La deuxième plus importante des inventions de Nobel fut la dynamite, en 1867. Il a inventé ce nom à partir du grec dynamis, « puissance ». La base de l’invention était sa découverte que le kieselguhr, une terre siliceuse poreuse, absorberait de grandes quantités de nitroglycérine, donnant un produit beaucoup plus sûr à manipuler et plus facile à utiliser que la nitroglycérine seule.
La dynamite n° 1, comme l’appelait Nobel, était composée de 75 % de nitroglycérine et de 25 % de guhr. Peu de temps après son invention, Nobel s’est rendu compte que le guhr, une substance inerte, non seulement ne contribuait en rien à la puissance de l’explosif, mais qu’en fait, il y nuisait car il absorbait la chaleur qui aurait autrement amélioré l’action de l’explosion. Il s’est donc tourné vers des ingrédients actifs tels que la pulpe de bois comme absorbant et le nitrate de sodium comme agent oxydant. En variant la proportion de nitroglycérine dans ces « dopes », comme on les appelait, Nobel a non seulement amélioré l’efficacité de la dynamite, mais il a également pu la préparer en différentes concentrations, appelées dynamites droites. Ainsi, une dynamite droite à 40 % contenait 40 % de nitroglycérine et 60 % de dope.
Nobel a breveté l’utilisation de principes actifs dans la dynamite en 1869. Cependant, plusieurs autres personnes ont obtenu des brevets similaires à peu près au même moment, et le résultat a été que personne n’a pu établir une revendication claire de l’invention.
La contribution remarquable suivante de Nobel a été son invention des dynamites gélatineuses en 1875. Une légende raconte qu’il s’est blessé à un doigt et qu’il a utilisé du collodion, une solution de nitrocellulose à teneur relativement faible en azote dans un mélange d’éther et d’alcool, pour recouvrir la blessure. Plus tard, incapable de dormir à cause de la douleur, Nobel se rendit au laboratoire pour découvrir quel effet le collodion aurait sur la nitroglycérine. À sa grande satisfaction, il constate qu’après évaporation des solvants, il reste une matière plastique résistante. Il a découvert qu’il pouvait reproduire ce phénomène en ajoutant directement 7 à 8 % de nitrocoton de type collodion à la nitroglycérine et que des quantités moindres de nitrocoton diminuaient la viscosité et lui permettaient d’ajouter d’autres ingrédients actifs. Il a appelé le matériau original la gélatine de dynamitage et les mélanges de dope les dynamites de gélatine. Les principaux avantages de ces produits étaient leur grande résistance à l’eau et leur puissance d’explosion supérieure à celle des dynamites comparables. Cette puissance supplémentaire résultait de la combinaison d’une densité plus élevée et d’un degré de plasticité qui permettait le remplissage complet du trou de sonde (le trou qui était foré dans la veine de charbon ou ailleurs pour l’implantation de l’explosif).
La première fabrication à grande échelle de nitroglycérine aux États-Unis est attribuée à George Mowbray, un chimiste de grande compétence qui avait suivi avec grand intérêt les travaux de Sobrero et d’autres en Europe. Mowbray publia une annonce proposant de fournir de la nitroglycérine. Il a ensuite été invité à en fabriquer pour l’achèvement du tunnel Hoosac à North Adams, dans le Massachusetts. L’usine de Mowbray a été construite près de North Adams à la fin de l’année 1867. La plupart de ses produits étaient destinés au tunnel, mais une quantité importante était expédiée, congelée, dans tout l’est des États-Unis et au Canada. La nitroglycérine pure, relativement insensible sous forme congelée, gèle à environ 11° C (52° F) et est, par conséquent, facile à conserver congelée en l’emballant dans de la glace. Avant de fermer son usine en raison de difficultés liées aux brevets, Mowbray a fabriqué environ 450 000 kilogrammes (1 000 000 de livres) de nitroglycérine sans accident ni dans la fabrication ni dans l’expédition.
