Généralités

De tout temps le problème des fortifications est intimement lié à celui de l'arme (arme contre cuirasse). On crée une première cuirasse qui résiste à une première arme. Du coup la cuirasse, fortification, entre dans la stratégie de défense et devient florissante. Puis on crée une deuxième arme qui perce la cuirasse. Cette dernière devient obsolète et la fortification est momentanément abandonnée. Puis, la technologie aidant, apparaît une nouvelle cuirasse qui résiste à la deuxième arme et la fortification renaît. etc.

Au lendemain de la guerre de 14-18, les fortifications abandonnées en début de guerre ont le vent en poupe, entre autres grâce à leur résistance victorieuse à Verdun. Aussi tous les pays vont-ils vouloir en construire, d'autant plus que les préférences de l'opinion publique penchent souvent plus vers la défense que vers l'agressivité.

Mais avant de construire du neuf on analyse les effets des armes sur l'existant. Et ces effets sont de deux types :
-pénétration des projectiles dans la maçonnerie,
-effet hopkinson.

Effet Hopkinson : le constat

2 hommes se croient bien protégés derrière une épaisse couche de béton ou d'acier. Mais tout à coup arrive un obus et les voilà tués par une grêle d'éclats sans que leur protection ne soit percée !

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Explications + avance pas à pas ?

Explications + recule pas à pas ?

Le constat est clair. On peut croire que matériels et hommes sont à l'abri, derrière une épaisseur de béton ou d'acier qu'aucun projectile ne peut percer, et il n'en est rien ! A cause des ondes produites lors du choc, même sans pénétrer, le projectile peut faire des dégâts importants de l'autre côté de l'écran -protecteur-. C'est ce qu'on appelle l'effet Hopkinson.

Rappels à propos des ondes

-Une onde qui arrive à l'interface entre 2 milieux se divise en 2 ondes : l'une, réfléchie, rebrousse chemin dans le milieu d'origine et l'autre, réfractée, se propage dans le nouveau milieu.

-Deux ondes qui se rencontrent interfèrent et les forces qu'elles véhiculent s'ajoutent vectoriellement.

Effet Hopkinson : explications

Effet Hopkinson : se protéger

Pour se protéger contre l'effet Hopkinson on peut :

- minimiser les ondes de choc en les absorbant comme avec les blindages composites des tanks actuels (et donc minimiser la formation du ménisque)

- éviter le départ du ménisque en le retenant soit avec un treillage métallique soit en doublant la face interne à protéger (en rouge ci-dessous).

Ce sont ces deux dernières solutions qui ont été retenues pour la Ligne Maginot.

Tourelle d'armes mixtes (SF Faulquemont. Bambesch Bloc 1)

Protection des cuirassements

Pour éviter le départ du ménisque on peut le retenir en doublant la face interne à protéger ou en remplaçant l'acier par des matériaux composites qui absorbent les ondes de choc. Comme ces matériaux composites n'existent pas à l'époque, la seule solution possible est le doublage de la face interne des cuirassements.

Tourelle de 75/33 de l'Agaisen (SFAM).

Le schéma de coupe verticale de cette tourelle met en évidence les 30cm d'épaisseur de sa muraille et de sa toiture (en marron) et les 4,5cm d'épaisseur de son doublage intérieur (en jaune).

Bloc 5 du Galgenberg (SF Thionville). Cloche JM (1930) au premier plan et GFM (1929) à droite. On se rend très bien compte que la GFM ne risque pas de passer inaperçue.

Le -couac- des GFM 1929, sans doublage intérieur

Les cloches GFM (Guet Fusil Mitrailleur), sont les parties les plus visibles des ouvrages de la Ligne Maginot (et l'on peut difficilement les cacher puisqu'elles servent de postes d'observation sur 360°). Aussi, lors des réunions de la CORF, dès 1929, le général Belhague s'inquiétait-il à propos de leur efficacité. En fait, il semble alors plus préoccupé par les missions multiples qu'on assignait aux GFM (observations tous azimuts et tirs, le tout avec un seul homme, faute de place) que par leur besoin de protection renforcée contre l'effet Hopkinson.

