- Air comprime
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Air comprimé
L'air comprimé est de l'air prélevé dans l'atmosphère, mis sous pression avec un compresseur, le plus souvent aux alentours de 10 bars mais parfois jusqu'à 300 bars.
Sommaire
Utilisation industrielle
En tant que « matériau »
- Gonflage de structures pneumatiques (pneus…)
- Air comprimé respiratoire (plongée sous marine, caissons hyperbare)
- Production de bulles dans les procédés industriels, éventuellement alimentaires (mélange, allègement d’un produit)
Alimentation en énergie d’outils
- Fraise de dentiste : vitesses de rotation de 50 000 à plus de 200 000 tours par minute
- Marteaux burineurs de petite ou grande taille : puissance élevée, poids réduit
- Clés à chocs - boulonneuses : vitesse de serrage des boulons inégalée
- Agrafeuses et marteaux pneumatiques : rafales de plusieurs dizaines de pièces par minute
- Visseuses pneumatiques (avec chargeur)
- Tournevis pneumatiques (notamment dans les chaînes d’assemblage)
- Nettoyage
- Foreuses et meuleuses pneumatiques : grosse puissance, vitesse élevée, faible poids
- Pose de rivets
- Pompes à graisse
- Scies
- Pinces coupantes, pince à sertir
- Polissage, meulage
Alimentation en énergie de moteurs et véhicules
Dans certaines industries, l’usage de l’électricité est à proscrire, notamment en raison du risque d’explosions, c’est ainsi qu’on retrouve des locomotives à air comprimé dans les charbonnages et qu’il existe même des appareils d’éclairage équipés d’une micro-turbine qui entraîne un alternateur.
De nouveaux développements dans le domaine des véhicules non polluants sont apparus récemment
Domaine de la force
Moteurs et vérins pneumatiques peuvent composer les machines outils les plus diverses : d’un simple piston éjecteur à une chaîne de montage complète, capable de forer, fraiser, déplacer, centrer la pièce à usiner.
En jouant sur les mouvements rotatifs – lents ou ultra rapide – ou les mouvements linéaires avec une souplesse et un prix de revient beaucoup plus intéressant que ceux engendrés par l’électricité ou l’hydraulique.
Automatisme
Article détaillé : Logique pneumatique.Des circuits logiques complètement pneumatiques peuvent équiper les machines dont nous venons de parler, en combinaison éventuellement avec des commandes ou des contrôles électroniques.
Plongée sous-marine
En plongée sous-marine, l'air comprimé est utilisé pour la respiration sub-aquatique, à l'aide de bouteilles contenant généralement entre 12 et 15 litres d'air comprimé à 200 bars.
Énergie motrice
La détente de l'air comprimé a été utilisée très tôt comme énergie de propulsion pour divers véhicules. Le moteur du véhicule n'émet en effet aucun gaz polluant et est silencieux.
On peut citer les locomotives de mines ou les tramways comme ceux du système Mékarski mis en service à Nantes en 1879 et utilisé jusqu'en 1917 ou sur les locomotives de l'Arpajonnais sur la partie parisienne du trajet.
Voir aussi : Loi de Mariotte, Énergie pneumatique, Moteur à air comprimé, Véhicules à air comprimé .
Armes
Les armes dites à « air comprimé » regroupent toutes les armes à canon court (pistolet, revolver) ou long (carabine, fusil) utilisant la détente d'un gaz afin de propulser un projectile.
Le terme « arme à air comprimé » est abusivement utilisé pour nommer les armes utilisant ce principe de détente, indépendamment de la nature réelle du gaz. Ainsi on trouve en général deux possibilités pour le gaz propulseur :
- soit du dioxyde de carbone (CO2)
- soit de l'air (mélange de dioxygène O2 (21% environ) et de diazote N2 (78% environ) + autres gaz (1%))
Selon le gaz utilisé et le mécanisme de l'arme, plusieurs variantes sont alors possibles. On distingue donc les armes dite à ressort (piston), à air précomprimé, à CO2, etc.
Certaines de ces armes sont utilisées pour le tir de compétition, pratiqué à 10m (cible papier) ou plus (sur silhouettes métalliques).
Armes à ressort (piston)
C'est le système le plus répandu, le moins onéreux et, surtout, le moins fragile. Un piston monté en arrière du canon est couplé à un ressort dont la force détermine la puissance de l'arme. Un levier, parfois astucieusement remplacé par le canon lui-même, permet de comprimer le ressort et de reculer le piston : cette opération est appelée « armement de l'arme ».
Une pression sur la queue de détente libère le piston qui vient alors expulser l'air ainsi comprimé dans la chambre où le projectile a été placé dans le cul du pigeon.
En fait, on observe une compression puis une détente de l'air et non pas une expulsion directe :- Lorsque le piston est libéré, le projectile nécessitant une mise en pression importante de l'air pour commencer sa progression dans le canon, le gaz monte en pression à mesure que le ressort se relâche.
