canaux ramifiés 13 est
ménagé entre les
moules. Le moule supérieur est doté d'un orifice supérieur central qui est
placé à l'aplomb
d'une buse alimentée par des moyens conçus pour amener l'alliage en fusion
depuis le
réservoir 110, et pour délivrer une quantité d'alliage dans l'orifice
supérieur central de la
matrice.
Les canaux ramifiés 13 s'étendent selon une orientation radiale depuis le
centre 12 des
moules et se terminant chacun par une cavité sphérique 14, de diamètre
prédéfini
inférieur à 4 mm. Des entailles 15 joignant des cavités 13 voisines sont
pratiquées dans
un des moules. Les cavités 14 voisines entre lesquelles sont pratiquées des
entailles 15
sont placées à la distance voulue les unes des autres, comprise entre 0,5 mm
et 10 mm.
On procède ensuite comme suit. Le réservoir 110 du four 100 est rempli avec
les
composés formant l'alliage désiré et est chauffé pour atteindre la température
de fusion
de l'alliage (soit 290 C pour un alliage étain-antimoine 90 /0-5%). Le moule
inférieur 11 est
placé sur le plateau de l'appareil. On installe des fils de laiton 6 de
manière à ce qu'ils
traversent plusieurs cavités 14, en les insérant dans les entailles 15 pour
les maintenir en
place. On ferme la matrice par le moule supérieur et on met le plateau en
rotation. On fait
couler une quantité d'alliage par l'orifice central de la matrice. On poursuit
la rotation une
vingtaine de secondes. On laisse refroidir quelques minutes avant de retirer
le moule
supérieur, puis de récupérer des grappes de grains liés par un fil métallique.
Il reste à séparer les grappes en projectiles 10 de longueur voulue (nombre de
grains 5)
et à les placer dans le bac d'une machine à encartoucher.
