Brevet FR2463385A1 — publié le 19810220

L'invention concerne un détonateur pour allumer Elec- triquement des matières explosives, et en particulier des explosifs. Un détonateur permettant l'allumage électrique immédiat de matières explosives secondaires est déjà connu par le- brevet allemand 16 46 337. En ce qui concerne ce détonateur, il s'agit d'un corps à pôle fendu dont la fente est recou- verte par une mince couche au moins semiconductrice. Pour obtenir une sensibilité élevée à l'allumage de la matière explosive secondaire, on choisit la répartition de sa granulométrie de manière qu'au moins la partie de la matiè- re explosive secondaire qui est voisine de la couche semi- conductrice ait une surface spécifique située dans la fourchette de 300 à 10.000 cm2/g. L'inconvénient de cette invention connue consiste d'une part dans la fabrication très compliquée du corps à pôle fendu dont la largeur de la fente est comprise entre 20 et environ 100 p. ce qui impose un dispositif de fabrication présentant des caractéristiques de mécanique fine et rend le détonateur plus coûteux. Par ailleurs, la mise en place et l'établissement du contact avec la couche semiconductrice suppose une étape de fabrication additionnelle et coûteuse. Par ailleurs, ce détonateur connu exige, pour qu'il fonc- tionne de façon fiable, une connaissance précise de la répartition granulom9trique de la matière explosive secon- daire utilisée, et dont le degré de finesse de granulomé- trie ou la surface spécifique que l'on recherche doit être obtenu par broyage de la matière explosive secondaire habituelle du commerce. Le but de la présente invention est un procédé de fabrication simple d'un détonateur du type mentionné dans le préambule et sans matière explosive initiale, sans que les étapes de fabrication coûteuses et difficiles du brevet mentionné soient nécessaires. Pour résoudre ce problème, le détonateur de l'invention comprend au moins un élément piézoélectrique, entouré au moins partiellement par de la matière explosive secondaire et auquel on peut appliquer une impulsion de tension à croissance rapide de manière a ce qu'il soit soumis à une expansion exceptionnellement rapide et que l'explosif secondaire voisin soit amorcé par l'onde de choc en résul- tant. L'invention exploite la propriété des explosifs de pouvoir être amorcés par une pression de choc. C'est ainsi que le tytril peut être amorcé par une pression de choc d'environ 10 kbar. Ce qui est nouveau dans le cadre de l'invention est d'utiliser le principe de l'effet piézoélectrique pour obtenir une onde de choc dans l'explosif secondaire condui- sant à l'amorçage de l'explosif. Avec une plaquette en céramique piézolectrique déterminée, on peut prélever une tension de 2 kV sur les faces opposées quand on leur appli- que une compression de 1 i. Inversement, lorsqu'on appli- que une tension polarisée inverse de 2 kV, on obtient une expansion de 1 J. Cette expansion se déroule exceptionnel- lement rapidement quand la croissance de la tension est rapide et il en résulte dans le milieu qui entoure la céramique une onde de choc qui se constitue du fait de l'inertie de la masse de l'explosif, laquelle est accélérée pendant la durée de l'expansion. Selon l'accord de standardisation STANAG 3525 de 1OTAN tous les explosifs primaires (explosifs initiaux) doivent pouvoir être rendus sûrs, c'est-àdire pouvoir être décalés par rapport à la ligne d'allumage ou séparés par des disques de la charge principale de l'explosif secondai- re. En ce qui concerne les explosifs secondaires, ceci n'est pas prescrit de façon obligatoire. La limite de-la sensibilité est constituée par le tétryl. L'utilisation de tétryl ou d'autres explosifs secondaires de sensibilité égale ou plus réduite conduit de ce fait à une simplifica- tion considérable de construction des détonateurs car les dispositifs de sécurité mécanique compliqués nécessaires pour les autres substances sont alors superflus. L'avantage de l'invention est en outre de permettre d'utiliser les explosifs secondaires du commerce sans broyage additionnel. Dans le mode de réalisation préféré, on utilise deux ou plusieurs éléments piézoélectriques, montés électriquement en parallèle et mécaniquement en série. Pour une tension maximale prédéterminée, on peut augmenter ainsi l'amplitude de l'expansion des éléments piézoélectriques que l'on peut obtenir dans l'ensemble. D'autres perfectionnements apportés par l'invention concernent le fait que la capsule détonante peut être réalisée avec ou sans dispositifde barrière, ce qui cons- titue un autre avantage en fonction des cas d'utilisation. Un perfectionnement préféré de l'invention prévoit en outre qu'on mélange à l'explosif secondaire une poudre métallique et/ou d'autres additifs de manière à augmenter la densité de cet explosif secondaire. Grâce à cette mesure, on facilite la formation d'une onde de choc. Le même but est atteint au moyen d'un élément en métal lourd, de préfé- rence en plomb, entouré par l'explosif secondaire et dispo- sé parallèlement à l'élément piézoélectrique, la surface en section transversale de l'élément en métal lourd étant plus faible que la surface en section transversale