- Lorsque la pression atteint un niveau suffisant pour vaincre la résistance du projectile dans la chambre (frottements et déformation partielle), le gaz subit une détente au fur et à mesure que le projectile progresse dans le canon, jusqu'à sa sortie.
Les armes disposant d'un canon fixe et d'un levier supplémentaire pour l'armement sont réputées pour leur plus grande précision en comparaison avec celles utilisant le canon pour comprimer le ressort. En effet la présence d'un canon fixe limite les déplacements possibles de ce dernier lors du tir.
Les calibres les plus populaires sont le calibre .177 (4.5mm) et le calibre .22 (5.5mm).
La velocité de ces armes peuvent varier entre 152 m/sec et 457 m/sec.
Armes à air précomprimé
Ces armes ne disposent pas de ressort pour déplacer le piston mais comportent une chambre de précompression placée en amont de la chambre contenant le projectile (comme les air gun par exemple).
Versions à levier d'armement
Dans cette version, le levier d'armement sert alors à précomprimer l'air dans la chambre de précompression par action directe sur le piston. L'appui sur la queue de détente vient libérer une soupape qui laisse alors le gaz se détendre dans la chambre et propulser le projectile
Versions à cartouche
Dans cette version, aucun levier d'armement n'est utilisé. Une cartouche métallique rechargeable, logée sous le canon de l'arme, contient l'air précomprimé nécessaire. Le rechargement de cette cartouche est obtenu à l'aide d'un compresseur classique ou d'une pompe manuelle. L'air à température ambiante ne peut pas être rendu liquide aux pressions acceptables pour les cartouches, c'est donc bien sous forme gazeuse qu'il se trouve dans ces dernières.
Plus précises que les armes à ressort+piston, ces armes sont également plus silencieuses car aucune pièce ne se trouve en mouvement lors du tir proprement dit, ce qui contribue également à leur stabilité. En revanche, leur fragilité est plus importante en raison du mécanisme associant la soupape et les joints d'étanchéité.
Les armes à air précomprimé peuvent être plus puissantes que celles à ressort. Leur seule limitation, qui est aussi celle des armes à piston et ressort, est la vitesse de détente de l'air.
La velocité de ces armes varient generalement entre 152 m/sec jusqu'a 1200 m/sec (maximum).
Exemple de carabine à air précomprimé à cartouche (version compétition) :
Armes à CO2
Ces armes n'utilisent ni piston ni ressort, ni levier d'armement, mais une cartouche de CO2 liquide pour la propulsion du projectile.
Ces cartouches de CO2 peuvent être jetables ou rechargeables. Les cartouches jetables autorisent en général une trentaine de coups alors que les versions rechargeables dépassent les 150 coups. Le CO2 est stocké sous forme liquide dans ces cartouches et le tireur doit acheter de nouvelles cartouches (version jetable) ou recharger à l'aide d'une bouteille de CO2.
De telles armes sont de moins en moins utilisées en raison de la complexité de leur rechargement (bouteille de CO2). Exemple de pistolet à CO2 (version compétition) :
Utilisation - Performances
Munitions
Les armes à air comprimé utilisent en général des munitions de type diabolo, en plomb ou en plastique avec tête aluminium. Il existe également des fléchettes pour les petits calibres, mais celles ci sont peu utilisées en raison de leur faible précision et du risque d'endommagement du canon.
Le calibre des armes à air comprimé est assez variable, bien que certaines valeurs soient nettement plus répandues. Citons par exemple le calibre .177 (4.5mm), le .22 (5.5mm), le 6.35mm, mais encore le .50 pour les plus gros.
Cadence de tir
Les armes à air comprimé utilisant un piston+ressort n'autorisent pas les tir répétés sans réarmement manuel par action sur le levier. La cadence de tir varie alors selon l'habileté du tireur, de 2 à 3 tirs par minute jusqu'à 8-10 tirs par minute.
Les versions à air précomprimé avec bouteille ou à C02 permettent un fonctionnement semi-automatique puisqu'aucune énergie extérieure n'est nécessaire à leur fonctionnement. Il est alors possible d'enchaîner les tirs (tir de vitesse), ce qui a donné naissance au tir de vitesse à 10 mètres, au pistolet et à la carabine. Les cadences de tir atteignent alors 1 tir par seconde, mais le nombre de tirs reste limité selon la capacité de la cartouche.
Puissance, portée, précision
La puissance des armes dites « à air comprimé » varie de quelques joules à peine jusqu'à plusieurs centaines de joules selon leur version et leur mécanisme.
Toutes les armes de ce type sont limitées par la vitesse de sortie du projectile, qui ne peut dépasser celle de détente du gaz propulseur. Le gaz propulseur étant maintenu à des températures proches de l'ambiante (20 °C en général), la vitesse de détente ne peut être très élevée. En général on obtient des vitesses de projectiles atteignant 1200 m/sec maximum.