Et c'est ainsi que 1000 de ces cloches furent érigées, face à l'ennemi, sans doublage intérieur, alors que, de toute évidence, elles allaient être les premières cibles du prochain conflit ; ce qui n'a d'ailleurs pas manqué de se produire en 1940.

A décharge pour la CORF, on peut supposer que ces cloches, d'un diamètre extérieur de 1,80m tout au plus, ont été jugées assez petites pour ne pas être gravement atteintes par les tirs tendus d'une artillerie de campagne considérée comme peu précise. Mais nous n'avons trouvé aucun document probant, sur ce sujet.

GFM 1934 (type B) avec doublage intérieur

En 1934 les tirs d'artillerie ont largement gagné en précision et la protection des cloches est devenue un problème crucial que les ingénieurs du Génie ont résolu avec la mise au point d'une cloche de type B (modèle 1934). Cette dernière est intérieurement un peu plus vaste que son aînée (10cm de plus) ce qui permet de contrer l'effet Hopkinson en doublant son cuirassement par une tôle de 20mm d'épaisseur. En même temps on modifie la forme de ses créneaux pour les rendre plus résistants aux tirs tendus.

GFM type B. Four-à-Chaux B6 (SF Vosges).

Essais de 1937

Mais les cloches de type A, elles, sont déjà installées et équipées. Leur faible diamètre intérieur (1,20m), allié aux contraintes imposées par la présence des créneaux d'observation et de tir, empêchent alors de concevoir un doublage efficace et pratique.

En 1937, à l'occasion de l'installation des périscopes J2 dans les cloches d'observation auxiliaires cuirassés de type A, un projet de doublage intérieur est mis à l'étude afin de servir à la fois de support pour le J2 et de protection contre l'effet Hopkinson.

Le prototype construit est constitué d'une calotte sphérique en tôle de 20mm d'épaisseur qui prend place au dessus des créneaux. La calotte repose sur des entretoises reliées à une virole fixée à la cloche, sous les créneaux.

Installé avec difficulté en août 1937, ce prototype ne donne pas satisfaction et est abandonné. Les GFM type A resteront sans protection contre l'effet Hopkinson !

Cas des cloches JM 1930

Tout comme les GFM, les cloches JM ne sont pas doublées. Mais contrairement aux GFM elles sont enchâssées dans le béton et n'offrent que peu de prise aux tirs. Toujours est-il que, lorsqu'elles sont transformées en cloches armes mixtes, à partir de 1936, elles reçoivent alors un doublage.

Protection du béton

Profitant des expériences anglaises et allemandes, les bétons armés de la Ligne Maginot sont renforcés par deux séries d'armatures, l'une proche de l'extérieur et l'autre proche de l'intérieur, cette dernière série ayant pour rôle de retenir les ménisques.

Mais pour plus de sécurité, les faces internes des dalles et des murailles les plus exposées aux coups sont doublées par des plaques de blindage.

AC47 Simserhof à l'entrée des hommes (SF Rohrbach). Au font à droite, côté pouvant recevoir des coups, le mur est tapissé de plaques de blindage ; à gauche, côté qui vu sa situation ne peut pas recevoir de coups, il ne l'est pas.

Salle de garde du Cap-Martin (SFAM). Le mur où est installée cette goulotte à grenades est orienté face à l'Italie. Il est doublé par un ensemble de plaques de blindage de 4,5mm d'épaisseur dont, à gauche, on aperçoit quelques boulons d'ancrage. A l'emplacement de la goulotte les plaques ont été découpées au chalumeau.

Les voûtes, sous les dalles, sont aussi protégées par des plaques de blindage. Chambre de troupe à l'Abri du Bichel-Sud (SF Thionville).

B1 Bambesch (SF Faulquemont) après l'attaque allemande du 20 juin 1940. Au dessus du créneau on constate que la dalle, dont le front a été détruit, est constituée de béton armé à sa partie supérieure et à sa partie inférieure. Il n'y a pas de ferraillage au centre du béton.

