Alexis Clairaut (1713-1765)

Chronologie de la vie de Clairaut (1713-1765)


2 juillet 1760 (1) : Clairaut rapporteur :
M[essieu]rs Clairaut et de Montigny ont fait le rapport suivant de la Théorie de l'artillerie [(Arcy 60 ; Arcy 66)] de M. d'Arcy [cf. 26 avril 1760 (1)].

Pour peu qu'on ait parcouru les traités qui ont été publiés jusqu'ici sur l'artillerie, on s'est aisément apperçû que la théorie de l'art est a peine entamée. On n'y trouve point de recherches tendant à déterminer quelles sont les matieres les plus propres a faire de bonne poudre, dans quelles proportions elles doivent être employées ; quelle est la méthode la plus sure pour éprouver la poudre ; quelles matieres doivent entrer dans la composition des pièces d'artillerie, en quelle proportion il faut les mêler ; quelles doivent être les dimensions de ces pieces relativement aux éfforts qu'elles ont a soutenir, c'est a dire relativement a leurs charges ; quelle longueur il faut leur donner pour avoir le plus grand effet possible avec la même charge ; quelles épaisseurs conviennent aux differents points de leur longueur ; jusqu'á quel point la resistance de l'air peut elle influër sur leurs effets. Ces questions qui renferment tous les principaux objets de l'artillerie, loind d'avoir été suffisament approfondies, avoient a peine occupé les physiciens et les geomètres jusqu'au tems où Mr Robins a composé son traité d'artillerie ; mais l'ouvrage de ce savant anglois publié en 1742 laissoit encore beaucoup a désirer sur cette matiere qui depend en même tems de la geométrie, de la méchanique et de la chymie. Independamment des connoissances qu'elle exige, elle demandoit aussi beaucoup de tems, beaucoup de soins et des dépenses considérables, pour parvenir par des expériences faites en grad a des resutats propres a éclairer la pratique et a jetter les fondements d'une bonne theorie. Ces difficultées n'ont point empêché M[onsieu]r d'Arcy de pousser ses recherches beaucoup au delà de ce qu'on avoit fait avant lui.

Le premier objet de son travail a été de faire construire des instruements propres à mesurer d'une manniere commode et sure, les forces des differentes poudres, des differentes charges, et les vitesses des boulets. Pour cet effet, en suivant la methode dêja frayée par Mr Robins, il a fait suspendre en forme de pendule, une canon de cuivre de 4 livres de balle assujetti par deux anneaux ou colets sur une tige de fer a deux branches ; l'autre extremité de cette tige est croisée par une pièce de fer en forme de lame de couteau, mobile sur deux coussinets portés par un fort chassis de charpente ; on conçoit aisément qu'en tirant ce canon, son recul se fait dans un arc de cercle dont l'axe est le couteau qui forme sa suspension, et que les vitesses au point de départ, où le canon est au repos, sont comme les arcs de cercle décrits par le centre d'oscillation de ce pendule ; on peut donc en comparant ces arcs comparer les efforts du fluide elastique qui cause le recul en se débandant dans le canon. Leur amplitude est marquée par une éguille qui coule au long d'un limbe de cuivre divisé et ajusté sur un chassis de fer, au dessus de la suspension du canon ; une cheville fixée a la tige de ce pendule rencontre la queuë de l'éguille et lui fait parcourir un arc égal a celui du recul, ce frottement de l'éguille sur son axe la retient a l'extremité de cet arc.

M. d'Arcy rend compte des expériences qu'il a faites pour éprouver l'exactitude de cet instrument. Ayant pesé avec tous le soin possible 8 charges de poudre d'une once chacune, et les ayant brûlées successivement dans le canon, il a reconnu que la plus grande difference des arcs de recul étoit au plus d'un 33e. Enfin il assure, et l'on peut s'en convaincre par le détail des faits rapportés dans cet ouvrage que sur plus de deux mille expériences, on n'a jamais trouvé un 30e d'erreur dans l'usage de cet instrument.