d'un évidement du détonateur. Il est outre avantageux, selon l'invention, que la surface en section transversale de l'élément piézoélectri- que soit constituée conformément à la surface en section transversale interne de l'évidement du détonateur de manière que l'onde de choc aille en s'élargissant sous forme d'une surface plane dans l'explosif secondaire. Selon un autre mode de réalisation avantageux, l'élé- ment piézo est constitué sous forme d'un corps tubulaire à la périphérie externe et à la périphérie interne duquel sont montées coaxialement des électrodes, ledit corp étant entouré à l'intérieur et/ou à l'extérieur par un explosif secondaire. Ce mode de réalisation peut être utilisé avec avantage surtout quand il s'agit de corps symétriques en rotation. Lorsqu'il s'agit de projectiles tournant rapide- ment, il faut alors choisir une impulsion de tension à croissance rapide suffisamment importante pour compenser la tension piézoélectrique provoquée par l'accélération centrifuge. Quatre exemples de réalisation de l'invention sont repré- sentés sur les dessins et seront maintenant décrits plus en détail. Sur ces dessins: la Fig. 1 représente un détonateur réalisé avec un dispositif de barrière et comprenant un élément en métal lourd disposé face à l'élément piézoélectrique, la Fig. 2 représente deux éléments piézoélectriques montés électriquement en parallèle et mécaniquement en série, la Fig. 3 représente un détonateur à élément piézoélec- trique tubulaire et renforcé à sa périphérie externe, et la Fig. 4 représente le circuit électronique destiné à l'allumage du détonateur. La Fig. 1 représente un détonateur 1 constitué par un conteneur 2 en forme de pot, de préférence en acier, compor- tant un évidement 3 dont la surface en section transversale 4 est égale ou plus grande que les surfaces d'appui 6 d'un élément piézoélectrique 5 en forme de plaquette, qui est appliqué sur la surface en section transversale 4 de l'évi- dement 3. De la manière habituelle, des électrodes 7 éven- tuellement isolées et pourvues de surfaces sont montées sur les deux côtés de l'élément piézoélectrique 5 en forme de plaquette, les électrodes procurant à l'élément piézoélec- trique 5 l'énergie nécessaire à l'allumage par l'intermé- diaire de conducteurs d'alimentation qui ne sont pas repré- sentés. De l'explosif secondaire 8 est comprimé par exemple directement sur un côté de l'élément piézoélectrique 5 pourvu d'électrodes 7, et on en remplit le conteneur 2. Pour établir un dispositif de barrage, l'évidement 3 est fermé par un disque de fermeture 9 et un disque compensateur , constitué par exemple en métal. Le disque de recouvre- ment 9 est vissé par exemple au moyen d'un filetage 11 qui est pratiqué également en un emplacement correspondant sur le rebord externe supérieur 12 du conteneur 2 en forme de pot. Le disque de recouvrement 9 appuie par son côté interne plan sur le disque compensateur 10 de forme circulaire et également plan qui est enfoncé dans l'évidement 3 et appuie de son côté sur l'explosif secondaire 8. Pour améliorer l'effet d'explosion, il est possible, selon l'invention, de placer contre l'élément piézoélectrique 5 un élément en métal lourd 13 formant butée et constitué de préférence en plomb, l'é1ément en métal lourd 13 étant entouré sur tous ses côtés par l'explosif secondaire 8. Lorsque le conteneur 2 est circulaire, cet élément en métal lourd 13 peut se présenter sous la forme d'un disque cylindrique circulaire dont la surface en section transversale 14 est plus faible que la surface en section transversale 4 de l'évidement 3 et qui est disposé coaxialement dans l'évidement 3. Dans le cadre de l'invention, on peut également utiliser d'autres conteneurs 3 qui ne sont pas symétriques en rotation et dont les évidements 3 et les éléments en métal lourd 13 ne présentent pas une section transversale circulaire. Selon l'invention, on peut également envisager que l'explosif secondaire 8 soit appliqué directement sur le fond et que l'élément piézoélectrique 5 soit disposé entre l'explosif secondaire 8 et le disque compensateur 10. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention qui est représenté sur la Fig. 2, on utilise deux éléments piézoélectriques 5 disposés l'un sur l'autre par l'intermé- diaire d'une électrode centrale 7' mince, pourvue de surfa- ces, et comprenant un conducteur d'alimentation 16', les électrodes externes 7 pouvant être reliées l'une à l'autre par l'intermédiaire de conducteurs d'alimentation 16. Du fait que les conducteurs d'alimentation 16 et 16' des électrodes présentent une inductance d'autant plus élevée qu'ils sont plus longs, on utilise de préférence des conduc- teurs d'alimentation d'électrodes 16 et 16' courts en raison de l'impulsion de tension à croissance rapide qui est nécessaire pour l'allumage. L'utilisation d'un détonateur 1 ne comprenant pas de dispositif de barrage peut également être avantageuse. Pour ce cas, le disque de recouvrement 9 et le disque compensa- teur 10 sont montés amovibles. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, on peut utiliser dans le conteneur 2 un élément piézoélectri- que 15 de forme tubulaire à la périphérie interne et exter- ne duquel sont alors disposées coaxialement des électrodes annulaires 17, l'explosif secondaire 8 étant placé à l'inté- rieur. Les électrodes 17 sont reliés à des conducteurs d'alimentation d'une manière qui n'est pas représentée. Quand on applique une impulsion de tension à croissance rapide aux deux électrodes 17, on obtient une onde de choc radiale se déplaçant vers l'intérieur dans l'explosif secondaire 8. Pour perfectionner cet exemple, on peut également imaginer d'autres formes de réalisation dans lesquelles l'explosif secondaire 8 est disposé aussi bien à l'intérieur qu'à l'extérieur de l'élément piézoélectrique 5. De plus, et selon l'invention, on peut utiliser également deux ou plusieurs éléments piézoélectriques 15 tubulaires et con- centriques se déplaçant en sens contraire, comprimant l'explosif disposé entre eux. Ce perfectionnement de l'invention peut également être appliqué aux éléments piézoélectriques en forme de plaquet- tes des Fig. 1 et 2, l'explosif secondaire 8 étant disposé entre des éléments piézoélectriques 5 se déplaçant en sens contraire. Selon l'invention, on peut obtenir l'impulsion de tension nécessaire à l'allumage au moyen d'un circuit électronique selon la Fig. 4 qui sera décrit ci-dessous. Un générateur piézoélectrique 20 engendre de manière connue de l'énergie électrique qui, lorsqu'elle atteint une tension suffisamment élevée de par exemple 2 kV, est chargée dans la capacité de l'élément piézoélectrique 5 ou 15 en passant par un parcours de décharge 21, et en allumant de ce fait l'explosif secondaire 8. Dans ce cas, le générateur piézo- électrique 20, le parcours de décharge 21 et l'élément piézoélectrique 5 ou 15 sont montés électriquement en série. Dans un mode de réalisation préféré, un commutateur de coupe-circuit 22 est monté en parallèle avec le généra- teur piézoélectrique 20, le commutateur étant par exemple court-circuité jusqu'au moment du lancement du projectile. Il est en outre avantageux de monter parallèlement à l'élé- ment piézoélectrique 5 ou 15 une résistance 23 de valeur ohmique relativement importante qui réduit des charges prenant naissance relativement lentement au niveau de l'élément piézoélectrique 5 ou 15, par exemple par ionisa- tion. REVENDICATIONS 1. Détonateur sans explosif initial pour allumage électrique de matière explosive, et en particulier d'explo- sifs, caractérisé en ce que le détonateur (1) comprend au moins un élément piézoélectrique (5) entouré au moins partiellement par l'explosif secondaire et auquel on peut appliquer une impulsion de tension à croissance rapide de manière à ce qu'il soit soumis à une expansion exceptionnel- lement rapide et en ce que l'explosif secondaire voisin (8) est amorcé par l'onde de choc qui en résulte. 2. Détonateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise deux ou plusieurs éléments piézoélectri- ques, et en ce que les éléments piézoélectriques (5) sont montés électriquement en parallèle et mécaniquement en série. 3. Détonateur selon l'une des revendications précéden- tes, caractérisé en ce que le détonateur (1) constitué par l'élément piézoélectrique (5) et contenant l'explosif (8) est pourvu d'un dispositif de barrage (9, 10). 4. Détonateur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le détonateur (1) est constitué sans dispositif de barrage. 5. Détonateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à l'explosif secondaire (8) est mélangée une poudre métallique et/ou d'autres additifs de manière que la densité de l'explosif secondaire soit augmentée. 6. Détonateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un élément en métal lourd et en forme de plaque (13), et de préférence en plomb, est entouré par l'explosif secondaire (8), et est parallèle et face à l'élément piézoélectrique (5), la surface (14) en section transversale de l'élément en métal lourd (13) étant plus faible que la surface (4) en section transversale d'un évidement (3) du détonateur (1) contenant l'explosif secondaire (8). 7. Détonateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les surfaces d'appui (6) de l'élément piézoélectrique (5) en forme de plaquette 24633"5 correspondent à la surface en section transversale (4) de l'évidement (3) du détonateur (1). 8. Détonateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément piézoélectri- que est constitué sous forme d'un corps (15) tubulaire, à la périphérie externe et à la périphérie interne duquel sont montées coaxialement des électrodes (17) annulaires et en ce que ledit corps (15) est entouré à l'intérieur et/ou à l'extérieur par l'explosif secondaire (8). 9. Détonateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour produire une impulsion de tension à forte croissance, on peut utiliser un générateur piézoélectrique (20) connu en soi que l'on peut relier à l'élément piézoélectrique (5) par l'intermé- diaire d'un parcours de décharge (21), un commutateur à court-circuit (22) étant monté en parallèle avec le généra- teur piézoélectrique (22). 10. Détonateur selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce qu'une résistance (23) est montée en parallèle par rapportà l'élément piézoélec- trique (5).