Brevet FR2560371A1 — publié le 19850830

PROCEDI D'OCCULTATION DES RAYONNEMENTS VISIBLE ET INFRAROUGE ET MUNITION FUMIGNE METTANT EN OEUVRE CE PROCEDE. Le secteur technique de la présente invention est celui des procédés et munitions fumigènes destinés & produire un écran de fumée permettant de camoufler une cible quelconque en empêchant la transmission du rayonnement infrarouge émis par ceile-ci pour la rendre indétectable par un détecteur. il existe actuellement peu de publications traitant des munitions pour-la production d'une fumée opaque au rayonnement infrarouge. Toutefois, la réalisation de munitions ou artifices fumigènes classiques est bien con- nue. Ces munitions comprennent gér.éralement un pot cylindrique à l'intérieur duquel orn place une composition pyrotechnique ou des comprimés de composi- IO tions pyrotechniques présentant ou non un canal central. Pour plus de préci- sions, on pourra se reporter au brevet français 2 249 590 qui décrit un arti- fice f-aigène dont les émissions sont totalement transparentes au rayonne- ment infrarcuge. Ce genre de composition est apte à générer une fumée blan- che par production de chlorure de zinc ou de chlorure d'ammonium, le carbone étant transformé en gaz carbonique. L'apparition de nouvaux moyens de surveillance (caméras thermiques) a modifier les données du problème car ces moyens permettent d'identifier une cible à partir de son rayonnement thermique propre dans les fenêtres de trans- parence 3 à 6 pm et 7 à 14 Fm. On a déjà donc proposer de disperser des aéro- sols de façon à occulter le rayonnement infrarouge émis par une cible. Ainsi, on connait les brevets francais 2 299 617 et 2 309 828 qui dé- crivent la formation d'un aérosol liquide par hydrolyse du tétrachlorure de titane ou d'étain. On utilise alors une composition pyrotechnique dispersante fortement exothermique, du type aluminium ou bore/perchlorate de potassium pour disper- ser le tétrachlorure de titane. Toutefois, ce type d'aérosol constitué de gouttelettes liquides hydrosolubles n'est guère efficace, nécessite de l'eau ou de l'humidité et a une durée de vie très courte, inférieure à 20s et ce quelque soit le volume du système dispersant. De plus, ce système engendre des composés acides corrosifs et toxiques. On connaît également le brevet 2 396 265 qui décrit la dispersion de particules solides à partir d'une poudre minérale et d'un gaz vecteur (air comprimé, azote etc...)pour arrêter par diffusion le rayonnement thermique d'une cible. Il faut cependant maîtriser la granulométrie des particules contenues dans l'aérosol émis car seule une granulométrie finale voisine de la longueur d'onde du rayonnement à occulter est efficace. Or, on a constaté qe la production d'un aérosol de particules solides dont le diamètre serait comnris entre 1 et 14 um ne permet pas de supprimer l'image thermique de la - 2 - 2560371 cible de façon efficace et pendant un temps suffisant en raison de la sédi- mentation des particules qui intervient. Les durées de vie obtenues ne dé- passent pas 25 secondes. On connaît encore les brevets français 2 294 422 et 2 294 432 qui dé- crivent des leurres infrarouges émettant par combustion d'une composition pyrotechnique, une flamme de haute intensité définissant ainsi une source de rayonnement infrarouge susceptible de se substituer à la source de rayonne- ment constituée par le moteur de l'aéronef dans le système de guidage de l'engin lancé contre celui-ci. Il ne s'agit pas d'émettre des particules de carbone de dimensions précises. Le but de la présente invention est de proposer un procédé et une muni- tion pour produire un écran de fumée interdisant la transmission du rayonne- ment infrarouge et visible pour camoufler totalement une cible pendant un temps suffisant, c'est-à-dire de 40 à 50 s. L'invention a donc pour objetun procédé d'occultation des rayonnements visible et infrarouge de longueur d'onde comprise entre 0,4 et 14pm émis par une cible, caractérisé en ce que dans une première étape on produit instanta- nément un premier aérosol chaud qui masque la cible par diffusion dans le visible et par son pouvoir émissif dans l'infrarouge, et dans une seconde étape on produit un second aérosol contenant principalement des particules de carbone chaudes de dimensions comprises entre 1 et 14pm pour occulter essen- tiellement par diffraction l'image thermique émise par la cible. Selon une mise en oeuvre particulière on génère le premier et le second aérosol à partir de compositions pyrotechniques. L'invention