TPBalistique
Lavictimeaététuéeparunearmeàfeu.Desimpactsdeballeetquelquesdouillesontétéretrouvéssurlascènedecrime,desballesontmêmeétéretrouvéesdansunmur.Onseproposededéterminerletyped’armeutilisé,derechercherd’éventuelsrésidusdetirsurdessuspectsetdedéterminerlapositiondutireur.
Quelquesdonnéespréalables:commentfonctionneunearmeàfeu?
Recherchedocumentaire:voirsite
Complétezcesschémas:
1èreétape:identifierl’armedutireur
Pouridentifierl’armequiatiré,ilestnécessaired’étudierlesmunitions(douillesetballes)
retrouvéessurlascènedecrime.
1. Etudedeladouille
Quelquesexemplesdedouilles
Pourdéterminerlescaractéristiquesd’unedouille,onpeut:
Mesurer,grâceaupalmer,lediamètredeladouille(quel'onappelleaussilecalibredel'arme).
Mesurerlahauteurdeladouilleaupiedàcoulisse.
[unemêmedésignationdecalibrepeutcorrespondreàdesarmesdetypesdifférents,ilestparfoissuividelalongueurdeladouille(etnonpasdelaballe)enmm.Exemple:lecalibre9X19signifiediamètre=9mmetdouilledelongueur=19mm.]
Aidesur:
Déterminerlamassedeladouilleaveclabalance.
Utiliseruneloupepourlirelesinscriptionsquisontgravéessurladouille.
Etudedesdouillesretrouvées
mesure / unitéDiamètre(calibre)
Longueur
Masse
Inscriptions
Les caractéristiques de différentes douilles et des armes qui leur sont associées sontdisponiblessurlesitesuivant:
2. Etudedelaballe
Ils’agiticidemontrerquel’étuded’uneballepeutpermettred’identifierl’armequil’atiréemaiscetteidentificationn’apasétéréaliséeaulycée.Ilseraittoutefoisenvisageabledelefaire,enutilisantparexempledesphotosdedifférentesballes(surlesquelleslesrayuresducanonseraientvisibles)etdesarmesquileursontassociées(cesphotospourraientparexempleêtreobtenuesauprèsd’unstanddetir).
- Alaloupebinoculaire,observezuneballetiréeparunearme:queremarquez-vous?
- Lacompositiondelaballejustifie-t-ellecesobservations?Pourquoi?
-Regardezlavidéopriseparunecameraàhautevitesseetexpliquezenquoilesobservationsréaliséesprécédemmentpeuventpermettred’identifierl’armequiatirélaballe.?v=otpFNL3yem4
2èmeétape:«identification»dutireur
Al’issuedeprécédentesinvestigations,plusieursindividussontsuspectésd’avoirtiré.L’étudedesrésidusdetirpeutpermettredesefaireuneidéedel’identitédutireur.
Quelquesdonnéessurlesrésidusdetir
Compositionchimiquedelamunition:
Balleouogive:ComposéedePlombavec1-2%d’Antimoine(Sb).
DouilleouEtui:HabituellementcomposédeLaiton(Cu-Zn).
Amorce:C'estunsystèmedemiseàfeudelacharge.Lacompositionestgénéralementde:Styphnate
dePlomb(explosif),NitratedeBaryum(comburant),Sulfured’Antimoine(combustible).
Poudre:Composésorganiques(Nitrocelluloseparexemple).
Lacombustiondescomposantsdel'amorcevaprovoquerlaformationprincipalementd'oxydes,sulfuresetselsoxydésassociés,dePlomb(Pb),Baryum(Ba),Antimoine(Sb).
Onappellerésidusdetir,lesparticulescomposéesdedeuxoutroisdeceséléments.
Poursavoirsiunindividuportedesrésidusdetir,ilfauteffectuerunprélèvement,àl’aided’untamponnoiroud’uncoton-tige(parunepersonnehabilitéedanslaréalité),surlesmainsdelapersonnesuspectéed’avoirfaitusaged’unearmeàfeu.Onpeutégalementrechercherdesrésidusdetirsurdesvêtementsappartenantaususpect.
Protocolederecherchederésidusdetir:
Passer2cotons-tigeshumidifiés(avecdel’eaudistillée)surunobjetsaisichezlesuspect
(habit,gant…).
Glisserlescotons-tigeschacundansuntubeàessais.
Ajouter3gouttesd’acidenitrique(pourtransformerlesatomesdeBaetPbenionsBa2+ et
Pb2+).
Testerlaprésencedes2ionsaveclesréactifsindiqués.
Remuerlasolutionetobserver.
IonBaryumBa2+ / Réactif:solutiondesulfatedesodium(1mL)Onobtientunprécipitéblanc.
