Brevet FR2560186A1 — publié le 19850830

COMPOSITION PYROTECHNIQUE GENERATRICE DE FUMEE OPAQUE AU RAYONNEMENT INFRA- ROUGE ET MUNITION FUMIGENE OBTENUE. Le secteur technique de la présente invention est celui des composi- tions pyrotechniques fumigènes permettant de camoufler une cible quelconque en empêchant la transmission du rayonnement infrarouge émis par celle-ci pour la rendre indétectable par un capteur par exemple une caméra thermique. Ii existe actuellement très peu de publications relatives à la produc- tion d'un écran de fumée interdisant la transmission du rayonnement infra- rouge émis par une cible vers un capteur et aucun auteur n'a proposé à ce jour l'utilisation d'une composition pyrotechnique pour produire un écran, de fumée opaque au rayonnement infrarouge. Par contre, de nombreuses études ont été faites sur les compositions fumigènes classiques produisant un nuage de fumée pour camoufler a l'oeil humain un engin quelconque. Ainsi, les com- positions pyrotechniques fumigènes à base d'hexachloroéthane etd'oxyde de zinc sont bien connues de l'homme de l'art et on pourra à titre d'illustra- tion se référer au brevet américain 2 939 779. Ce genre de composition est apte à générer une fumée blanche par production de chlorure de zinc ou de chlorure d'ammonium, le carbone étant alors transformé en gaz carbonique. Ce genre de composition est tout a fait inefficace vis-à-vis des capteurs de rayonnement sensibles dans le domaine de longueur d'onde allant de 1 à 14 /m. Il est a noter qu'il faut tenir compte des fenêtres de transparence de l'at- mosphère, utilisées pour recevoir le rayonnement thermique. Les deux fenêtres plus particulièrement utilisées sont - la fenëtre 3-5,m - la fenêtre 7-14pm On utilisera donc plus particulièrement ces deux fenêtres pour étudier la transmission ou l'absorbtion de ces compositions fumigènes. Le rôle des compositions fumigènes opaques aux infrarouges est d'arrê- ter le rayonnement infrarouge émis par un corps quelconque soit par absorption, soit par diffusion, soit par diffraction, soit par surimpression thermique, c'est-à-dire par une émission thermique intense propre a la composition fumi- gène même (cas des leurres infrarouges) qui se superpose à l'image thermique de la cible à camoufler. '- On a déjà proposé l'utilisation d'un aérosol comprenant des fines goutte- lettes ou des particules solides dispersées par un gaz vecteur pour masquer le rayonnement infrarouge d'un corps. Les brevets français 2 299 617 et 2 309 828 décrivent- la formation d'un aérosol liquide par réaction du tétrachlorure de titane ou-d'étain avec l'eau selon la réaction: TiCl4 +4H2 O Ti (OH)4 + 4HCl. 4 24 -2 - 2560186 On utilise alors une composition pyrotechnique dispersante, fortement exothermique du type aluminium ou bore/perchlorate de potassium pour disperser le tétrachlorure de titane. Toutefois, ce type d'aérosol constitué de goutte- lettes liquides hydrosolubles n'est guère efficace et a une durée de vie très courte, inférieure & 20s et ce/quel que soit le volume du système dispersant. On remarquera encore que ce genre de composition engendre des gouttelettes acides, corrosives et toxiques. On connait également le brevet français 2 396 265 qui décrit la dis- persion de particules solides à partir d'une poudre minérale et d'un gaz vecteur. Il faut cependant maîtriser la granulométrie des particules conte- nues 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 que la production d'un aérosol de particules solides froides dont le dia- mètre serait compris entre 1 et 14/Am ne permet pas de supprimer l'image thermique de façon efficace et pendant un temps suffisant en raison de la sédimentation des particules qui intervient. Les durées de vie obtenues ne dépassent pas 25 secondes, sauf génération en continu de l'aérosol. Les brevets français 2 294 422 et 2 294 432 décrivent des leurres in- frarouges qui émettent, par combustion d'une composition pyrotechnique, une flamme de haute intensité définissant ainsi une