L’une des premières grandes utilisations de la nitroglycérine aux États-Unis a été le dynamitage des puits de pétrole pour augmenter le débit du pétrole. Dans ce pays, E.A.L. Roberts a obtenu un brevet couvrant ce procédé et a ensuite acquis le droit de fabriquer et d’utiliser la nitroglycérine dans le cadre des brevets Nobel. Théoriquement, cela lui donnait un monopole sur le tir des puits de pétrole, et sa société dominait le domaine, mais beaucoup de ses concurrents ignoraient ses droits de brevet.
Après 1883, l’utilisation de la nitroglycérine était, à quelques exceptions peu importantes près, limitée au tir des puits de pétrole. Ces dernières années, des moyens plus efficaces ont été développés pour augmenter le débit de pétrole. La nitroglycérine est encore utilisée occasionnellement parce qu’elle est plus économique dans les petits puits.
Trois tunnels se distinguent comme des points de repère dans l’histoire de l’utilisation des explosifs : le premier est le Mont Cenis, un tunnel ferroviaire de 13 kilomètres (8 milles) percé à travers les Alpes entre la France et l’Italie en 1857-71, beaucoup le plus grand travail de construction avec de la poudre noire jusqu’à cette époque ; le deuxième est le tunnel de 6.4 kilomètres (4-mile) de Hoosac, également un projet ferroviaire, au cours de la construction duquel (1855-66) la nitroglycérine a remplacé pour la première fois la poudre noire dans les constructions à grande échelle ; le troisième est le tunnel de développement de la mine de Sutro au Nevada (1864-74) où le passage de la nitroglycérine à la dynamite pour ce type de travaux a commencé.
Nitrate d’ammonium
Après les dynamites droites et les gélatines, le prochain progrès important de la dynamite fut la substitution du nitrate d’ammonium à une partie de la nitroglycérine pour donner un produit plus sûr et moins coûteux. L’utilisation du nitrate d’ammonium dans les explosifs avait été brevetée par d’autres en Suède en 1867, mais c’est Nobel qui a fait le succès des nouvelles « extra dynamites » en concevant des gélatines contenant de 20 à 60 % de nitrate d’ammonium.
Pendant la période 1867-84, de nombreuses personnes ont travaillé à la mise au point de mélanges de nitrate d’ammonium non gélatineux, mais rien de valable n’en est résulté, en grande partie parce que le nitrate d’ammonium est trop hygroscopique, c’est-à-dire qu’il capte trop facilement l’humidité. En 1885, l’Américain R.S. Penniman a trouvé une solution au problème en enrobant le nitrate d’ammonium d’un petit pourcentage de paraffine, ou d’une substance similaire, avant de l’utiliser. Grâce à ce développement, une série de dynamites à l’ammoniac devint rapidement populaire. L’enrobage a été abandonné lorsque d’autres moyens plus sûrs ont été développés pour gérer le problème de l’humidité.
Tous les grands pays d’exploitation souterraine du charbon ont des explosifs et des réglementations similaires. Aux États-Unis, les explosifs qui ont été approuvés par le Bureau des mines des États-Unis pour être utilisés dans les mines de charbon souterraines sont appelés permissibles. En plus de passer les tests de sécurité du Bureau, ces explosifs doivent être utilisés d’une manière spécifiée par le Bureau. En Angleterre, les explosifs sont appelés permissibles ; en France, explosifs antigrisouteux ; en Belgique, explosifs S. G. P. (sécurité, grisou, poussière) ; et en Allemagne, schlagwettersichere Sprengstoffe. Presque sans exception, l’ingrédient principal de ces explosifs est le nitrate d’ammonium, choisi en raison de sa faible température d’explosion, et presque tous contiennent un agent de refroidissement tel que le chlorure de sodium (sel commun) ou le chlorure d’ammonium pour empêcher la chaleur de leur explosion dans une mine d’enflammer les gaz souterrains tels que le méthane, ou une combinaison de ceux-ci et de poussière de charbon, et de provoquer un incendie ou une explosion secondaire désastreuse. Le sensibilisateur est généralement une petite quantité de nitroglycérine, mais dans certains cas, il s’agit de TNT, le trinitrotoluène (dont nous parlerons plus tard) ; par exemple, on dit qu’un admissible russe typique serait composé de 68 pour cent de nitrate d’ammonium, 10 de TNT, 20 de chlorure de sodium et 2 d’écorce en poudre.
