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Travaux dirigés (corrigé, 2/3)

high-chancellor-r-jLe 11 septembre dernier, nous prenions connaissance du scénario proposé par Stan Lee Kubitainer pour le prochain épisode de son thriller politico-fantastique. Il y a une semaine, nous lisions la première partie des commentaires de son conseiller scientifique Dimitri Stahleier. Voici la suite de ses remarques, concernant la possibilité pratique de l’existence d’un ANUS réellement opérationnel à la base du BHL. Question pas tout à fait évidente qui méritait analyse.


3. La destruction du BHL par l’ANUS

Même si, à ma connaissance, ce mode de destruction de bâtiments n’a pas encore été expérimenté sur Terre, notre expérience plutôt vaste des essais nucléaires souterrains nous permet assez facilement de comprendre comment il se déroulerait, et quelles conséquences visibles il entraînerait. On peut se baser par exemple sur le classique The Effects of Nuclear Weapons, aujourd’hui en circulation libre sur internet.

Les essais nucléaires furent d’abord atmosphériques, puis souterrains, pour des raisons de “confidentialité” plus que de protection de l’environnement, vous vous en doutez. Mais dans les essais souterrains, il existe une gradation, depuis les essais profonds qui ne produisent en surface aucun effet visible – à part un petit séisme – jusqu’à ceux qui éjectent une quantité importante de gravats dans l’atmosphère et laissent un cratère au point se situant à la verticale du lieu de l’explosion, que les militaires américains nomment traditionnellement Ground Zero. Il y a même eu en Union Soviétique, dans le cadre du programme “Explosions Nucléaires pour l’Économie Nationale”, de nombreuses explosions nucléaires souterraines civiles, une des plus célèbres étant le tir “Chagan” réalisé le 15 janvier 1965 pour créer un lac dans un but d’irrigation. Néanmoins, ce n’est évidemment pas avec ce genre de tir peu profond qu’on peut réaliser, en pleine ville, une destruction “propre” d’un gratte-ciel ; il faut régler finement la profondeur et la puissance afin de n’obtenir que l’effet désiré (l’effondrement d’un bâtiment) et pas la destruction de tout le quartier voire de la ville entière…

Voyons comment cela est possible. Reprenons d’abord les termes mêmes du livre cité ci-dessus, dans le chapitre 2 intitulé Descriptions of Nuclear Explosions, et intéressons-nous plus précisément aux explosions souterraines profondes (Deep Underground Explosion Phenomena, paragraphe 2.101). Tout d’abord, la définition de cette classification :

A deep underground explosion is one occurring at such a depth that the effects are essentially fully contained. The surface above the detonation point may be disturbed, e.g., by the formation of a shallow subsidence crater or a mound, and ground tremors may be detected at distance.

Ce qu’on peut traduire par :

Une explosion nucléaire souterraine est dite profonde si elle se produit à une profondeur telle que ses effets sont pour l’essentiel entièrement contenus. La surface à la verticale du point de détonation peut être perturbée, par exemple par la formation d’un cratère d’affaissement peu profond ou d’un monticule, et des secousses sismiques peuvent être détectées à distance.

L’explosion produit plusieurs effets sur des échelles de temps différentes, comme l’explique le paragraphe 2.102 :

First, the explosion energy is released in less than one-millionth part of a second, i.e, less than one microsecond. As a result, the pressure in the hot gas bubble formed will rise to several million atmospheres and the temperature will reach about a million degrees within a few microseconds. In the second (hydrodynamic) stage, which generally is a few tenths of a second duration, the high pressure of the hot gases initiates a strong shock wave which breaks away and expands in all directions with a velocity equal to or greater than the speed of sound in the rock medium. During the hydrodynamic phase, the hot gases continue to expand, although more slowly than initially, and form a cavity of substantial size. At the end of this phase the cavity will have attained its maximum diameter and its walls will be lined with molten rock. The shock wave will have reached a distance of some hundreds of feet ahead of the cavity and it will have crushed or fractured much of the rock in the region it has traversed. The shock wave will continue to expand and decrease in strength eventually becoming the “head” (or leading wave) of a train of seismic waves. During the third stage, the cavity will cool and the molten rock material will collect and solidify at the bottom of the cavity.