source de rayonnement infra- rouge susceptible de se substituer à la source de rayonnement constituée par le moteur de l'aéronef dans le système de guidage de l'engin lancé contre celui-ci. Il ne s'agit pas de créer un écran de camouflage opaque au rayonne- ment infrarouge de la cible, mais de saturer le capteur. Le but de la présente invention est une nouvelle composition pyrotechni- que produisant un écran interdisant la transmission du rayonnement infrarouge pour camoufler totalement une cible pendant un temps suffisant, c'est-à-dire de 40 à 50 s. L'invention a donc pour objet une composition pyrotechnique destinée & la production d'une fumée opaque au rayonnement infrarouge d'une cible vers un capteur thermique, caractérisée en ce qu'elle comprend un composé généra- teur, par décomposition thermique, de particules de carbone dont la dimension est comprise entre environ 1 et 14,pm, un système oxydoréducteur réagissant à une température supérieure à 1000lC et un liant. Le composé générateur de particules de carbone peut être constitué par l'hexachloroëthane, l'hexachlorobenzène, le naphtalène, l ' anthracène ou un mélange de ceux-ci. Le réducteur peut être choisi parmi les poudres métalliques et l'oxydant peut être représenté par 1' hexachlorobenzène, 1' hexachloroéthane ou leur mélange. - 31 2560 186 La composition selonr l'invention peut comprendre le système ternaire suivant: - 15 à 25 parties en poids de poudre métallique - 50 a 85 parties en poids d'hexachlorobenzène ou d'hexachloroéthane, de - O a 30 parties naphtalène Avantageusement, la poudre métallique est une poudre de magnésium. L'invention concerne également les munitions fumigènes comprenant une composition pyrotechnique pour produire une fumée opaque au rayonnement in- frarouge. Un avantage de la composition pyrotechnique et de la munition fumigène selon l'invention réside dans le fait que le nuage de fumée opaque a l'infra- rouge est constitué de fines particules de carbone générées par voie chimi- que de façon homogène avec un débit suffisant. Un autre avantage réside dans le fait qu'il est possible de maîtriser les facteurs essentiels suivants: - la vitesse de combustion de la composition, ce qui permet d'obte- nir un débit massique suffisant, - la température de combustion qui doit être élevée et qui condi- tionne la bonne répartition granulométrique des particules de carbone. D'autres avantages de la composition pyrotechnique fumigène seront mieux compris a la lumière du complément de description qui va suivre de modes particuliers de réalisation donnés a titre d'exemple. 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 a un étuvage a 50 C envi- ron pendant 24 heures. Les composés solides tels l'hexachlorobenzène et l'an- thracene sont passés en tamis AFNOR d'environ 0,50 - 0,65 mm. Ils sont en- suite introduits tour a tour dans la cuve d'un malaxeur et malaxés pendant a 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. Selon l'invention, on utilise un composé générateur de particules de carbone pour produire un écran opaque au rayonnement infrarouge. On peut donc utiliser les paraffines, les composés benzéniques condensés ou non (naphtalène, anthracène, phénanthrène, naphto:;le naphtalène et l'anthracène notamment permettent d'obtenir de bons résultats. Le système oxydo-réducteur doit fournir une température de combustion supérieure à 1000 C; les poudres métalliques associées aux oxydants classiques du type nitrates ou perchlorates peuvent être utilisées. Cependant, on préfère, selon l'invention, optimiser la composition pyrotechnique en utilisant un composé générateur de particules de carbone qui soit suffisamment oxydant pour réagir avec le réducteur. Ainsi, les composés hydrocarbonés substitués partiellement ou totalement par des - 4 - éléments électronégatifs halogènes tels que le chlore et lé fluor, déjà géné- rateurs de particules de carbone, conviennent parfaitement, et peuvent être associés à des composés carbonés non substitués. A titre d'exemple, le