Projet ANR-12-ASTR-0041 – ANDROMEDE : Analyse Nanoseconde en Détonique par Réseaux Optiques dans les Matériaux Energétiques de DEfense
Programme : Accompagnement spécifique des travaux de recherches et d’innovation Défense (ASTRID) 2012
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur Alexandre LEFRANCOIS (Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives - Direction des applications militaires)
Partenaires : Divers privé; Laboratoire d'Intégration des Systèmes et des Technologies; HERAKLES
Montant : 217893.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 36 mois
Résumé : La compréhension des phénomènes transitoires réactifs est fondamentale pour l’emploi des matériaux énergétiques en termes de sécurité et de performances.
Les instrumentations conventionnelles (aiguilles à contact, jauges électromagnétiques multibrins pour les mesures de vitesses et jauges piézo-résistives pour les mesures de contraintes) fournissent des mesures ponctuelles dans l'espace. L'utilisation de fibres optiques (fibres percées, interféromètres Doppler fibrés (IDF), réseaux de Bragg) offre une faible intrusivité, une totale immunité électromagnétique et une excellente résolution spatiale notamment pour des mesures réparties.
Le projet ANDROMEDE (Analyse Nanoseconde en Détonique par Réseaux Optiques dans les Matériaux Energétiques de DEfense) incluant le CEA LIST, le CEA Gramat et SME (Groupe SAFRAN), positionné en recherche fondamentale, vise à étendre la capacité des mesures dynamiques par réseaux de Bragg avec l’apport de la spectrométrie. Le CEA LIST et le CEA Gramat disposent déjà d'un retour d'expérience sur la mesure de vitesses de détonation par réseaux de Bragg. L'ambition du projet ANDROMEDE est d'établir la faisabilité d'une mesure  des distributions de vitesses et de pressions sous choc et du profil de courbure de l’onde de choc. Pour cela, deux dispositifs optoélectroniques de résolution spatiale sub-millimétrique (un lecteur Bragg multivoies (5 voies) et un spectromètre ultra-rapide) seront développés et testés sur des configurations expérimentales adaptées.
L’objectif du projet ANDROMEDE est de révéler ces phénomènes transitoires par l'emploi d'un capteur de type réseau de Bragg photo-inscrit dans une fibre optique en silice (Fiber Bragg Grating) et intégré au sein même d’un assemblage explosif ou inerte. Les fibres optiques en silice envisagées présentent un seuil de rupture fragile sous choc de l’ordre de 16 GPa. L’utilisation d’une telle fibre permettra d’accéder à la pression pour des contraintes inférieures à ce seuil par une mesure du décalage spectral lié au "pic de choc" correspondant à la portion de réseau sous choc. L'évolution au cours du temps de la largeur du maintien du choc peut aussi être déduite de l'intégrale spectrale de ce pic et la vitesse de choc peut aussi être estimée. Au-delà de 16 GPa, il y a rupture de la fibre, la célérité de l’onde réactive est déduite d’une méthode "potentiométrique", consistant à relier l'amplitude du signal laser réfléchi à la position du front de choc en fonction du temps via un abaque position-longueur d'onde. L’implantation de plusieurs fibres en parallèle, dans la section de l'explosif, permettra d’accéder à la courbure de l’onde.
Ce nouveau capteur vient en rupture technologique par rapport aux capteurs habituellement utilisés en métrologie dynamique.
Le projet ANDROMEDE vise à fournir une nouvelle brique technologique utilisable pour améliorer la compréhension des phénomènes transitoires dans les matériaux énergétiques, et pour mieux caractériser les seuils réactifs par le suivi de l’évolution des grandeurs physiques en continu, permettant notamment un meilleur dimensionnement des systèmes d’amorçage, des relais de détonation et des chargements principaux.
De plus, ce projet s'inscrit dans la tendance actuelle de développements de technologies avancées en spectrométrie.
Le potentiel d’utilisation dans le domaine civil du savoir-faire acquis sera examiné par une étude prospective. Plusieurs axes de valorisation seront considérés, l’instrumentation de maquettes ou d’éprouvettes destinées à évaluer la tenue des structures industrielles aux sollicitations dynamiques, la caractérisation de Transition Combustion-Déflagration-Détonation (TCoDD) dans des conteneurs de produits pulvérulents et des propergols et l’étude des mécanismes d’explosion de gaz et de poussières.