Brevet FR2443397A1 — publié le 19800704

L'invention concerne des structures résistant à des attaques localisées et convenant à l'emmagasinage de matières dangereuses, par exemple des explosifs. Les 1,attaques" peuvent être accidentelles ou volontaires. Par exemple, la structure peut faire l'objet de chocs produits par un projectile dirigé volontairement vers elle et de faibles dimensions par rapport à cette structure, ou bien par un fragment de projectile de plus grande dimension, résultant d'un choc de ce projectile sur une autre structure ou d'une explosion accidentelle.Pour éviter la répétition de l'expression "projectile ou fragment", ces corps seront désignés ci-après par le terme général de "projectile1,. Dans tous les cas, un projectile susceptible de pénétrer dans la structure est normalement sensiblement plus petit que cette structure et exerce sur cette dernière un effort localisé. L'invention concerne en particulier, mais non exclusivement, des structures résistant aux effets de l'attaque par des projectiles ayant une dimension transversale maximale d'environ 100 mm, c'est-à-dire la dimension maximale du trou devant être réalisé dans la structure pour permettre au projectile de la traverser. I1 est bien connu d'utiliser un "blindage composite" Four arrêter les projectiles. I1 existe actuellement de nombreux types de ces blindages destinés à protéger des structures et des machines, par exemple des hélicoptères et des véhicules légers à moteur, ainsi que le personnel ("armure corporelle"). En général, ces dispositifs comprennent des "tuiles", c'est-à-dire des éléments séparés, disposés côte à côte de manière à former une couche. Les tuiles localisent les effets des chocs sur la structure et améliorent la souplesse de cette dernière, ce qui est particulièrement important dans le cas d'une armure corporelle. Cependant, un blindage ou une armure de toute conception donnée présente toujours un pouvoir d'arrêt maximal pouvant être dépassé par des projectiles de grande énergie. Dans le cas où le blindage concerné est utilisé pour la protection de matières dangereuses, par exemple des explosifs, les effets d'une pénétration locale d'un projectile dans ce blindage peuvent être catastrophiques. L'invention a donc pour objet non seulement d'assurer une certaine protection contre la pénétration d'un projectile dans une structure, mais également de contenir au moins partiellement les effets de cette pénétration dans le cas où elle se produit. Il est également bien connu d'utiliser des structures auto-obturantes pour le stockage de matières dangereuses telles que des carburants d'aviation, et on a suggéré de mettre en place des poches auto-obturantes, contenant un fluide de refroidissement, autour de conteneurs de propulseurs (comme décrit, par exemple, dans le brevet britannique N" 1 121 521). Cependant, les types connus de structures auto-obturantes sont généralement conçus pour empêcher la mise à feu d'une matière dangereuse, de sorte que ces structures ne sont conçues que pour résister à des pressions intérieures prédéterminées par rapport à celles rencontrées en service normal. On suppose donc généralement que si la matière dangereuse s'enflamme, elle risque d'exploser, auquel cas il est en général insignifiant d'essayer de contenir les produits d'explosion. Il n'existe pas de structures connues conçues pour les produits de combustion de matières combustibles, mais non explosives. L'invention concerne donc en particulier des récipients pour combustibles brûlant sans exploser ou pouvant être maîtrisés de manière à brûler sans explosion. La vitesse de combustion de ces matières peut cependant être élevée, comme c'est le cas, par exemple, d'un propulseur solide. La matière peut également avoir une vitesse de combustion qui varie suivant les circonstances, par exemple une vitesse de combustion qui augmente avec la pression et qui peut conduire à un risque d'explosion. Dans ce cas, des moyens auxiliaires, n'entrant pas dans le cadre de l'invention, peuvent être mis en oeuvre pour influer sur la vitesse de combustion afin de la maintenir dans des valeurs répondant aux possibilités nominales du récipient. Le récipient selon l'invention utilise des matières plastiques armées de fibres qui, pour plus de commodité, seront désignées ci-après par l'expression "matières composites". L'invention concerne donc un récipient destiné à l'emmagasinage d'une matière dangereuse et dont la paroi ou au moins une paroi présente une stratification unitaire comprenant une couche intérieure relativement rigide, en matière plastique armée de