cou- ple hexachlorobenzène-naphtalène permet de réaliser des compositions pyro- techniques générant une fumée intense opaque au rayonnement infrarouge. Bien entendu, on pourra utiliser un composé hydrocarboné substitué en combinai- son avec un oxydant classique. Le liant en lui-méme ne constitue pas une caractéristique de l'invention et il est utilisé pour renforcer la tenue mécanique de la composition. Cependant, on choisira de préférence les com- posés macromoléculaires du type fluorés qui participe à la réaction de com- bustion par l'apport de molécules de fluor très oxydant par exemple le poly- fluorure de vinylidène, mais on peut cité également d'autres liants tels que le copolymère acetate, le copolymère acétochlorure de vinyle, le polys- tyrène, réticulable ou non, le copolymère méthacrylate de méthyle/styrène et le néoprène. La proportion du liant utilisée peut être de l'ordre de 5 à 20 parties et mieux vaut ne pas dépasser 25 parties. Pour chacune des compositions indiquées ci-après on a mesuré la vitesse de combustion, la tenue mécanique, le pouvoir d'occultation, le coefficient d'absorption ainsi que le vieillissement. La vitesse de combustion est mesurée sur une éprouvette cylindrique de O7 3 cm de long et de 3 cm de diamètre réalisée par compression à 6-10 Pa. Le pouvoir d'occultation est mesuré à l'aide d'une caméra thermique tra- vaillant dans la bande 0,3-5,6 m disposée à 4,5 m d'un émetteur constitué par une source étendue de 20 cm de côté portéee a 200 C dans un tunnel. Le pou- voir d'occultation de la fumée peut être défini comme le temps pendant lequel l'image de la source étendue est partiellement ou totalement effacée par le passage de cette fumée entre la caméra et la source étendue. Le coefficient d'absorption A=^ ( m-1) est mesuré sur une bande de longueur d'onde de 0,3 à 6 pm par application de la loi de Beer. Dans le tableau I, on a rassemblé les résultats des mesures de vitesse de combustion et de tenue mécanique définis ci-après. - combustion: on mesure la vitesse de combustion & l'air libre V (latm) et la vitesse de combustion sous la pression régnant à l'intérieur d'une munition fumigène V(P) prête à l'emploi; c'est-a-dire constituée d'un pot fumigène de36 cm de long et de 8 cm de diamètre; - tenue mécanique: on mesure Smc(contrainte maximale en compression uniaxiale) et emc (déformation pour la contrainte maximale) - tenue au vieillissement: 1) on soumet les compositions pyrotechni- ques à des températures respectives de -401C et +51 C pendant un mois et on mesure les caractéristiques mécaniques précédentes. --5-- 2) on mesure d'une part la perte de masse par sublimation des cons- tituants de la composition apres le vieillissement et d'autre part la dila- tation du comprimé. - coefficients de sensibilité à la friction (csF) et à la friction csi (selon les modes opératoires respectifs GEMO EMD-440A et GEMO FHD-410-B1). On réalise les diverses compositions suivantes sous forme de comprimés aux indications précédentes que l'on teste comme précisé ci-dessus: COMPOSITION 1 - 20 parties de poudre de magnésium, - 80 parties d'hexachlorobenzène, 10 parties de naphtalène, - 10 parties de polyfluorure de vinylidêne. COMPOSITION 2 - 20 parties de poudre de magnésium, - 70 parties d'hexachlorobenz.ne, 10 parties de naphtalène, - 5 parties de néoprène. COMPOSITION 3 - 20 parties de poudre de magnésium, - 70 parties d'hexachlorobenzène, 10 parties de naphtalène, - 5 parties de polyfluorure de vinylidêne. COMPOSITION 4 - 18,5 parties de poudre de magnésium, - 61,5 parties d'hexachloroéthane, - 30 parties de naphtalène, parties de paraffine chlorée - 20 parties de polyfluorure de vinylidêne. COMPOSITION 5 - 20 parties de poudre de magnesium, - 80 parties d'hexachlorobenzne, - 5 parties d'acétate de polyvinyle. COMPOSITION 6 - 20 parties de poudre de magnésium, - 80 parties d'hexachlorobenzène, - 20 parties de polyfluorure de vinylidêne. 