Traduction :

D’abord, l’énergie de l’explosion est relâchée en moins d’un millionième de seconde, c’est-à-dire moins d’une microseconde. En conséquence, la pression dans la bulle de gaz chauds qui se forme [NdT : il s’agit plutôt d’un plasma] va augmenter jusqu’à plusieurs millions d’atmosphères et la température atteindre environ un million de degrés en quelques microsecondes. Dans la seconde phase (hydrodynamique), qui dure généralement quelques dixièmes de seconde, la haute pression des gaz chauds est à l’origine d’une puissante onde de choc qui se propage dans toutes les directions avec une vitesse égale ou supérieure à la vitesse du son dans la roche. Durant la phase hydrodynamique, les gaz chauds continuent de se dilater, bien que moins rapidement qu’initialement, et forment une cavité de taille substantielle. À la fin de cette phase la cavité aura atteint son diamètre maximum et ses parois seront recouvertes de roche fondue. L’onde de choc aura parcouru une distance de quelques centaines de pieds [NdT : 100 pieds = 30,5 m] à partir de la cavité et aura pulvérisé ou fracturé une grande partie de la roche qu’elle a traversé. L’onde de choc va continuer à se propager et décroître en intensité, devenant finalement la “tête” (ou onde maîtresse) d’un train d’ondes sismiques. Durant la troisième phase, la cavité va se refroidir et la roche fondue va se rassembler et se solidifier au bas de la cavité.

Mais c’est encore le paragraphe suivant (2.103, p. 62) qui présente pour nous le plus grand intérêt :

Finally, the gas pressure in the cavity decreases to the point when it can no longer support the overburden. Then, in a matter of seconds to hours,  the roof falls in and this is followed by progressive collapse of the overlying rocks. A tall cylinder, commonly referred to as a “chimney”, filled with broken rock or rubble is thus formed (fig. 2.103). If the top of the chimney does not reach the ground surface, an empty space, roughly equivalent to the cavity volume, will remain at the top of the chimney. However, if the collapse of the chimney material should reach the surface, the ground will sink into to the empty space thereby forming a subsidence crater (see fig. 6.06f). The collapse of the roof and the formation of the chimney represented the fourth (and last) phase of the underground explosion.

Traduction :

fig-2-103Finalement, la pression des gaz dans la cavité décroît jusqu’au point où elle ne peut plus supporter la surcharge. Alors, dans l’espace de quelques secondes jusqu’à plusieurs heures, le toit s’écroule et ceci est suivi de l’effondrement progressif des roches qui le recouvrent. Un grand cylindre, habituellement appelé “cheminée”, rempli de roches brisées ou de gravats est ainsi formé (fig. 2.103). Si le haut de la cheminée n’atteint pas la surface du sol, un espace vide, à peu près égal au volume de la cavité, va rester en haut de la cheminée. Cependant, si l’effondrement du matériau de la cheminée atteint la surface, le sol va s’enfoncer dans cet espace vide et former ainsi un cratère d’affaissement (voir fig. 6.06f). L’effondrement du toit et la formation de la cheminée constituaient la quatrième (et dernière) phase de l’explosion souterraine.

fig-6-106

Différents types d’explosions nucléaires et leurs effets dans le sol (le cas qui nous intéresse est le f).
Les zones grisées sont constituées de débris.

On voit ici que si la profondeur et la puissance de la bombe sont soigneusement calculées, il est possible de détruire assez “proprement” un gratte-ciel, et même de faire disparaître la plupart des matériaux le constituant dans le sol. Cela nécessite toutefois quelques ajustements par rapport aux explications ci-dessus.

Si le livre ne parle que des explosions nucléaires dans le sol, il n’est pas très difficile d’en extrapoler ce qui se passerait pour une explosion située juste sous un gratte-ciel. Comme vous l’avez compris, juste après l’explosion et avant que ne se forme une cavité de volume important, l’onde de choc créée par les pressions énormes détruit la roche, très finement d’abord puis en la fracturant de façon de moins en moins importante au fur et à mesure qu’on s’éloigne du centre de l’explosion. Comme pour toute onde, la surpression qui atteint la matière est suivie par une dépression, les intensités des deux étant reliées ; et c’est la dépression qui tend à rompre les matériaux. Dans le cas d’une explosion nucléaire, cette variation de pression est si forte et brutale qu’on peut considérer en bonne approximation tous les matériaux à peu près équivalents, qu’ils soient fragiles ou non : ainsi, l’acier des gratte-ciel se retrouvera pulvérisé comme de la roche, même si son comportement “ordinaire” témoigne d’une certaine plasticité pour les grandes déformations. Il est même probable que des substances molles comme celles des corps humains occupant les gratte-ciel, si l’onde parvient à les traverser par un mécanisme de conduction quelconque, se retrouvent également finement broyées.