Enseignements sur le béton armé

Cours Frossard

L'analyse des effets produits par l'artillerie allemande sur les fortifications de 14-18 est source d'enseignements pour les concepteurs de la Ligne Maginot.

Au lendemain de la Grande Guerre certaines interrogations relatives au béton des ouvrages fortifiés paraissent clairement exprimées dans les cours du Commandant Frossard. (En 1920 ce dernier est professeur à l'Ecole Militaire du Génie où il dispense un enseignement sur la fortification. Nommé par la suite Général de Brigade, il occupera le poste important d'inspecteur technique des travaux de fortification).

Béton armé décevant ?

Dans l'une de ses conférences il parle ainsi des effets produits sur les ouvrages par les plus gros projectiles allemands :

[-] Les locaux en maçonnerie des fortifications de Verdun, construits à des époques différentes, pouvaient se ramener aux trois types ci-dessous :
-type 1 (antérieur à 1885): maçonnerie de moellons d'une épaisseur de 1m à 1,5m à la clef, recouverte d'une couche de terre de 2 à 5m;
-type 2 (renforcement postérieur à 1885): même maçonnerie que ci-dessus, renforcée par une carapace en béton spécial de 1,5m à 2,5m d'épaisseur avec interposition d'une couche de sable de 1m d'épaisseur;
-type 3 (postérieur à 1885): locaux à piédroits en béton spécial et couverture constituée par des dalles en béton armé de 1,25m à 1,75m d'épaisseur suivant la portée [-]

Les projectiles de 380mm sont munis d'une fusée de culot sans retard; ils éclatent donc au contact d'un corps dur, en pénétrant à peine dans l'obstacle.(-). Ils détruisent naturellement les maçonneries de type 1 [-]. Sur les maçonneries de type 2 le projectile de 380mm ne produit que des effets en général superficiels : trou de 1m de profondeur.

Sur les maçonneries de type 3 ils ont produit des destructions plus profondes. Un obus de 380 a fait, dans la voûte en béton armé de 1,6m d'épaisseur du couloir des casemates de l'ouvrage de Froideterre, un entonnoir de 0,6m à 0,8m de profondeur sur 4 à 5m de diamètre [-] A l'ouvrage de Thiaumont, un obus de 380, tombé sur une dalle de 1,5m d'épaisseur, y a fait un entonnoir plus considérable entraînant la désagrégation du béton armé et la rupture de la plus grande partie des fers de l'armature [-]

A première vue donc le béton armé d'avant 1914 ne semble pas avoir été aussi performant qu'on aurait pu le croire. Et le Cdt Frossard poursuit sont discours en ce sens :

Les projectiles de 420mm sont généralement munis de fusées à long retard. Les maçonneries de type 1 sont traversées comme à l'emporte-pièce et (le freinage produit par l'obstacle n'étant pas assez rapide pour faire fonctionner le système d'amorçage) il arrive quelque fois que le projectile n'éclate pas.

Les maçonneries de type 2 sont crevées quand la carapace de béton spécial a une épaisseur inférieure à 2m. Au fort de Douaumont, la partie de la caserne qui était protégée par une carapace de 1,5m d'épaisseur a été percée en plusieurs endroits; au contraire, la partie protégée par une carapace de 2,5m a résisté à des coups isolés de 420. [-]

Les maçonneries de type 3 ne sont pas crevées si l'épaisseur des dalles est supérieure à 1,75m. [-] L'obus éclate dans les dalles; celles-ci présentent en effet à leur partie supérieure un trou de 0,7m environ de diamètre et de 0,6 à 0,7m de profondeur, puis une chambre d'éclatement dans laquelle le béton est pulvérisé et les fers détruits sur une longueur de 1,5m à 1,8m. Dans les dalles de 1,5m d'épaisseur les dernières couches de fer ont été incurvées avant d'avoir été brisées [-]