2560 186 --6 -- TABLEAU 1 Critères V latm (mm/s) 0,57 VP (mm/s) o0,1 Smc (10 Pa) 178 emc % 0,87 Smc (105Pa) -40 C 175 après 1 mois: +51 C 144 emc (%): -40 C 1,01 après 1 mois: +51 C 0,77 Perte de masse (%): -40 C -0,7 apres 7 jours a +51 C 1,8 Perte de masse (%): -40C -0,8 après 1 mois: +51 C 4 Dilatation (%)après: 40 C néant 1 mois à: +510C +0,2 csF () sous 353 N O csi (%) sous 100 J O Les résultats obtenus montrent que les propriétés physiques et chiml- ques des comprimés de composition préparés selon l'invention ne varient pas au cours du temps. Dans le tableau II, on a rassemblé les valeurs obtenues pour le coef- ficient d'absorption A et le pouvoir d'occultation. T A B L E A U II POUVOIR D'OCCULATION 4 2 à 5,6 m A, durée d'occultation 'durée d'occultation 0,3 à 6 Mm totale en s partielle en s 1 0,95 8 45 2 0 50 3 7 60 4 0,92 2,5 20 56 0,76. O 5 6 1,03 7 - 2560186 REVENDICATIONS 1 - Composition pyrotechnique fumigène destinée à la production d'un écran de fumée interdisant la transmission du rayonnement infrarouge d'une cible vers un capteur, caractérisée en ce qu'elle comprend un composé générateur, par décomposition thermique, de particules de carbone dont les dimensions sont comprises entre environ let 14 pm et un système oxydo-réducteur réagis- sant à une température supérieure a1Ooo00 C et un liant. 2 - Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que le composé générateur de particules de carbone est constitué par l'hexachloroéthane, l'hexachlorobenzene, le naphtalène, l'anthracène ou un mélange de ceux-ci. 3 - Composition selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le réducteur est choisi parmi les poudres métalliques et en ce que l'oxydant est repréenté par l'hexachlorobenzene, l'hexachloroéthane ou leur mélange. 4 - Composition selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comprend le système ternaire suivant: - 15 à 25 parties en poids de poudre métallique, - 50 à 85 parties en poids d'hezachlorobenzêne ou d'hexachloroëthane, - O à 30 parties de naphtalène. - Composition selon la revendication 4, caractérisée en ce que la poudre métallique est une poudre de magnésium. 6 - Composition selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte les constituants suivants: - 20 parties de poudre de magnésium, 80 parties d'hexachlorobenzène, - 10 parties de naphtalène, - 10 parties de liant représenté par du polyfluorure de vinylidêne. 7 - Composition selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte les constituants suivants: - 20 parties de poudre de magnésium, 70 parties d'hexachlorobenzène, - 10 parties de naphtalène, - 5 parties de liant représenté par le néoprêne. 8 - Composition selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte les constituants suivants: - 20 parties de poudre de magnésium, 70 parties d'hexachlorobenzène, - 10 parties de naphtalêne, - 5 parties de liant représenté par le polyfluorure de vinylidêne. -8 - 9 - Composition selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte les constituants suivants - 20 parties de poudre de magnésium, 70 parties d'hexachlorobenzène, - 10 parties de naphtalène, - 10 parties de liant représenté par le polyfluorure de vinylidêne. - Composition selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte les constituants suivants-- - 18,5 parties de poudre de magnésium, - 6t,5 parties d'hexachloroéthane, - 30 parties de naphtalène, - 20 parties de paraffine chlorée, - 20 parties de liant représenté par le polyfluorure de vinylidéne. il - Composition selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte les constituants suivants: - 20 parties de poudre de magnésium, 80 parties d'hexachlorobenzène, - 20 parties de Liant constitué par l'acétate de polyvinyle. 12 - Composition selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte les constituants suivants: - 20 parties de poudre de magnésium, 80 parties d'hexachlorobenzène, - 20 parties de polyfluorure de vinylidène. 13 - Application d'une composition pyrotechnique selon l'une quelconque des revendications 1 & 12 & la réalisation de munitions fumigènes.