fibres, et une couche extérieure en élastomère. Les parois du récipient sont donc telles que, dans le cas où elles sont traversées localement par un projectile, il est nécessaire à ce dernier de passer à travers l'élas- tomère avant de traverser la matière composite. Les couches stratifiées peuvent ensuite retenir le contenu (par exemple des produits de combustion) du récipient en raison de la tendance à l'auto-obturation de l'élastomère. Les termes "intérieur" et "extérieur" sont utilisés dans le présent mémoire dans un sens relatif signifiant que la matière composite comprend au moins une couche plus proche de l'intérieur du récipient qu'au moins une couche d'élastomère. Ils ne signifient pas nécessairement qu'il existe une couche intérieure de matière composite et une couche extérieure d'élastomère. L'expression "couche relativement rigide" désigne une couche pouvant se maintenir d'elle-même dans une forme prédéterminée et pouvant donc constituer un support ferme, de forme prédéterminée, pour la couche d'élastomère. Il est possible de disposer une couche de matière compressible, par exemple de mousse de matière plastique, entre l'élastomère et la matière composite, afin de permettre à l'élastomère de fléchirsousl'action d'un projectile en cours de pénétration, alors que la matière composite constitue un support qui limite le degré d'élasticité demandé à l'élastomère. Il n'est pas nécessaire que le récipient selon l'invention retienne la totalité de son contenu après que sa paroi a été traversée. Certaines fuites peuvent être acceptables, pourvu qu'elles restent au-dessous d'un niveau prédéterminé qui dépend des conditions d'utilisation. Il est préférable qu'au moins deux couches relativement rigides de matière composite entrent dans la constitution des parois et que ladite couche d'élastomère soit disposée entre ces deux couches. Cependant, l'élastomère ne constitue pas nécessairement la seule matière comprise entre les couches de matière composite. Par exemple, une couche compressible peut être disposée entre ces deux couches, comme décrit précédemment. La matière plastique est de préférence une résine thermodurcissable non cassante. Elle peut comprendre des additifs améliorant sa flexibilité. On peut ainsi obtenir un effet de "retour élastique" des couches après qu'elles ont été traversées par un projectile, ce qui améliore les propriétés d'auto-obturation de la structure. Il n'est pas nécessaire que la même matière plastique constitue toutes les couches compo- sites. L'armature de fibres comprend de préférence un ou plusieurs éléments fibreux allongés, d'un type pouvant être bobiné à l'intérieur de la structure. Chaque élément peut être un filament continu ou l'une des pièces communément appelées torons, fils, filés et mèches. L'élément doit avoir la plus grande résistance possible à la traction, cette résistance devant cependant être compatible avec d'autres propriétés demandées qui dépendent des conditions d'utilisation et de la conception détaillée de l'appareil. Un module de traction très élevé, par exemple celui caractérisant les fibres récentes telles que les fibres de carbone et de bore, est généralement indésirable, car il s'accompagne d'une diminution de la dureté des couches, cette dernière caractéristique étant liée à l'aptitude desdites couches à s'opposer à la pénétration d'un projectile. Des fibres convenables comprennent des fibres de verre et des fibres de polyamide du type commercialisé sous le nom de "KEVLAR". Il n'est pas nécessaire que toutes les couches composites aient la même armature de fibres. Chaque couche composite est de préférence continue plutôt que constituée d'éléments séparés tels que des tuiles. Chaque couche est avantageusement tubulaire et, de préférence, de section droite à peu près annulaire. Des couches tubulaires peuvent être produites par bobinage de l'armature de fibres. Ceci améliore sensiblement la tenue du récipient comme conteneurs résistant à une pression interne après la mise à feu du combustible qu'il contient. L'élastomère peut être d'un type utilisé dans des inhibiteurs de combustion pour propulseurs de moteur-fusée et dans des revêtements de carters de moteur-fusée. L'élastomère doit pouvoir "revenir" après avoir été traverse par un projectile afin de fermer au moins partiellement le trou formé par ce dernier. Un élastomère convenable est un polyéthylènechlorosulfoné, par exemple celui commercialisé sous le nom de "HYPALON". L'élastomère peut contenir des additifs améliorant une ou plusieurs de ses caractéristiques de résistance au feu, d'isolation thermique et de "retour élastique". Il peut également comprendre des charges de renfort ou autres, y compris des armatures fibreuses. Il est préférable d'utiliser plusieurs couches d'élastomère, bien qu'il ne soit pas nécessaire que toutes les couches soient constituées du même élastomère. En outre, chacune de ces couches est de préférence disposée entre des couches relativement rigides, mais il n'est pas nécessaire que toutes les couches relativement rigides soient en matière composite. La paroi ou les parois peuvent comprendre une ou plusieurs couches de métal, par exemple d'acier. Une couche métallique tubulaire peut être obtenue par enroulement d'une bande de métal. Lorsqu'une couche métallique est utilisée, il est préférable qu'elle soit placée à l'extérieur, car elle peut ainsi émousser tout projectile avant que ce dernier agisse sur les couches de matière composite qui constituent le moyen principal d'arrêt des projectiles.Il n'est pas nécessaire qu'une couche métallique extérieure recouvre directement une couche d'élastomère, la couche métallique pouvant être appliquée directement sur une couche rigide de matière composite. Des matières autres que le métal peuvent être utilisées pour former une couche extérieure émoussant les projectiles, et il n'est pas nécessaire que cette couche soit continue, car elle n'est pas essentielle à l'utilisation du récipient comme conteneur résistant à la pression. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure unique est une coupe transversale d'un récipient tubulaire réalisé selon l'invention. Le récipient représenté peut être utilisé comme conteneur de stockage de charges propulsives (non représentées). Des plaques convenables d'extrémité (non représentées) sont fixées sur les extrémités ouvertes du récipient représenté. Le conteneur peut être conçu ou peut ne pas être conçu pour contenir un fluide destiné à refroidir le propulseur en feu qu'il contient. Le récipient représenté sur la figure comprend cinq couches, à savoir Couche Matière 10 matière plastique armée de fibre de verre 12 élastomère 14 matière plastique armée de fibre de verre 16 élastomère 18 matière plastique armée de fibre de verre Le récipient tubulaire peut être réalisé par enroulement en hélice sur un mandrin convenable, la fibre de verre se présentant sous la forme de filaments ou de mèches tissés et l'élastomère se présentant sous la forme d'une bande. La couche intérieure 10 est une couche relativement mince de revêtement qui facilite l'enlèvement du récipient du mandrin tout en constituant, pour la couche suivante 12, un soutien suffisant pour empêcher une pièce d'élastomère d'être transpercée par un projectile traversant le récipient. Les fibres de cette couche 10 se présentent sous la forme de mèches tissées. Le tissage augmente la tendance des fibres à revenir vers leur position normale dans le cas où la paroi du tube est traversée par un fragment en cours d'utilisation, et ceci améliore l'effet d'auto-obturation, car la matière plastique, lors de son mouvement de retour, tend à entrainer avec elle l'élas- tomère. L'élastomère constituant la couche 12 est du type utilisé comme inhibiteur de combustion ou pour la formation de revêtementsisolantsdisposés à l'intérieur de la chambre de combustion d'un moteur-fusée à combustible solide. La couche 12 assume une double fonction. En effet, elle constitue une isolation thermique, résistant à la chaleur et protégeant la couche 14 afin que cette dernière ne soit pas soumise à la totalité des effets thermiques résultant d'un incendie du propulseur à l'intérieur du conteneur. Elle assume également la fonction d'une couche 11auto-obturante", pouvant être traversée par un projectile, mais revenant dans sa position précédente après le passage du projectile, afin de refermer, au moins partiellement, le trou formé par ce dernier.L'élastomère préféré est un polyéthylène chlorosulfoné Les fibres de verre contenues dans les couches 14 et 18 se présentent sous la forme de filaments, alors que l'élastomère de la couche 16 est analogue à celui de la couche 12. La couche 14 donne en particulier à la structure une cohérence lui permettant de résister à'la pression régnant à l'intérieur du conteneur après que le propulseur a été mis à feu, mais dans le cas où certaines fibres ont été rompues au moment de la pénétration de la paroi. Cette couche absorbe également une grande partie de l'énergie de tout projectile la traversant et elle supporte la couche 16 d'élastomère. Cette dernière fonctionne de la même manière que la couche 12 en protégeant la couche 14 contre les incendies extérieurs. En