Canon magnétique

Le canon magnétique ou canon de Gauss est un canon qui utilise l'effet de répulsion magnétique. Il est l'une des deux formes du canon électromagnétique, l'autre étant le canon électrique.

Principe

Attraction magnétique par ferromagnétisme

Dans sa forme la plus simple, pour laquelle un brevet a été déposé dès 1900 par le physicien Kristian Birkeland, c'est tout simplement un électroaimant en forme de tube (par exemple sous forme de solénoïde) : dès qu'on branche le courant électrique, un projectile ferromagnétique est attiré magnétiquement vers le centre du canon, et en inversant le sens du courant donc celui du champ magnétique, on provoque au contraire un effet répulsif, qui pousse le projectile pendant la deuxième partie de la traversée du tube.

Répulsion magnétique par induction

Dans ses réalisations plus évoluées, on dispose plusieurs solénoïdes courts en série autour du tube. Quant à l'obus, il possède en son sein un bobinage conducteur.

1. Un courant électrique impulsionnel de forte intensité (délivré par un banc de condensateurs) est injecté dans le premier solénoïde. Ce bref et fort courant génère un champ magnétique dans le tube, d'intensité rapidement croissante.
2. Les spires à l'intérieur du projectile sont le siège d'un courant induit selon la loi de Lenz de l'induction magnétique. Ce courant électrique est à cet instant de sens contraire à celui circulant dans le solénoïde inducteur. Le projectile crée donc à son tour un champ magnétique induit, et de ce fait deux pôles magnétiques identiques se font face : le projectile subit un effet magnétique répulsif qui le propulse.
3. Les solénoïdes sont successivement commutés les uns à la suite des autres, au moment où le projectile passe devant eux, ce qui lui procure une accélération supplémentaire.

À noter que cet "effet répulsif magnétique", dû à ce que l'on nomme la "loi de Lenz", est l'effet macroscopique des forces de Laplace qui agissent en réalité individuellement sur chaque électron mis en mouvement par induction dans les spires en métal du projectile, alors que le champ magnétique ambiant est croissant : ces forces de Laplace agissent sur les spires du projectile avec à la fois une composante radiale centripète (qui tend à compresser la spire, mais celle-ci est rigide) et une composante axiale (propulsive, car dirigée à l'opposé du solénoïde inducteur).

En règle générale, on utilise quelques solénoïdes courts de ce genre (classiquement pas plus de trois ou quatre) pour la « mise en vitesse » initiale du projectile. Les commutations des courants doivent être très finement calculées, à cause de l'accélération du projectile entre chaque solénoïde, et parce qu'une bobine possède une inductance qui fait que la « réponse magnétique » de celle-ci à un champ magnétique inducteur variable n'est pas instantanée. À la suite de ces solénoïdes commutés séquentiellement, un solénoïde long ou une suite de plusieurs solénoïdes courts sont commutés ensemble, générant un champ magnétique axial uniforme d'intensité globalement croissante, qui accélère continuellement le projectile en mouvement sur toute la longueur de ce dernier étage, jusqu’à sa sortie du canon.

Recherches

Comme le canon électrique, c'est une arme expérimentale qui est largement exploitée dans les œuvres imaginaires. Des recherches militaires actives sur les canons électromagnétiques sont effectuées depuis plusieurs années afin de pouvoir à terme remplacer l'obusier des chars d'assaut : l'intérêt de tels canons est la vitesse très élevée atteinte par le projectile, capable de percer les blindages les plus résistants sans même avoir recours à un explosif tel qu'une charge creuse. La vitesse des obus classiques propulsés par explosion de poudre est en effet généralement de 1 600 m/s (plus rarement 1 800 m/s), car pour augmenter de 20 % la vitesse d'un obus classique, il faut doubler la masse de poudre. Très peu de données concrètes sont accessibles sur ces recherches confidentielles, qui utilisent désormais des solénoïdes en fil supraconducteur permettant d'atteindre des champs magnétiques de plusieurs teslas.

Dans le domaine spatial, le principe de cet accélérateur électromagnétique est également envisagé pour servir de lanceur spatial, au sol, de satellites. Cette catapulte électromagnétique doit être dans ce cas très longue afin de pouvoir atteindre progressivement la vitesse de satellisation. Autre utilisation : embarqué dans un vaisseau spatial avec une source d'énergie électrique de courant alternatif, ce canon devient un propulseur électromagnétique à plasma à induction par onde magnétique, nommé PMWAC (Propagating Magnetic Wave Plasma Accelerator) ou IDA (Inductive Plasma Accelerator), potentiellement très efficace pour les futurs vols interplanétaires habités.

Présence dans les jeux vidéo

Les Canons à Accélération de Masse (CAM) de l'univers de Halo sont également des canons de Gauss, ainsi que les canons équipés sur certains warthogs.

Le canon de Gauss est présent notamment dans le jeu en ligne Ogame, où il est un très bon système de défense contre les croiseurs. On retrouve aussi le canon de Gauss sous forme de fusil, dans le jeu S.T.A.L.K.E.R ou bien Crysis, où il est là aussi l'une des armes les plus puissantes ainsi que dans des jeux moins récents comme Syndicate ou X-com où il est une des armes humaines les plus puissantes. On le trouve aussi sous la forme d'un pistolet et d'un fusil dans le jeu de rôle post-apocalyptique Fallout 2,Fallout 3 ou Fallout: New Vegas. Dans Red Faction, les balles de ce fusil peuvent traverser les murs. Présent aussi dans Half-Life 1 et 2, sous forme d'une arme à énergie qui envoie des décharges. Dans Halo, il n'est utilisable qu'en tant qu'arme montée sur le Buggy. Il est également présent dans l'univers Battletech. Cette technologie est aussi reprise dans le jeu Metal Gear sous forme d'un canon à rampe permettant de lancer des ogives nucléaires furtives. Dans StarCraft, les marines sont armés de fusils Gauss C-14 de 8 mm "Empaleur". Ainsi que dans la série Mass Effect où la plupart des armes de poing et d'épaule fonctionnent par accélération magnétique des projectiles. La série des jeux Quake utilisent, quant à eux, des Railgun comme fusil de sniper du jeu Quake. Variante bien qu'étant aussi une arme électromagnétique comme le canon de Gauss, son principe de fonctionnement est différent.

Voir aussi

Articles connexes

• Force de Laplace
• Loi de Lenz
• Induction magnétique
• Train à sustentation magnétique
• Catapulte électromagnétique
• Accélérateur MHD
• Canon_électrique (Railgun)

Liens externes

• (fr) Canon électrique Fauchon-Villeplée
• (fr) Vidéo de démonstration
• (en) Another Coilgun
• (en) PowerLabs Coil Guns
• (en) Coilgun Systems

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