Celui que M. d'Arcy a fait construire pour mesurer les vitesses des bales, est également simple et commode, c'est une palette épaisse de fer fondée au bout d'une longue tige de même métal, et suspenduë par une lame transversle en forme de couteau sur deux paliers portés par des pilliers de pierre de taille, entre lesquels cet instrument est balancé comme une pendule. À l'extremité du couteau, c'est a dire de l'axe de suspension est fixé un index dont la pointe trace sur une plaque de cuivre enduite de vernis, des arcs de cercle que l'on mesure avec le compas pour comparer les differentes excursions de la palette produites par les impulsions des bales.

Après avoir reconnu par des expériences faites exprès et multipliées que ces instruments ne donnoient que de très petites differences dans les mesures lorsque toutes les circonstances étoient les mêmes, M[onsieu]r d'Arcy a commencé par éxaminer avec le canon suspendu les differentes forces des poudres d'usage telles que la poudre de guerre, la poudre d'Angleterre, la poudre de chasse ordinaire et la nouvelle poudre de chasse. Il trouve que leurs effets sont entr'eux comme 198, 129, 127 et 125, d'où il suit que la poudre de guerre est très supérieure aux trois autres. Cette important observation l'a engagé a faire une analyse chimique de ces mêmes poudres, pour s'assurer des doses de souffre, de salpêtre et de charbon dont elles sont composées. Ce travail a été exécuté par M[onsieu]r Beaumé M[aîtr]e apoticaire dont le savoir et la sagacité sont connus de l'Academie. M[essieu]rs d'Arcy et Beaumé ne se sont point bornés a cet éxamen, ils ont recomposé les mêmes poudres et on cherché le moyen de les rendres meilleures en faisant marier successivement la dose de chaume des trois matieres les deux autres restant les mêmes, a mesure que l'on formoit ces nouvelles compositions, on les essayoit dans le canon suspendu.

Des nombreuses expériences qui ont été faites sur ce plan, il resulté 1° que la perfection de la poudre dépend beaucoup moins de la proportion des matieres qui la composent que des moyens dont on se sert pour les unir. 2°. Que de petites différences dans les manipulations causent de plus grandes varietés dans la force des poudres que de grandes differences entre les doses de matieres dont elles sont faites. 3°. Que la bonté de la poudre dépend beaucoup du degré de ficcité qu'à la pâte lorsqu'on la met en grains. 4°. Qu'il faut triturer ensemble les trois matieres ou comencer par mêler les nitre avec le charbon, parce que le souffre fait sur le nitre une espèce de vernie qui l'empêche de se mêler avec le charbon. 5°. Qu'il faut triturer ensemble les trois matieres jusqu'à ficcité, parce qu'autrement le feu, lorsqu'on s'en sert pour secher le mélange rappelle une partie de l'humidité a la surface des grains où le nitre se cristallise alors en se séparant des deux autres matieres. 6°. Que la grosseur des grains ne fait rien a la force de la poudre. 8°. Que la meilleure poudre n'est pas comme on l'a cru celle qui salit le moins les mains. 9°. Que les charbons des bois les plus durs tels que le Gayac, et ceux des plus legers comme le liege et la moële de sureau sont également propres a faire de bonne poudre ; ils lui ont donné de très petites differences dans les épreuves qu'on en a faites. 10°. Que le sel marin nuit beaucoup a la poudre ce qu'on a reconnu par des expériences faites exprès, a mesure qu'on augmentoit la dose ajoutée de sel marin la force de la poudre étoit diminuée. 11°. Qu'on n'apporte pas assés de soin à la fabrication du salpêtre à l'arsenal ; où ce sel cristalisé en trop grosses masses a souvent des cavités remplies d'eau de nature alkaline. Le sel alkali attire fortement l'humidité de l'air et porte ce deffaut dans la poudre. 12°. Que la fabrification de la poudre pourroit être beaucoup moins dangereuse et les incendies moins frequents dans les moulins, si l'on avoit soin de purger les lessives de salpêtre, des sables et graviers qu'elles charient, M[onsieu]r Beaumé en a trouvé près de 1/2 once par cent livres de nitre, il en faut moins pour causer de grands accidents, on les previendroit en filtrant les lessives par des tamis de toile ou de crin.