concerne également une munition pyrotechnique fumigène pour la mise en oeuvre du procédéj originale en ce qu'elle comporte un tube fermé à ses deux extrémités par un couvercleau moins un de ces couvercles étant muni d'un ou plusieurs orifices, le tube renfermant au moins une composition pyro- technique rapide possédant une mise en régime inférieure à 1 s et une vitesse de combustion de l'ordre de 6 mm/s sous pression de fonctionnement, pour générer des gaz chauds avec un débit au moins égal à 160 g/s de façon à oc- culter par saturation l'image thermique de la cible, et au moins une compo- sition pyrotechnique lente possédant une vitesse de combustion de l'ordre de 1 mm/s sous pression de fonctionnement générant des particules de carbone chaudes, chacune des compositions étant munies d'un canal central, des moyens d'allumage étant prévus pour initier les compositions rapides. La composition rapide peut être-un comprimé réalisé sous pression com- prenant une poudre de zinc et d'oxyde de zinc, de perchlorate de potassium, d'hexachlorobenzène ou d'hexachloroéthane et un liant constitué par le néo- prène. -3 2560371 Les constituants de la composition rapide peuvent être choisis selon les pourcentages en masse suivants: 31% de zinc, 12% d'oxyde de zinc, 16% de perchlorate de potassium, 31% d'hexachlorobenzène et ou d'hexachloroêthane, % de néoprène. La composition lente peut être un comprimé réalisé sous pression com- prenant un composé générateur de particules de carbone dont la dimension est comprise entre environ 1 et 14 m, un système oxydo-réducteur réagissant à une température supérieure à 1000 C et un liant. Le réducteur de la composition peut être choisi parmi les poudres métalliques notamment le magnésium; et l'oxydant peut être représenté par l'hexachlorobenzène, l'hexachloroéthane ou leur mélange. La composition lente peut comprendre le système ternaire suivant: - 15 à 25 parties en poids de poudre de magnésium, - 50 a 85 parties en poids d'hexachlorobenzêne ou d'hexachloroéthane, - O à 30 parties en poids de naphtalène. La munition peut comprendre cinq comprimés empilés dans l'ordre suivant: un comprimé de composition rapide, - trois comprimés de compositions lentes successives, - un comprimé de composition rapide, - et un comprimé d'allumage placé au contact de chacun des comprimés de com- position rapide. Avantageusement le diamètre du canal central des compositions lentes est supérieur à celui des compositions rapides. Un avantage de la présente invention réside dans le fait qu'en combi- nant deux compositions émettant l'une un aérosol très chaud pour masquer par son pouvoir émissif supérieur l'image thermique de la cible et l'autre un aérosol de particules solides arrêtant par diffraction l'image thermique de la cible on obtient instantanément un écran protecteur de la cible pendant une durée suffisante de l'ordre de 40 à 50 s. De plus, la combustion extremement vive et exothermique de la composition rapide conduit au sein de l'artifice à réduire la durée de mise en régime de la composition lente ainsi qu'à aug- menter sa vitesse de combustion durant les premières secondes de fonctionnement. Cette action permet d'accroître le débit d'émission de la munition et cor- rélativement d'augmenter la concentration de particules dans le nuage de fumée. On évite ainsi une diminution de la densité de l'aérosol correspondant à la courte période située entre la fin d'émission due à la composition ra- pide et le début d'émission dû à la composition lente. Il en résulte une amélioration de l'efficacité et de la régularité de l'écran fumigène contre -4 -2560371 le rayonnement infrarouge. Ainsi qu'il ressort déjà de ce qui précède on met en oeuvre une composition fortement exothermique ayant une grande vitesse de combustion. Les compositions répondant à ces critères sont généralement à base de pou- dre métallique fortement réductrice par exemple de zinc ou d'aluminium. Cette poudre métallique peut être associée à un oxyde métallique tel que l'oxyde de zinc. L'oxydant doit également être fortement exothermique et ceux du type chlorate ou perchlorate conviennent parfaitement sans en cons- tituer une limitation. Le perchlorate de potassium permet d'obtenir d'excel- lents résultats. La réaction conduit donc à des chlorures hydrolysables tels que les chlorures de zinc ou d'aluminium. L'oxydant peut être associé à des composés carbonés saturés ou non substitués partiellement ou totalement par des éléments électronégatifs tels le chlore et le fluor. A