Il est important ici de comprendre que pour produire une destruction réussie, l’onde doit monter le plus haut possible dans le gratte-ciel (idéalement jusqu’en haut) afin de le fragiliser, à la manière d’un château de sable asséché. Ceci se produit en un temps de l’ordre du dixième de seconde, puisque l’onde se propage au moins à la vitesse du son dans la matière ; à titre d’exemple, la vitesse du son dans l’acier est d’environ 5000 m/s, bien supérieure à celle dans l’air (340 m/s). Cela nous donne 1/10ème de seconde pour parcourir un gratte-ciel de 500 m. Pour des bâtiments particulièrement hauts, il se peut que la partie supérieure ne soit pas atteinte (500 m font tout de même 1640 pieds !), car il est toujours nécessaire de maintenir l’explosion à un niveau de puissance suffisamment bas pour que le sol lui-même, en dehors de l’empreinte du bâtiment, ne soit pas visuellement affecté. La roche peut y être fragilisée, cela n’a pas d’importance ; mais il est exclu que la cavité débouche en surface !

Après avoir été traversé par l’onde, le bâtiment est alors d’apparence inchangée, mais dans un état “métastable” : il suffira de peu de chose pour qu’il s’effondre. En l’occurrence, ce sera l’effondrement du toit de la cavité après refroidissement suffisant de celle-ci, et chute correspondante de la pression des gaz, qui engloutira les fondations et amorcera donc l’effondrement. Comme précisé dans le livre, ceci peut survenir dans un délai très variable après l’explosion (les auteurs parlent de quelques secondes à plusieurs heures), il est donc difficile d’en dire plus ; mais il est certain que le bâtiment ne peut pas s’effondrer au moment même de l’explosion, où il est seulement (en un dixième de seconde environ) “prédécoupé”, voire “pulvérisé” – mais en gardant sa forme – pour certaines parties basses. La structure interne du bâtiment sera alors engloutie dans ce qui peut être comparé à un cratère de volcan en activité tant les températures y seront élevées ; mais un cratère invisible en surface. Sous l’action de la gravité, le bâtiment s’effondrera alors en produisant de grandes quantités de poussière, dues à la destruction par l’onde de choc. Si le gratte-ciel est très haut, et que la partie supérieure n’a pas été suffisamment fragilisée par l’onde de choc, celle-ci pourra tomber en bloc, au moins au début de la chute ; mais à la fin il n’en restera pas grand-chose de toute façon. Et il est certain que l’état général des ruines restantes, véritable tableau de fin du monde, n’incitera personne à s’étonner de ne pas y retrouver d’éléments identifiables des faux aéronefs.

À suivre : les conséquences visibles de l’explosion de l’ANUS…

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3 commentaires sur “Travaux dirigés (corrigé, 2/3)