outre, dans le cas où la paroi est atteinte de plusieurs coups et qu'un projectile se loge dans la couche 12, la couche 16 constitue au moins une couche auto-obturante si un autre projectile traverse le conteneur et met à feu le propulseur. La couche 18 est une couche dure, relativement rigide, qui tend à briser tout fragment l'atteignant. Dans de nombreux cas, elle suffit à arrêter la pénétration des projectiles dans la paroi du tube. Dans tous les cas, la couche extérieure 18 absorbe une grande partie de l'énergie des projectiles. Dans le cas où un projectile frappe le conteneur, la couche 16 reçoit l'effort localisé de la couche extérieure 18 et le répartit sur une surface relativement importante de la couche relativement rigide 14. L'effet de répartition de la charge produit par la couche 16 peut être perçu par l'observation du décollement de cette couche. L'application d'une charge a pour effet de rompre la liaison formée entre la couche 16 et la couche 14 et il en résulte une décoloration visible. On a noté qu'un trou relativement petit, réalisé dans la couche extérieure 18, peut être associé à une zone relativement grande de décoloration. L'utilisation de matière plastique armée de fibres pour constituer les couches 14 et 18 a pour autre avantage que le passage du projectile à travers les couches 14 et 18 ne provoque pas d'étincelles ni d'autres élévations localisées de température pouvant autrement élever les risques d'inflammation du propulseur. Il est préférable que la masse de matière plastique soit constituée d'une résine thermodurcissable d'un type relativement flexible. Des additifs augmentant la flexibilité peuvent être introduits dans la composition. Une résine convenable comprend un mélange de résine époxy et de résine polyamide auquel des additifs convenables sont ajoutés afin d'en augmenter la flexibilité. Les filaments préférés sont à base de fibres de verre et l'angle d'enroulement peut être d'environ 60e Il est apparu qu'une couche extérieure d'acier accroit sensiblement l'aptitude d'une structure de ce type à arrêter un projectile.Une telle couche, représentée sous la référence numérique 20 en trait pointillé sur la figure, peut être obtenue par enroulement d'une bande d'acier sur la structure de base, par exemple par la mise en oeuvre du procédé décrit dans le brevet britannique N" 747 194. Il est préférable que l'acier soit un acier à grande résistance à la traction, par exemple un acier du type utilisé pour les blindages. Le nombre de couches entrant dans une structure donnée, l'épaisseur de chaque couche et la nature de la matière constituant chaque couche dépendent des critères demandés d'utilisation. Cependant, il est considéré comme souhaitable que la couche intérieure (représentée en 10 sur la figure) ait une épaisseur d'au moins 1 mm afin de supporter convenablement la couche adjacente en élastomère pendant la pénétration d'un projectile et pendant le retour élastique.On a établi qu'une structure, telle que celle représentée en trait plein sur la figure, dans laquelle chaque couche d'élastomère a une épaisseur comprise entre environ 4 et S mm, par exemple une épaisseur de 4,5 mm, peut assurer l'étanchéité pour la plupart des produits de combustion d'un propulseur dans le cas d'une inflammation de ce dernier à l'intérieur du conteneur de stockage lorsque celui-ci est attaqué par des fragments de 20 mm, même lorsque le conteneur ne contient pas de fluide de refroidissement. Les couches armées de fibres de verre peuvent avoir sensiblement la même épaisseur que les couches d'élastomère ou peuvent être plus épaisses, suivant les critères demandés en ce qui concerne le pouvoir d'arrêt et l'aptitude à supporter une pression interne.Lorsque le conteneur est conçu pour contenir un fluide de refroidissement, il est apparu possible de n'utiliser qu'une seule couche d'élastomère fixée entre deux couches de matière plastique armée de fibres de verre. De plus, l'épaisseur de la couche d'élastomère peut être réduite à une valeur comprise entre environ 2 et 2,5 mm, sans que disparaissent les propriétés d'auto-obturation convenables permettant de maintenir le fluide de refroidissement à l'intérieur du conteneur pendant un temps suffisant pour éviter l'incendie. Des conteneurs ayant un diamètre intérieur d'environ 300 mm ont été essayés et ont donné satisfaction. L'accroissement du pouvoir d'arrêt résultant de l'utilisation d'une couche extérieure d'acier a été démontré au coursdtessaiscomparatifsconsistant à attaquer (au, moyen de fragments simulés ayant sensiblement la même dimension) a) une structure