La puissance (terme abusif, puisqu'il s'agit en fait d'énergie cinétique) de l'arme s'exprime par la formule
Où M est la masse (en kg) et V la vitesse de sortie (en m/s)
Cette formule ne tient pas compte de la rotation imposée au projectile par les rayures du canon et donnant un terme d'énergie de rotation supplémentaire, car cet effet reste négligeable pour ces munitions, sauf pour leur stabilité en vol.
Puisque la vitesse est limitée, c'est sur la masse du projectile que l'on peut jouer pour augmenter la puissance.
C'est ainsi que certaines versions d'armes à air comprimé présentent des calibres parfois énormes (.50 par exemple, soit environ 12.7 mm !) pour augmenter leur puissance. De telles armes sont utilisées pour la chasse au gros gibier aux États-Unis par exemple (en France la chasse aux armes à air comprimé est interdite).
La portée des armes à air comprimé dépend de leur puissance et du type de projectile utilisé. En règle générale, la portée ne dépasse pas 100 mètres, sauf pour les plus gros calibres.
Pour le calibre 4.5 mm, les portées sont de l'ordre de :
- 8 à 30 mètres en portée efficace (distance maximum à partir de laquelle la vitesse du projectile diminue sensiblement)
- 30 à 100 mètres en portée utile (distance maximum à partir de laquelle la vitesse est jugée trop faible pour conserver une efficacité suffisante (précision, pouvoir de pénétration)
- 100 à 200 mètres en balle perdue (perte totale de précision)
Le pouvoir de perforation demeure limité, surtout dans les matériaux durs, même pour les munitions à tête renforcée (aluminium), du fait de leur vélocité faible en comparaison avec d'autres munitions. Toutefois la dangerosité de telles armes est loin d'être négligeable; à titre d'exemple une arme tirant une munition de calibre 4.5 mm à 340 m/s permet sans problème de traverser 1 cm de sapin à 25 mètres.
La précision des armes à air comprimé est l'une des plus élevées, aux faibles distances de tir. Combinée à une instrumentation de visée très précise sur certains modèles destinés à la compétition, celle-ci autorise des groupements d'impact en cible parfois à peine croyables. Il n'est en effet pas rare d'obtenir un seul trou alors que plusieurs coups ont été tirés. Ainsi les carabines et pistolets dits de compétition permettent le tir sur des cibles de dimensions très réduites à 10 mètres.
Exemple de cible de tir à 10 mètres (version carabine - taille réelle)
Législation
En France les armes dites à « air comprimé », quel que soit leur type exact, sont classées en 7e catégorie. Lorsqu'elles développent moins de 10 joules en sortie du canon elles sont en vente libre aux personnes majeures. Lorsqu'elle développent plus de 10 joules en sortie de canon leur acquisition doit se faire sur présentation de la licence de tir ou permis de chasse de l'acquéreur. Une fois acquises elles doivent faire l'objet d'une déclaration en préfecture.
En Belgique, les armes à air, quels que soient leur type et l'énergie développée sont en vente et détention totalement libre pour les personnes majeures.
Quelle que soit leur catégorie, ces armes ne sont pas autorisées à la vente aux mineurs. Toutefois, un flou existe pour ce qui concerne les « soft balls », versions jouets des armes à air comprimé, tirant des billes en plastique à une vitesse assez réduite. De tels jouets n'en sont plus vraiment lorsque leur puissance dépasse certains niveaux (danger pour les yeux en particulier). Ces jouets échappent bien souvent aux règles de commerce et sont de nature à inquiéter les forces de l'ordre de par leur ressemblance parfois très aboutie avec de réelles armes.
Anecdote - Histoire
Les armes à air comprimé ne sont pas récentes et plusieurs armuriers ont contribué à leur développement actuel.
Les premières armes à air comprimé, alors appelées « armes à vent », sont apparues aux alentours du XVIIIe siècle. Munies d'une sorte de ballon métallique servant de réservoir, elles nécessitaient l'action répétée d'un levier actionnant une pompe pour monter à quelques dizaines voire centaines de bars pour les plus puissantes. Il s'agissait donc d'armes à air précomprimé.
Le projectile utilisé était alors relativement lourd car d'un calibre important (de l'ordre de quelques centimètres).
Relativement précises et autorisant des tirs à des distances assez importantes au fil de leur mise au point, ces armes ont trouvé leur utilisation sur les champs de bataille pour les tireurs isolés, visant les officiers du camp adverse.
Liens externes
- Histoire des véhicules ferroviaires à air comprimé
- MDI, voitures à air comprimé
- K'Airmobiles - Les véhicules à air comprimé
- Glossaire l'air comprimé
Catégories : Technologie | Technique de plongée
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