L'inflammation de la poudre est elle successive ou momentanée, cette question est décidée dans l'ouvrage de M[onsieu]r d'Arcy, par une invention très ingenieuse, il a fait construire un petit canon de 7 p[ouces] de longueur éxactement cilindrique, ouvert par les deux bouts, et percé de 3 lumieres ; au lieu de boulet il plaçoit au milieu de ce canon un petit cilindre de même calibre ; c'est a dire d'un pouce et demi et de deux pouces de longueur. Ce cylindre étoit percé par le centre de part en part d'un trou cilindrique de 4 a 5 lignes de diamètre, au milieu étoit une lumiere que l'on faisoit repondre a celles du canon. Le boulet cilindrique étant placé au milieu du canon, on lui appliquoit de chaque côté deux charges égales de poudre contenuës par des bourres de papier. Lorsqu'on y mettoit le feu par le lumiere du milieu le boullet poussé en sens contraire par deux forces égales et opposées, restoit a sa place ; mais quand on mettoit le feu par une des lumieres latérales, le cilindre étoit toûjours chassé avec violence du côté opposé, ce qui demontre que la poudre a fait son effet avant que l'inflammation ait eu le tems de se communiquer d'une charge a l'autre par l'ouverture du boulet.

Pour connoître les tems de l'inflammation de la poudre M[onsieu]r d'Arcy s'est servi de solives dans lesquelles il avoit fait creuser des rainures plus ou moins profondes et qu'il faisoit poser bout a bout. Une trainée de poudre de 576 p[ie]ds de longueur sur 8 lignes de largeur et 4 de hauteur a brûlé en 75'' 1/2. Un autre de 284 p[ie]ds de même hauteur, mais de 4 lignes de largeur a brûlé en 70'' 1/2 ce qui donne le rapport de 5 a 7 dans la durée de leur inflammation. Cette même expérience a été répettée sur deux traînées de 136 p[ie]ds de long et dont les profondeur étoient comme deux a un, elle a donné le même rapport de 5 a 7.

La rainure de 4 lignes de large sur 4 de profondeur ayant été remplies de poudre et recouverte par d'autres sablieres dans une longueur de 136 p[ie]ds le temps de l'inflammation n'a été que de 7'' 1/4 au lieu de 25'' 1/2 ce qui donne une vitesse presque quadruple quoique le feu s'echappât de tous cotés entre les joints.

Dans la seconde partie de son ouvrage M[onsieu]r d'Arcy éxamine les avantages et les inconvenients des differentes matieres et des compositions dont on a fait jusqu'aà present les pièces d'artillerie. Les canons de fer fondu sont sujets a avoir des chambres dans l'épaisseur du métal, et ces chambres affoiblissent beaucoup les pièces, on n'évite cet inconvenient qu'en fondant les canons pleins, et en les forant, comme on commence a le pratiquer en France ; mais la fonte est un métal dur et cassant, on pourroit la rendre meilleure en la purgeant de l'acier qu'elle contient par des affinages reïtérés. La fonte composée de 100 parties de cuivres et de 10 livres d'étain n'est pas sans inconvenient suivant M. d'Arcy. L'étain peut être aisement dissous par l'acide de la poudre ; une piece d'artillerie peut s'echauffer assés par le service, pour tenir l'étain en fusion dans l'intérieur du métal ; M[onsieu]r d'Arcy la compare dans cet état a une eponge de cuivre remplie d'étain en fusion ; ces pieces ne durent pas longtems dans les sieges, l'acide de la poudre attaque l'étain et le détruit en peu de tems. Par là les pieces deviennent poreuses la liqueur que produit la poudre passe a travers le métal lorsqu'il est chaud, cette liqueur penètre jusqu'à la surface exterieure du canon, on dit alors que la pièce suë ; et c'est pour obvier a cet inconvénient qu'on est obligé de regler dans les sieges le nombre des coups que chque piece doit tirer par jour.