Lorsque l’ammoniac synthétique est devenu moins cher en raison des améliorations apportées à la fabrication et d’un changement de matière première, du charbon au gaz naturel, l’industrie des explosifs a concentré ses efforts sur la substitution du nitrate d’ammonium à la nitroglycérine. Deux produits importants étaient (1) les dynamites à l’ammoniac de faible densité et (2) les semigélatines. Avant leur développement, la densité de la plupart des dynamites était à peu près la même et était assez élevée. La force était modifiée dans les différentes qualités en variant la quantité d’explosifs utilisés. Le nouveau concept consistait à employer la formule la plus forte possible, avec un minimum de nitroglycérine et un maximum de nitrate d’ammonium, et à la diluer systématiquement avec des ingrédients appropriés de faible densité tels que la bagasse (la pulpe restant après l’extraction du sucre de la canne), de sorte qu’un bâton du nouveau produit donnait la même action explosive qu’un bâton de l’ancien. Cela permettait à l’utilisateur de réaliser une économie substantielle car le coût par bâton du nouveau produit était beaucoup plus faible.
La seule différence entre les dynamites à l’ammoniac de faible densité et les semigélatines est que ces dernières sont partiellement gélatinisées grâce à l’utilisation de nitrocellulose et à une teneur plus élevée en nitroglycérine. Cette gélatinisation permet d’obtenir une bonne résistance à l’eau et un degré de plasticité souhaitable pour le chargement des trous avant le dynamitage.
Des moyens existent pour obtenir une résistance à l’eau modérée dans les dynamites à l’ammoniac sans recourir à la gélatinisation de la nitroglycérine. Les plus courants impliquent l’utilisation d’agents hydrofuges, tels que le stéarate de calcium, et d’ingrédients formant un gel aqueux à la surface de la dynamite qui ralentit la pénétration ultérieure de l’eau. Des exemples de ces derniers sont les produits à base d’amidon prégélatinisé et la farine de seigle.
Dynamite à faible point de congélation
Les tentatives pour réduire le point de congélation de la nitroglycérine ont commencé peu après que les Nobels l’aient introduite commercialement. La dynamite congelée est très peu sensible, parfois au point de ne pas donner un rendement fiable, et elle est difficile à utiliser, car elle ne peut pas être perforée pour l’insertion d’un bouchon de dynamitage ou fendue et tamponnée dans un trou de forage. Par conséquent, la quasi-totalité du matériau devait être décongelé pour être utilisé, et les méthodes de décongélation imprudentes ont causé de nombreux accidents. Ce n’est qu’en 1907 qu’une procédure raisonnablement efficace de production de dynamite à faible taux de congélation a été mise au point. Il s’agissait d’ajouter 20 à 25 % d’isomères liquides (molécules de formule identique mais de structure différente) de TNT à la nitroglycérine. Celle-ci fut remplacée pendant une courte période par une solution nitrée de sucre dans la glycérine. En 1911, on a découvert un moyen pratique de fabriquer de la diglycérine (un polymère de glycérine). Son produit de nitration, la tétranitrodiglycérine, mélangé à la nitroglycérine, réduisait sensiblement son point de congélation.
La solution ultime au problème de congélation a été trouvée en 1925, lorsque l’éthylène glycol synthétique est devenu disponible. Les propriétés explosives du dinitrate d’éthylène glycol sont pratiquement identiques à celles de la nitroglycérine, et ses qualités de congélation sont extrêmement bonnes. De la dynamite contenant un mélange de celle-ci et de nitroglycérine a été stockée à l’air libre à Point Barrow, en Alaska, pendant quatre ans sans geler.