titre d'exemple on citera l'hexachloroéthane ou l'hexachlorobenzêne. Bien entendu, on amé- liorera la tenue mécanique du comprimé par l'adjonction d'un liant qui ne constitue pas en lui-même une caractéristique de l'invention. Les liants classiquement utilisés en pyrotechnie peuvent être mis en oeuvre et on ci- tera à titre indicatif le néoprêne, le polychlorure de vinyle, l'acétate de polyvynile, l'acéto-chlorure de vinylel, eolyuréthane etc... Les pourcen- trages respectifs des constituants peuvent être choisis en fonction du but recherché. La composition rapide émet une fumée grisâtre à blanche, et elle peut être noire selon le composé carboné utilisé. Ainsi lorsqu'on utilise l'hexachlorobenzène la fumée émise devient noire. Il est à noter que la composition rapide brûle entièrement et ne laisse aucun résidu. Le débit massique est ainsi augmenté et tout le matériau fumigène est transformé en fumée. Selon l'invention, on associe à cette composition rapide une compo- sition lente qui comprend un composé générateur de particules de carbone pour produire par diffraction un écran opaque au rayonnement infrarouge de la cible. On peut donc utiliser les paraffines, les composés benzéniques condensés ou non,.le naphtalène et l'anthracène, le phénanthrène et le naphtol notamment permettent d'obtenir de bons résultats. Le système oxydo-réducteur doit fournir une température de combustion supérieure à 1000C; les poudres métalliques associées aux oxydants classiques du type nitrate, perchlorate peuvent être utilisées. Cependant on préfère, selon l'invention, optimiser la composition pyrotechnique lente en utilisant un composé générateur de particules de carbone qui soit suffisamment oxydant pour réagir avec le ré- ducteur, tels les composés hydrocarbonés non substitués. A titre d'exemple, le couple hexachlorobenzène-naphtalène permet de réaliser des compositions pyrotechniques lentes générant une fumée intense pouvant masquer le _5 - 2560371 rayonnement infrarouge d'une cible. Bien entendu, on pourra utiliser un coi-osé hydrocarboné substitué en combinaison avec un oxydant classique. Le liant en lui-même ne constitue pas une caractéristique de cette compo- sition et il est utilisé pour renforcer la tenue mécanique de la composi- tion. Cependant, on choisira de préférence les composés macromoléculaires du type fluorés qui participe à la réaction de combustion par l'apport de molécules de fluor très oxydantes par exemple le polyfluorure de vinylidène mais également d'autres polymères tels le copolymère acétochlorure de vinyle, le polystyrène, réticulable ou non, le copolymère méthacrilate de méthyle/sty- rêne et le néoprène peuvent convenir. La proportion du liant utilisée peut être de l'ordre de 5 à 20 parties en poids et mieux vaut ne pas dépasser 25 parties en poids. Pour préparer les compositions pyrotechniques selon l'invention on s'y prend de la manière suivante ou de façon équivalente. La poudre métallique est d'abord soumise à un étuvage à 50 C environ pendant 24 heures. Les composés solides tels le perchlorate, l'hexachloro- benzene et l'anthracêne sont tamisés àóenviron 0,50 - 0,65 mm. Ils sont en- suite introduits tour à tour dans la cuve d'un malaxeur et malaxés pendant à 30 mm. A partir du mélange obtenu, on réalise des comprimés comprenant un canal central sous une pression de l'ordre de 6.10 Pa. L'invention sera mieux comprise à la lecture du complément de descrip- tion qui va suivre de modes de réalisation donnés à titre d'exemples en rela- tion avec un dessin (figure 1) représentant une coupe longitudinale d'une munition selon l'invention. Sur la figure, on a représenté une munition fumigène 1 destinée à être éjectée à partir d'un tube de lancement non représenté à l'aide d'un propul- seur 3 de type connu intégré à la munition. Cette munition comprend une en- veloppe tubulaire 4 en acier fermée aux deux extrémités par deux couvercles et 6. Le couvercle 5, placé au voisinage du propulseur 3, comporte un cer- tain nombre de trous ou orifices 5a destinés à permettre l'initiation de la composition d'allumage 7 lors du lancement. Le couvercle 6 comporte un trou central 6a et des trous 6b excentrés. Ces différents trous peuvent être obstrués par des paiklets fusibles. A l'intérieur de l'enveloppe 4, sont dis- posés un comprimé de composition rapide 8, trois comprimés de composition lente 9,10, i1 et un comprimé de composition rapide 12o Un comprimé d'une composition d'allumage 13 est disposé à la base du comprimé 12 et sert de relais