Il resulte de ces considérations, qu'il faudroit employer a faire les pieces d'artillerie, un métal dont toutes les parties fussent en état de resister également aux efforts et a l'acide de la poudre. On rempliroit ces conditions en faisant des canons de fer forgé dont les pieces seroient brasées avec du cuivre dont l'extérieur seroit recouvert de cuivre pour ne point donner de prise a la roüille. Le s[ieu]r [Annoteau] a offert de fournir par cette méthode des canons de tous calibres ; et M[onsieu]r d'Arcy préfere cette construction a toutes les autres, parce que les canons seroient plus durables et couteroient beaucoup moins a transporter, ils seroient aussi plus avantageux sur les vaisseaux en soulageant le poids des batteries basses qui ne sont que trop sujettes a être noyées.

Dans la 3e partie M[onsieu]r d'Arcy expose les expériences qu'il a faites pour déterminer les dimensions qui conviennent aux pièces d'artillerie. La premiere suite d'expériences a été faite avec un canon de fusil long de 1466 parties égales de 400 au pied de Roy, faisant 3 p[ie]ds 8 p[ouces]. On a reduit peu a peu cette longueur en retranchant a chaque fois 136 parties et l'on tiroit [avec] cette longueur 6 ou 8 coups chargés a balle contre la palette mobile ; M[onsieu]r d'Arcy a rangé dans une table les resultats de 80 expériences qu'il a faites avec ce même canon de fusil en le reduisant de 1 466 parties a 116 ; on y voyoit en comparant les vitesses moyennes de chaque coup que la vitesse de la balle a diminé constamment à mesure qu'on diminuoit la longueur du canon.

Les mêmes expériences ont été repétées avec un autre canon d'environ 6 p[ie]ds, même charge, même poids de balle, le calibre un peu moindre qu'au premier ; on les diminuoit a chaque fois de 266 parties de 400 au p[ie]d de Roy : en sorte qu'il a été réduit de 2 406 parties a 273 ; on voit dans la table des effets produits par le canon que la diminution de sa longueur produisoit constamment une diminution sensible dans la vitesse des bales.

Toutes ces expériences ont été faites avec une même charge de poudre pesant 1 1/2 gros. Toutes les bales étoient fonduës dans le même moule. Les canons étoient établis sur un treteau toujours a la même distance de la palette dont le poids étoit de 1 270 onces.

Par d'autres expériences, M[onsieu]r d'Arcy a recconnu qu'en augmentant les charges au dela d'un certain point on diminue sensiblement les vitesses des balles, ce qui l'a engagé a chercher quelle est la charge qui peut donner a la balle la plus grande vitesse dans un canon de longueur donnée. Il trouve que la charge la plus avantageuse est celle qui occupe plus du tiers et moins de la moitié de la longueur du canon : la longueur de la charge doit être a celle du canon comme 100 a 271 suivant la théorie. Le rapport trouvé par expérience s'en approche de fort près.

Enfin M[onsieu]r d'Arcy voulant déterminer la longueur du canon la plus avantageuse pour une charge donnée, a trouvé constamment qu'en augmentant cette longueur, on augmentoit la vitesse de la balle. Les coups les plus foibles d'un canon de six p[ie]ds surpassoient toûjours les coups les plus forts d'un canon de 4 avec la même charge de poudre, il faut donc dans la pratique tenir les pieces aussi longues qu'il est possible relativement a leur usage.