  1. Bonjour, … et j’en suis désolé mais cet envoi risque d’être un peux long.
    Tout d’abord en guise de préambule, un petit commentaire sur la partie 1/3 de ce TD. Il n’était bien sur qu’un “amuse-gueule” et mon commentaire n’en aura que moins d’importance. Mais bon, juste pour rire :
    Il est une erreur classique , et tout particulièrement chez les personnes de formation scientifique, de penser qu’un scénario qui aborde peux ou proue des domaines “technologico-scientifiques”, ce doit d’épouser au plus prés les théories et autres dogmes de la science pour donner un bon film. Cela est n’est pas exact, ce qui est important ici, et après une bonne histoire, c’est la cohérence interne a celle-ci : on peux parfaitement inventer de nouveaux concepts au début de la narration pour peux qu’on les respectent jusqu’au bout. Ces temps-ci l’exemple le plus utilisé par ces mêmes amis scientifiques pour illustrer leurs affirmation, est le film, au reste fort beau, “Gravity”. Cela me laisse perplexe, dans la mesure ou les deux événements principaux justifiant toute l’histoire sont tout bonnement stupides : la vitesse de rotation des débris est supérieure a la vitesse minimum de libération (ou inférieur, mais quoiqu’il en soit l’explosion d’un objet satellisé fabrique des débris qui n’ont plus, par définition, la “bonne” vitesse) , et la mort (la chute ?!) de J. Clooney emporté par son élan, alors qu’il est satellisé et reste accroché par un câble, me poussent a envisager (mais je vois le mâle partout) que ce serait plutôt la présence de S. Bullock qui ferait office de “caution scientifique” auprès de mes camarades garçons…. cette dernière réflexion ne faisant qu’assez peux rire leurs compagnes.
    Bon j’avais promis d’être long et l’on ne saurait me reprocher de ne pas tenir mes engagements, car enfin c’est seulement maintenant que je vais rentrer dans le vif du sujet …
    C’est la troisième fois que j’envisage hypothèse du tir nucléaire souterrain. La première fut assez tôt après le 11 sept. 2001, faute de pouvoir me résoudre a accepter la théorie officielle. La seconde c’est a vous que je la doit, lorsque j’ai eu compris que la voie du nucléaire était celle que vous choisissiez et nous sommes maintenant à la La troisième. Je confesse avoir du mal a accepter cette solution pour les raisons suivantes :

    – La formation d’un cratère de surface, après explosion, et du a l’effondrement de la cavité interne créé par la charge nucléaire au moment de sa mise en action, ne peut arriver que si la surface elle même a été suffisamment “concassée” et détruite. C’est une destruction assez “élastique”, puisque le sol reprend plus ou moins sa configuration initiale (si il est suffisamment meuble) mais il reste fortement impacté par l’onde de choc, et cela se voit et se ressent au moment de l’explosion, ce qui n’a pas semblé être le cas le 11/09.
    – Ce cratère doit, comme vous le signalez, rester dans les limites “dimensionnelle” de l’empreinte au sol du bâtiment a détruire. A titre d’exemple un charge d’environ 1Kt (soit quelque chose d’assez faible) donnerait (si l’on en croit les infos a se sujet) une cavité d’environ 25 mètres de diamètre, et donc un cratère idoine. Sauf qu’une telle charge (enfouie a priori entre 400 et 600 mètres) a peux de chance de générer une onde de choc susceptible de détruire un gratte ciel de 500 mètres, tout en le laissant sur sa base dans un état “métastable”.
    – Au reste, et si tel était le cas, trois nouvelles questions viendraient a se poser : d’une part, non seulement le choc serait sensible au sol, mais également sur la mer, assez proche, un peux a l’image des essais a Mururoa dans le lagon (je sais enceinte quasi close). Et d’autre part, nous avons a faire face ici a plusieurs bâtiments assez proche (200 mètres environ ?) et l’explosion de la première charge devrait, il me semble, affecter les capacité de contrôle de la seconde. Enfin, “prés-fragmenter” une telle construction sans que cela soit perçut dans ses parties basses au plus proche du point initiale, me laisse perplexe.
    – Par ailleurs, en imaginant que tout ce dispositif fonctionne, n’aurions nous pas assisté a un effondrement des buildings sur eux même, en commençant par ces mêmes parties basses et non pas par le haut comme constaté ?
    – Pour conclure (momentanément bien sur) quelques interrogations me viennent en vrac : quid des coulées de métal fondus que l’on voit apparaître il me semble (mais je me fourvoie peut être) aux étages supérieurs a l’endroit de l’impact ? Si l’idée de l’explosion nucléaire souterraine semble résoudre un partie du problème de la préparation il reste tout de même a creuser des galeries profondes, en partant de loin, et en posant les installation juste a l’aplomb des buildings ? des micro charges (inférieures à 0,1 Kt), posées en grappes et synchronisées, ne seraient elle pas une réponse a une partie des interrogation que je vient de soulever ?

    en bon esprit grincheux (sisi je me connais) Il reste a mes yeux un gros soucis tout de même : la conception, la fabrication, le transport et l’usage d’armes nucléaires restent l’apanage de grandes puissances, possédant une logistique complexe et évoluée. Je sais bien que sur le net les “””spécialistes””” des armes nucléaires sont flores, et que l’on a tôt fait de nous dire que telle explosion est le fruit d’une bombe A,ou H, et telle autre celui d’une arme a neutron rapides, mais bon j’entend resté circonspect en ces espèces de choses.
    En revanche pouvoir discuter de cela avec un physicien est une chose rare, et j’ai hâte de vous lire.
    Bon voila, j’ai été long …