IonPlombPb2+ / Réactif :solutiond’ioduredepotassium(1mL)
Onobtientunprécipitéjaune.
Remarques:
L’ajoutd’acidenitrique(trèsdilué!!)estpurementsymboliquecarlesgantsouleshabitsdususpectontététrempésdansunesolutionsaturéedenitratedeplombetdenitratedebaryum:lesionssontdéjàprésents.Maisdanslaréalitéleplombetlebaryumsontsousformeatomiquedesulfureoud’oxydesetl’actiondel’acidenitriquelestransformeenions.
Laprésencederésidusd’untirsurlesmainsd’unepersonneneprouveabsolumentpasqu’ellearéellementréaliséletir.Cettepersonnepourra:
avoirfaitusagedel’armeavant,pendantouaprèsletirenmanipulantl’arme,
s’êtretrouvéeàproximitédutireuretdoncêtrecontaminéeparlenuagedefumée,
avoir touché un objet ou un vêtement contaminé par des résidusprovenantd’untir.
Matérielpourlarecherchedesrésidusdetir
3èmeétape:déterminationdelapositiondutireur
Ilestpossibledetravaillersurladéterminationdelatrajectoiredesballesetdoncdelapositiondutireur.Acourtedistancelatrajectoired’uneballepeutêtreconsidéréecommerectiligne.OnpeutdonclamodéliserpardesLASER.
Surlascèneducrime,uneballeamanquésacibleetestfichéedanslemur(1)etuneautreatouchélavictime(2)etl’atraverséepouralleraussidanslemur(3).Latroisièmeballe(mortelle)estrestéedanslecorpsdelavictime.Cespointsdetrajectoiredesballessontmodélisésdanslasalleetsurlemannequin.
Ils’agiticid’utiliserdesLASERpoursimulerlatrajectoiredesballesdelascènedecrimeetdéterminerlapositiondutireur(distanceaveclavictime,hauteurdel’armeparrapportausol):
Protocole:
LeLASER1estdéjàrégléendirectiondelaballe 1,àvousdepositionnerleLASER2pourentirerlesconclusions.
Positiondutireurparrapportàlavictime:______Hauteurdel’arme:______
DispositifLASER
57FameckLStExuperyINNO2011-2-18 PASINancy-Metz 6
Quelquespistessupplémentaires
Ilestégalementpossibledes’intéresserauprocessuschimique,ayantlieuàl’intérieurdeladouille,quipermetàlaballed’acquérirunevitesseélevéeensortantducanondel’arme,ainsiqu’àl’importancedecettevitessesurlesdégâtsinfligésàlacible.
Etudedumélangecontenudansunedouille
Cf.schémad’unemunitionlégendéprécédemment.
Lorsquel’onappuiesurladétentedel’armeetquel'amorcedelamunitionéclate,laflammeintensecrééeparlemélanged'amorçageremplitl'intérieurdeladouilleetallumelachargedepoudreaugrandcomplet.Lapressionengendréeparlacombustiondelapoudreetlaformationdegazvalancerlaballedanslecanonavecunevitesseconséquente(environ350m/s).
OnpeutmodéliserlapoudreparunmélangedechloratedepotassiumKClO3 etdesoufreS(mélangesetrouvantdanslespétards).Laréactionpeutêtreamorcéeparuncoupportésèchementsurlemélangeavecunmarteau.
Protocole:
Surunefeuilledepapier,mélangerexactement2,5gdeKClO3 et1,0gdeS(lechloratedepotassiumetlesoufresontmélangésdoucementavec2feuillesdepapier).Quandlacouleurestuniforme,lemélangeestbon.
Partagerenpaquetsde0,5genviron,etplacercesdernierssurunsocle(solcarreléouplaquemétallique).
Tasseravecunmarteau,puistaperfranchementd'unehauteurde10cmenviron,bienàplat.
Onentendunbruitcaractéristiquedespétards.
Ilseformeduchloruredepotassiumetdudioxydedesoufreselonlaréaction:
2KClO3(s) + 3S(s) → 2KCl(s) + 3SO2(g)
Onamènelesélèvesàcomprendrequelebruitestdûàlafortevariationdepressiondesgazformés,quel’onpeutcalculerdansleparagraphesuivant.
C'estlaformationdedioxydedesoufreSO2etlavariationdepressiondansladouillequiestàl’originedusonémis.
On fait calculerlevolumedelaballeenm3
puis lapressiondesgazdansladouilleen
appliquantlaformuledesgazparfaits.