D'après toutes ces expériences M[onsieu]r d'Arcy a formé des tables calculées par une analyse fort simple où l'on voit qu'elle doit être la densité et la force du fluide enfermé dans chaque espèce, entre la culasse et le boulet, et agissant dans chaque partie de la longueur du canon, lorsque le ressort du fluide elastique se debande, pour repondre a chaque vitesse de la balle qu'on a trouvé par experience, ce qui lui sert a déterminer les épaisseurs que doit avoir le métal a differentes distances de la culasse.

Pour mesurer l'effet de la resistance de l'air sur les vitesses des balles, M. d'Arcy a comparé deux suites d'expériences qu'il a faites avec le canon suspendu, en tirant contre une même palette placée d'abord a la distance de 8 p[ie]ds de la bouche du canon, ensuite a la distance de 92 p[ie]ds On voit par le resultat moyen d'un grand nombre de coups que la balle perdoit un onzieme de sa vitesse, en traversant 84 p[ie]ds d'air. Partant de là M[onsieu]r d'Arcy calcule quelles seroient les differentes portées de deux boulets, dont un sortiroit de la bouche du canon avec 1 100 p[ie]ds de vitesse par seconde, l'autre avec 1 000 p[ie]ds de vitesse. Il trouve que la difference entre les portées seroit de 1/100 au plus. Or dans les expériences faites a Strasbourg en 1740 avec une pièce de 24 pour déterminer la charge de poudre qui donne au boulet la plus grande vitesse, les differences de portées se trouvent de 1/7e, d'ou il suit que la methode de portées est insufiste. pour determiner qu'elle est la vitesse du boulet en sortant de la bouche du canon.

On a regardé la resistance de l'air comme la principale cause du recul du canon, M[onsieu]r d'Arcy fait voir qu'elle y contribuë très peu et que le recul est presque entierement produit par l'effort du fluide élastique qui se debande dans la pièce ayant un point d'appuy sur la culasse. Un barometre exposé a la bouche d'un canon dans la direction de son axe n'a point changé malgré la violente commotion qu'eprouverent tous les corps aux environs. Le mercure y reste tranquile, ce canon étoit de 4 onces de balle.

M[onsieu]r d'Arcy a recherché par une analyse assés subtile et par une nouvelle suite d'expériences, dans quel rapport le recul d'un canon est augmenté, tant par la resistance de l'air que par la masse de la poudre, mais il est difficile de demêler ces quantités et d'assigner la valeur de [chanvre?] avec precision, parce que la chaleur produite dans le canon par l'inflammation de la poudre doit rendre le debandement du fluide elastique plus ou moins grand, suivant les differentes charges, et la phisique n'est point encore assés avancée pour qu'on puisse évaluer cet élément.

On voit par tout ce qui précede, que l'ouvrage de M[onsieu]r d'Arcy mérite non seulement l'approbation de l'Académie, mais aussy l'attention du gouvernement : de pareilles recherches ne peuvent être multipliées et continuées sans de grandes depenses, trop forte pour un particulier et très médiocres pour un état, relativement a l'utilité qu'on en doit attendre (PV 1760, ff. 336v-344v).
Grandjean de Fouchy délivre un certificat le 1 décembre (cf. 1 décembre 1760 (1)).

Le livre de d'Arcy sera imprimé au 17 janvier 1761 :
M. d'Arcy a presenté à l'Académie, un exemplaire imprimé de sa Théorie de l'artillerie [(Arcy 60)] (PV 1761, f. 15v).
Abréviation
  • PV : Procès-Verbaux, Archives de l'Académie des sciences, Paris.
Références
Courcelle (Olivier), « 2 juillet 1760 (1) : Clairaut rapporteur », Chronologie de la vie de Clairaut (1713-1765) [En ligne], http://www.clairaut.com/n2juillet1760po1pf.html [Notice publiée le 6 octobre 2011].