    1. Ne vous excusez pas d’être long, l’important est d’être pertinent !

      Vous avez raison pour la première partie : on peut inventer de nouveaux concepts, des lois physiques qui n’existent pas, pourvu qu’on s’y tienne de façon rigoureuse… mais c’est en général plus difficile que respecter les lois existantes, pour lesquelles on a tout de même une certaine expérience. Cela dit le concept de la série est plus politique que fantastique, d’où une certaine économie d’imagination à proprement parler scientifique.

      Vous semblez tenir à ce que je parle du 11-Septembre… permettez-moi de vous faire remarquer que cet article n’en parle pas ! Serait-ce parce que j’ai publié le scénario le 11 septembre dernier ? Comme je vous vois hausser les épaules et tirer vers le bas votre paupière droite avec l’index, je vous répondrai que l’abstraction est une étape essentielle en sciences, et que comme l’étymologie l’indique, s’abstraire c’est être capable de se tenir à distance d’une réalité sensible pour redonner à la pensée – et à la raison en particulier – toute sa liberté et toute sa puissance. Na !

      De toute façon, une bonne partie de vos questions trouveront réponses, je pense, dans les derniers commentaires de Dimitri que vous lirez dimanche prochain. Je n’anticiperai donc pas dessus. Mais concernant vos interrogations sur le 11-Septembre, je remarque que vous faites une erreur en disant que l’effondrement “commence par le haut” : qu’en savez-vous ? Tout ce que vous avez vu c’est l’extérieur du bâtiment… Les tours jumelles avaient une structure comparable à celle d’un câble coaxial, avec un cœur central supportant environ la moitié de la charge statique et les façades latérales l’autre moitié. Entre les deux, de grands plateaux pour faire des bureaux open space. Si le cœur central est englouti à sa base dans un trou sous le bâtiment, bien évidemment tout ce qui se trouve au-dessus suit. Or c’est bien l’antenne sommitale, liée à ce cœur, qui descend la première sur les vidéos d’effondrement de la tour nord… un peu d’abstraction, que diable !

      Enfin, je note surtout – pour revenir à la série politico-fantastique – que vous n’avez pas saisi un aspect essentiel du scénario : c’est bien la province d’Akirema elle-même qui fournit la bombe de l’ANUS, puisque le dispositif était en place dès la construction du BHL (la bombe elle-même pas nécessairement stockée sur place, mais en tout cas tout était prévu pour une mise en place facile le moment venu). Or Akirema est la province la plus puissante de l’Empire, elle a donc accès sans aucun doute à cette technologie. C’est d’ailleurs un aspect qui avait marqué Dimitri Stahleier (point 2, dans la première partie de ses remarques) et qu’il avait qualifié de “génial”.

      Pour le reste, attendons la suite… mais vous avez raison, 1 kt est une puissance assez faible, et certainement pas suffisante pour faire tomber un gros gratte-ciel.

      1. Détrompez vous, je ne hausse aucune épaule et n’abaisse aucune paupière … et j’avais un argument imparable pour rentrer de plein pied dans le vif d’un propos qui me semblait sous-tendre le votre : la flemme.
        La gymnastique intellectuelle nécessaire a la mise en questions concrètes de ce qui parfois n’est qu’une impression de dysfonctionnement de la théorie, a du mobiliser l’ensemble de mes capacités hier soir, et c’est volontairement que j’ai “zappé” une “remise en forme” pour mieux coller à la fiction…. pardon à l’abstraction.
        L’idée de l’antenne s’affaissant en premier comme élément démonstratif d’une rupture de la structure interne est assez habile, et je regrette de ne pas l’avoir eue (mais dorénavant je m’en attribuerai la paternité auprès de mes amis !!!)
        Enfin 1Kt est une puissance trop faible pour détruire un tel bâtiment (dans les conditions énoncées), en revanche c’est je pense suffisant pour initier son effondrement. Une charge plus forte (j’ai grossièrement envisagé dans un premier temps entre 1,25 et 5kt max) risquerait de générer un cratère dépassant l’empreinte au sol du building… mais nous verrons tout cela dimanche prochain bien sur.

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