d'allumage. Sur la figure, on voit que le diamètre du canal central 14 des compri- mes 9,10,11 est plus grand que celui des comprimés 8 et 12 en raison de la différence de vitesse de combustion existant entre les compositions rapides et lntes. Le canal central sert de guide à l'allumage et son diamètre dépend 2S60371 -6- de la nature de la composition fumigène. A titre d'exemple, on peut réaliser une munition ayant les carac- téristiques suivantes: - diamètre de l'enveloppe 80 mm, - hauteur de l'enveloppe 360 mm, - comprimés 7 et 13 masse 22 g, hauteur 8 min, diamètre extérieur: 050 mm, diamètre du trou central: 018 mm, - comprimés 8 et 12: masse 733 g, hauteur 69 mm, diamètre d'un trou central: 020 mm, comprimés 9, 10 et 11: masse 388 g, hauteur 65 mm, diamètre du trou central: 0 30 mm. La masse totale de la munition est de 4kg environ et comporte 2,370 kg de composition fumigène procurant un camouflage efficace pendant 50s. Comme indiqué précédemment, la munition est destinée à être lancée afin d'interposer un écran opaque au rayonnement infrarouge entre une cible et un détecteur. Pour cela, au moment du tir, l'allumage du propulseur est effectué par exemple au moyen d'un initiateur électrique. Sous l'action du bloc propulseur, la munition est projetée à une distance de l'ordre de 20 à mètres de la cible à protéger. Dès la sortie du tube de lancement, les comprimés 8 et 12 sont enflammés avec un temps de réponse inférieur à ls par l'intermédiaire des comprimés 7 et 13 eux-mêmes initiés par le propulseur. Ces comprimés brûlent en émettant une fumée blanche par les trous 5a, 6a formant tuyère. L'émission de fumée sur la trajectoire, liée à la rapidité de la mise en régime des comprimés 8 et 12 permet d'établir un écra.n protec- teur instantané. La fumée émise est très chaude et constitue un aérosol qui masque la cible par diffusion dans le visible et par son pouvoir émissif supérieur à celui de la cible dans l'infrarouge. Le temps de fonctionnement est de l'ordre de 7 à 9s. Apres un délai de 3s, les comprimés 9, 10 et 11 s'initient à leur tour sous l'action conjuguée de la combustion des comprimés d'allumage et des comprimés 8 et 12. Ils émettent un nuage de couleur noire constituant un aérosol comprenant principalement des particules de carbone chaudes de dimensions comprises entre 1 et 14 pm qui occultent principalement par diffraction l'image thermique émise par la cible. La durée d'émission de la munition est comprise entre 40 et 50s dans l'infrarouge et de 1 minute dans le visible. -7- Les exemples suivants de compositions rapides et lentes sont données à titre indicatif: COMPOSITION RAPIDE: comprimés réalisés sous une pression de l'ordre de 61o7 Pa. ) -31% en masse de poudre de zinc, -12% en masse d'oxyde de zinc, -16% en masse de perchlorate de potassium, -31% en masse d'hexacloroéthane, -10 enr. masse de liant néoprène. 2} -31% en masse de poudre de zirc, -12 en masse d'oxyde de zinc, -1-% en masse de _erc:hcrate de potassium, -31% en masse d'hexachlorobenzène, -10% en masse de liant::éoprène. Ces crmpostions présentent une vitesse de combustion de 1,03 mm/s à l'air libre et de 6 mm/s à la pression de fonctionnement dans la munition. Les caractéristiques mécaniques sont les suivantes: - Résistance à la compression Smc = 78,Z105 Pa - Résistance à l'allongement emc = 3,31%. Température d'inflammation: > 425 C Energie d'activation: 106 KJ. COMPOSITION LENTE: comprimés réalisés sous une pression de l'ordre de 610 Pa. 1) -20 parties en poids de poudre de magnésium, -80 parties en poids d'hexachlorobenzène, -10 parties en poids de naphatalène, -10 parties en poids de liant (polyfluorure de vinylidène), 2) -20 parties de poudre de magnésium, -80 parties d'hexachlorobenzène, -10 parties d'anthracène, -10 parties de liant représenté par du polyfluorure de vinylidène, 3) -20 parties de poudre de magnésium, -70 parties d'hexachlorobenzêne, -10 parties de naphtalêne, - 5 parties de liant représenté par le néopréne, 4) -20 parties de poudre de magnésium, -70 parties d'hexachlorobenzêne, -10 parties de naphtalène, -10 parties de liant représenté par le polyfluorure de vinylidéne. - 8 - 2560371 ) - 18,5 parties de poudre de magnésium, - 61,5 parties d'hexachloroêthane, - 30 parties de naphtalène, - 20 parties de paraffine chlorée, - 20 parties de liant représenté par le polyfluorure de vinylidène. 6) - 20 parties de poudre de magnésium, - 80 parties d'hexachlorobenzène, - 5 parties de liant constitué par l'acétate de polyvinyle. 