P=
-...... onassimileladouilleàuncylindre,Vreprésentesonvolumeenm3,V=2,84·10–6m3
-...... on
admetquelatempératuredesgazestconstantelorsdelaréactionetégaleàlatempératurede1000°Csoit1273,15K(températureapproximative lorsdelacombustiond’unmélangechlorate-soufredansunpétard).Latempératureréelleestapproximativepuisqu’ilnenousestpaspossiblededéterminerlatempératuredesgazlorsdelaréaction,lebutétantd’avoirunordredegrandeurdelapression.
Source:
-...... laformuleestdonnéedanslamesureoùlaquantitédematièren’apasencoreétéabordée.
Aveclesmassesinitialeslemélangeeststœchiométrique,ilseforme3,00·10-2
moldeSO2.
Enappliquantlaformule,ontrouveP=1,12·108Pasoitunordredegrandeurde
108Pa.
LesélèvescomparentcettepressionPàlapressiondel'airdanslasalleenladivisantparlapressiondel’airdanslasallePsalle=1,013·105Pa.
Lebutestdeleurfairecomprendrequelapressioncrééeesttrèsimportante,doncquelaforcedepressionexercéesurlaballeval’êtreégalementcequidonneraunevitesseimportanteàlaballelorsdesonéjectionducanon.
Des expériencescomplémentairessur lesforces pressantes peuventêtreréaliséespourétablirlaformuleP=F·S–1.
Remarques:
Lamajoritédespoudrescommercialespourarmesportativessontcomposéessoitdenitrocellulose(poudresàsimplebase),soitd'unmélangedenitrocelluloseetdenitroglycérine(poudresàdoublebase).
Ilexisteungrandnombredetypesdepoudre,ellessonthabituellementdécritesparlaformedeleursgrains,sphériques,enbâtonnetouenflocons.Chaquepoudreprésenteuntauxdecombustioncaractéristiqueetlapressionàl’intérieurdelachambrepeutvarier.
Sources:
Vitesse,énergiedelaballeetdégâtsinfligésàlacible
Touteslesformules,sauflapremière,sontdonnéessansjustificationetlesrésultatssontarrondisàl’entier.
Pourdesraisonsdesimplificationdescalculs,onconsidèrequesurladistanceétudiée,latrajectoiredelaballeestrectiligneetquelevecteurvitesseinitialesthorizontal.
OnsupposequelaballequisortducanonaunevitesseV0≈350m·s–1.OncalculeletempsmispouratteindrelacibledistantedeL,enappliquantlaformulet= L
V0
distanceL(m) / t(s)1 / 0,0029
2 / 0,0058
3 / 0,0087
4 / 0,0116
5 / 0,0145
6 / 0,0174
Onfaitensuitecalculerlavitessedelaballelorsqu'elletouchesacibleenappliquantlaformule
V
distanceL(m) / t(s) / V(m/s)1 / 0,0029 / ≈350
2 / 0,0058 / ≈350
3 / 0,0087 / ≈350
4 / 0,0116 / ≈350
5 / 0,0145 / ≈350
6 / 0,0174 / ≈350
Les élèves comprennent qu’à petites distances (de l’ordre deslongueursdelasalle),lavitessen’estpasmodifiée,puisoncalculel’énergiecinétiquedelaballe:
1 –1
EC=2·Mballe·V²avecMmassedelaballeenkgetVsavitesseenm·s
distanceL(m) / t(s) / V(m/s) / E(Joules)1 / 0,0029 / 350 / 490
2 / 0,0058 / 350 / 490
3 / 0,0087 / 350 / 490
4 / 0,0116 / 350 / 490
5 / 0,0145 / 350 / 490
6 / 0,0174 / 350 / 490
Onpeutcomparer,parexemple,l’énergietrouvéeàcelled’unebouledepétanquede0,8kgquitomberaitd’unehauteurde1m:sonénergiecinétiqueseraitd’environ8J(égaleàsonénergiepotentielledepesanteurinitiale,sionnégligelesactionsdel’air).
A titre de comparaison, on fait calculer par proportionnalité de quelle hauteur devraittomberlaboulepouracquérirl’énergiedelaballeàsasortieducanon:lesélèvestrouvent
assezfacilement61m(onlesaideenleurdisantqu’énergieethauteursontproportionnelles).
Remarques:
...... On peutaisémentcomprendrequelaballeacréédeslésionscertainementirréversibles(hémorragieinterne,transpercementd’unpoumon….)lorsdesonentréedanslecorpsdelavictime,lésionsquiontpuconduireaudécèsdelavictime.
...... Onpourraitenvisagerdecalculerlarésistanceàlaruptured’uneartèredeporc,pourtrouverunordredegrandeurdecetterésistance.Celapermettraitainsidecomparercetterésistanceàla force exercée par la balle lorsqu’elle atteint sa cible. Nos essais se sont révélésinfructueux,lamanipulationestàoptimiser.