[-] Dans le béton armé qui a subi le choc d'un très gros projectile, les barres de fer sont le plus souvent complètement décapées. Il ne reste autour d'elles aucune trace de béton dans lequel elles étaient noyées. Il semble que l'armature en fer ait facilité la dislocation de la masse générale, probablement parce que les vibrations dues au choc violent et à l'éclatement du projectile se soit produite avec des intensités et des vitesses différentes dans le fer et dans le béton, amenant ainsi la séparation de ces deux matériaux [-]

Dans le béton spécial, les piédroits, voûtes ou dalles sont sectionnées la plupart du temps en gros blocs dont quelques uns mesurent parfois plus d'un demi-mètre cube, restant souvent en équilibre et évitant ainsi un écroulement total et massif.

Si l'on considère d'autre part que les épaisseurs de béton spécial ou de béton armé non traversées, par exemple par un projectile de 420, sont peu différents (plus de 2m pour le béton spécial, plus de 1,75m pour le béton armé) on peut se demander si les espérances qu'on avait fondées à ce point de vue sur l'emploi du béton armé n'ont pas été déçues et si celui-ci n'est pas condamné [-]

Nuances

Mais aussitôt après le Cdt nuance ses propos :

[-] Dans les forts de Verdun, qui, pour beaucoup, étaient des ouvrages renforcés après 1885, les carapaces en béton spécial étaient recouvertes d'une certaine épaisseur de terre et reposaient sur un matelas de sable. Ces deux circonstances ont eu pour effet, la première de ralentir la vitesse du projectile, la seconde de former un matelas élastique; elles ont eu certainement pour résultat de diminuer les effets du choc et de l'explosion sur la carapace.

Le béton armé était, au contraire, généralement réservé à des organes de surface; il était recouvert de peu de terre et ne bénéficiait pas, pour l'amortissement de vibrations, de la présence d'une couche de sable.

Il n'en est pas moins vrai que la séparation du béton des barres de fer est inquiêtante. Aussi, au cours de la guerre, les Allemands et les Anglais ont-ils construit des dalles en béton, armé seulement à la partie supérieure et à la partie inférieure. Les armatures de la partie supérieure sont destinées à diminuer la pénétration du projectile dans la dalle avant son éclatement; les armatures de la partie inférieure doivent s'opposer au détachement des ménisques [-]

Il est intéressant de constater que dès la fin de la Grande Guerre, avant même que les observations relatives aux effets destructeurs des projectiles allemands n'aient été toutes analysées, avant même que des expériences ne soient venues compléter ces observations, les remarques -à chaud- sur le comportement du béton préfigurent déjà ce que vont être les futures casemates de la Ligne Maginot : des blocs de béton épais à deux couches d'armatures (face interne et face externe). La couche interne protège contre l'effet Hopkinson.

Il est aussi intéressant de constater que, semble-t-il, les Anglais et les Allemands ont pris conscience du phénomène avant les français.

Munitions à effet Hopkinson

Ici nous ne sommes plus dans le cadre de la Ligne Maginot !

Après 1945 les britanniques mettent au point des projectiles à effet d'écrasement HESH (High Explosive Squash Head) destinés à produire un effet Hopkinson renforcé sur les blindages.

Comme la dimension du ménisque dépend de la surface d'attaque du projectile, tout ce qui augmente cette surface est susceptible d'accentuer l'effet Hopkinson.

Ecrasement

Plus la tête du projectile s'écrase et s'étale sur sa cible, plus le ménisque détaché est important. Aussi la munition HESH agit-elle en deux temps :

1er temps : la tête de l'obus s'écrase et s'étale

2ème temps : la charge explose (sur la tête bien étalée)

Incidence

Un tir sous incidence augmentant la surface de contact entre l'explosif et le blindage. Il améliore donc les performance du projectile !

D'après le Colonel Roland Gras, qui nous a documenté, les études en situation montrent que l'angle d'incidence optimal est de 40° (à partir de 60° les risques de ricochet réduisent fortement l'efficacité des HESH).

Didacticiel. Protection contre l'effet Hopkinson sur la Ligne Maginot

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