7) - 20 parties de poudre de magnésium, - 80 parties d'hexachlorobenzène, - 20 parties de polyfluorure de vinylidène. Ces compositions présentent une vitesse de combustion de 0,57 mm/s à l'air libre et de lmm/s à la pression de fonctionnement dans la munition. Les caractéristiques mécaniques sont les suivantes: - contrainte maximale en compression uniaxiale Snc: 178,105 Pa, - déformation pour la contrainte maximale emc = 0,87%. Afin de simuler un vieillissement, on soumet les compositions-pyro- techniques à des températures respectives de -40 C et +51 C pendant un mois et on constate que les variations de leurs caractéristiques (vitesse de combustion, tenue mécanique, perte de masse, dimensions, etc...) sont négli- geables. 2560-37 1 REVENDICATIONS 1 - Procédé d'occultation des rayonnementsvisible et infrarouge de longueur dvonde comprise entre 0,4 et 14,m émis par une cible, caractérisé en ce que dans une première étape on produit instantanément un premier aérosol chaud qui masque la cible par diffusion dans le visible et par son pouvoir émissif dans l'infrarouge, et dans une seconde étape on produit un second aérosol contenant principalement des particules de carbone chaudes de dimen- sions comprises entre 1 et 14/um pour occulter essentiellement par diffraction l'image thermique émise par la cible. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier et le second aérosol sont générés à partir de compositions pyrotechniques. 3 - Munition pyrotechnique fumigène pour la mise en oeuvre du procédé se- lon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comporte un tube fermé & ses deux extrémités par un couvercle au moins un de ces couvercles étant muni d'un ou plusieurs orifices, le tube rènfermant au moins une composition pyro- technique rapide possédant une mise en régime inférieure à ls et une vitesse de combustion de l'ordre de 6 mm/s sous pression de fonctionnement, pour géné- rer des gaz chauds avec un débit au moins égal à 160g/s de façon à occulter par saturation l'image thermique de la cible, et au moins une composition pyrotechnique lente possédant une vitesse de combustion de l'ordre de 1 xm/s sous pression de fonctionnement, générant des particules de carbone chaudes, chacune des compositions étant munie d'un canal central, des moyens d'allu- mage étant prévus pour initier les compositions rapides. 4 - Munition pyrotechnique selon la revendication 3, caractérisée en ce que la composition rapide comprend une poudre de zinc et d'oxyde de zinc, de perchlorate de potassium, d'hexachlorobenzène ou d'hexachloroéthane et un liant constitué par le néoprène. - EMunition selon la revendication 4, caractérisée en ce que les constituants ra tide de la composition Ulnh choisis selon les pourcentages en masse suivants 31% ce zinc, 12% d'oxyde de zinc, 17% de perchlorate de potassium, 31% d'hexachlorobenzène et ou d'hexachloroéthane, % de néoprène. 6 - Munition selon l'une quelconque des revendications 3 a 5, caractérisée en ce que la composition lente est un comprimé réalisé sous pression à partir d'un composé générateur de particules de carbone dont la dimension est comprise entre environ 1 et 14 pm, et d'un système oxydo-réducteur réagissant à une température supérieure à 1000 C et un liant. - 10 - 2560371 7 - Munitions selon la revendication 6, caractérisée en ce que le composé générateur de particules de carbone est constitué par l'hexachloroéthane, l'hexachlorobenzène, le naphtalêne, l'anthracène ou un mélange de ceux-ci. 8 - Munition selon la revendication 7, caractérisée en ce que le réducteur est choisi parmi les poudres métalliques notamment le zinc, et en ce que l'oxydant est représenté par l'hexachlorobenzène, 1'hexachloroéthane ou leur mélange. 9 - Munition selon la revendication 8, caractérisée en ce que la composition comprend le système ternaire suivant: 15 à 25 parties en poids de poudre de zinc, à 85 parties en poids d'hexachlorobenzène ou d'hexachloroéthane, o à 30 parties en poids d'anthracène. - Munition selon l'une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisée en ce qu'il comprend cinq comprimés empilés dans l'ordre suivant: - un comprimé de composition rapide, - trois comprimés de compositions lentes successives, - un comprimé de composition rapide, - et un comprimé d'allumage placé au contact de chacun des comprimés de composition rapide. 11il - Munition selon la-revendication 10, caractérisée en ce que le diamètre du canal central des comprimés de composition lente est supérieur à celui des comprimés de composition rapide.