de base comprenant une couche d'élastomère d'environ 2,5 mm d'épaisseur, fixée entre une couche de matière plastique armée de fibres de verre et ayant une épaisseur de 1 mm et une couche de matière plastique également armée de fibres de verre et ayant une épaisseur de 19,0 mm ; b) cette structure de base entourée d'une bande d'acier à grande résistance à la traction, enroulée de manière à former jusqu'à 10 couches ayant chacune une épaisseur de 0,25 mm. Les essais ont montré que la vitesse des fragments demandée pour que ces derniers traversent à chaque fois des structures du type (b) est sensiblement plus grande que celle demandée pour la traversée de structures du type (a). I1 va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au récipient décrit et représenté. Par exemple chacune des couches d'élastomère ou l'une quelconque des couches d'élastomère peut être doublée d'une couche de mousse de matière plastique ménageant un espace supplémentaire dans lequel l'élastomère peut "fléchir" et s'ouvrir sous l'action d'un projectile, ce qui réduit le risque de perforation d'une partie en élastomère par ce projectile. I1 est évident que les éléments préférés, cités précédemment, ne sont indiqués qu'à titre d'exemple. I1 n'est pas essentiel que le récipient ait une forme tubulaire. Des panneaux, découpés dans une boite de section carrée, formée par bobinage, ont montré des propriétés d'arrêt des projectiles et d'auto-obturation analogues aux précédentes. Ces panneaux peuvent également être obtenus par pressage de couches convenablement disposées dans un moule. Il convient de noter que, dans toutes les formes de réalisation décrites en regard de la figure, les couches se présentent sous la forme d'une structure unitaire résultant principalement du procédé de fabrication adopté. Des moyens de fixation, par exemple un adhésif, peuvent également être mis en oeuvre pour relier les couches entre elles si cela est souhaité, ou bien les couches peuvent ne pas être reliées les unes aux autres, pourvu qu'elles conservent leur position à l'intérieur de la structure. REVENDICATIONS 1. Récipient pour matières dangereuses, caractérisé en ce que la paroi ou au moins une des parois de ce récipient est constituée d'une stratification comprenant une couche intérieure relativement rigide, en matière plastique armée de fibres et une couche extérieure en élastomère. 2. Récipient selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche en élastomère est maintenue entre la couche intérieure, relativement rigide, en matière plastique armée de fibres et une seconde couche relativement rigide. 3. Récipient selon la revendication 2, caractérisé en ce que la seconde couche est une couche de matière plastique armée de verre. 4. Récipient selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la stratification comprend plusieurs couches d'élastomère alternant avec des couches relativement rigides en matière plastique armée de fibres. 5. Récipient selon la revendication 4, caractérisé en ce que la stratification comprend deux couches d'élastomère disposées entre trois couches relativement rigides, en matière plastique armée de fibres. 6. Récipient selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la stratification comprend une couche extérieure en métal. 7. Récipient selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou chaque couche relativement rigide, en matière plastique armée de fibres, est constituée d'un ou plusieurs filaments bobinés et noyés dans la matière plastique. 8. Récipient selon la revendication 7, caractérisé en ce que les filaments se présentent sous la forme d'une mèche pouvant etre tissée ou non. 9. Récipient selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fibres sont en verre ou en polyamide. 10. Récipient selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la matière plastique est une matière plastique thermodurcissable, relativement non cassante. 11. Récipient selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élastomère est un polyéthylène chlorosulfoné. 12. Récipient selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une couche de matière aisément compressible, disposée entre la ou une couche intérieure relativement rigide et la ou une couche extérieure adjacente en élastomère. 13. Récipient selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il se présente sensiblement sous la forme d'un tube fermé à ses deux extrémités dont au moins l'une comporte un couvercle amovible. 14. Récipient selon la revendication 13, caractérisé en ce que le couvercle est constitué d'un bouchon métallique.