Brevet FR2569305A1 — publié le 19860221

1. Contacteur électrique déclenchable par immersion, et dispositif pyro- technique utilisant un tel contacteur L'invention concerne d'une part un contacteur électrique, dont la fermeture est directement assurée par le milieu aqueux dans lequel est immergé le contacteur, et d'autre part un dispositif pyrotechnique, notamment un dispositif générateur de gaz actionnant un système pyro- technique, dont la mise à feu utilise un tel contacteur. Le contacteur comprend au moins deux électrodes placées à l'intérieur d'un bottier qui peuvent être électriquement reli6es par le milieu aqueux, ces électrodes étant connectées à un circuit électronique, comprenant de préf6rence au moins un thyristor, dont le seuil de déclenchement est atteint quand le milieu aqueux relie les deux électrodes, et, le dis- positif pyrotechnique déclenché par immersion comporte un tel contac- teur interposé entre une alimentation électrique et la résistance électrique interne à la composition sensible de mise à feu d'un système pyrotechnique. Les contacteurs électriques déclenchables par immersion sont connus, et par exemple le brevet US 3,739,673 décrit un contacteur qui est utilis6 au d6clenchement d'un coupe-cable pyrotechnique, ce contac- teur étant plus particulièrement représenté aux figures 3 et 4. Le contacteur décrit comprend notamment une coupelle rigide qui peut se d6placer axialement par rapport au corps du contacteur sous l'effet de la pression et qui comporte la lame mobile de contact qui est ini- tialement maintenue à distance de la lame fixe au moyen d'une entre- toise partiellement destructible. De tels contacteurs donnent toute satisfaction dans un domaine de pression élevée, notamment les 2. pressions engendrées par une explosion sous-marine, mais même en supprimant l'entretoise, ils ne permettent pas un déclenchement sous faible pression notamment à cause du frottement du joint d'étanchéité placé entre la coupelle rigide et le corps du contacteur. D'autres contacteurs électriques déclenchables par immersion sont également connus, et par exemple les brevets FR 2 025 679 et FR 2 025 680 décrivent des contacteurs qui sont utilisés au déclenchement d'un système pyrotechnique de gonflage automatique de gilets de sauvetage. Le contacteur ne forme pas un élément indépendant mais est intégré dans le dispositif pyrotechnique dont la surface intérieure du carter constitue l'une des bornes du contacteur, ce carter étant percé d'orifices libres permettant la pénétration et l'écoulement du milieu aqueux d'immersion. L'autre borne électrique du contacteur est une virole cylindrique disposée à l'intérieur du carter mais à une distance suffisante afin que l'humidité et les gouttes d'eau ne puissent établir un contact direct entre les deux bornes. Par contre, par condensation d'un air humide salin ou par exposition à des embruns, il se formera un film relativement très conducteur entre les deux bornes électriques, et pour éviter tout déclenchement intempestif, le circuit électronique d'un tel contacteur doit présenter un seuil de déclenchement élevé, mais la conductance d'un film d'eau salé peut être supérieure à la conductance d'une masse d'eau douce remplissant partiellement l'intérieur du carter, et il n'est pratiquement pas possible de régler le seuil de déclenchement pour présenter une fiabilité de fonctionnement correcte en atmosphère saline et en eau douce, de plus le remplissage partiel de l'intérieur du carter peut se produire dans le cas d'une forte pluie ou pire d'un simple crête de vague entrant en contact avec le dispositif pyrotechnique, surtout si celui ce n'est pas maintenu rigoureusement en position verticale. La présente invention a pour but de n'obtenir le déclenchement du contacteur qu'uniquement par une immersion totale de quelques secondes sous quelques décimètres d'eau, et cela quelle que soit l'orientation du dispositif pyrotechnique et quelle que soit la nature et la conduc- tance du milieu aqueux d'immersion, tout déclenchement intempestif 3. par projection ou ruissellement d'eau douce ou d'eau de mer étant impossible. La présente invention se caractérise en ce que d'une part le boîtier du contacteur électrique comporte au moins une ouverture obturée par un filtre de très faible porosité qui ne peut être traversé par le milieu aqueux que lorsque celui-ci est en surpression continue, le simple contact du milieu acqueux avec le filtre ne permettant pas à ce milieu de traverser ce filtre, et en ce que d'autre part les deux électrodes sont situées à proximité de la surface intérieure du filtre. La porosité à adopter dépend du matériau ou des matériaux constitutifs du filtre ainsi que de la structure de ce filtre qui peut être notam- ment en matériau fritté ou en matériau fibreux. Les fournisseurs de filtres ne disposent pas toujours des données permettant de sélec- tionner les filtres pouvant convenir dans le cadre de la présente invention, et cette sélection dépend elle-même de la surpression ad- missible pour que le milieu aqueux traverse le fluide dans les délais nécessaires, la sélection étant d'autant plus rigoureuse que cette surpression est faible. Seuls les filtres à très faible porosité peuvent être utilisés, mais lorsque le milieu aqueux doit traverser le filtre avec une surpression inférieure à 0,1 bar en moins de 10 secondes, il est souhaitable d'effectuer un double test de permé- abilité du filtre. Le premier test consiste à placer horizontalement le filtre sous un pommeau de douche, situé à 2-mètres au dessus, et dont le calibrage des trous et le débit correspondent à une forte pluie d'orage; dans ces conditions les plus défavorables, l'eau ne doit pas traverser le filtre, même après une demi-heure de pluie artificielle. Le second test beaucoup plus simple et beaucoup plus répétitif consiste à immerger à une profondeur donnée dans le milieu aqueux un récipient transparent dont la seule ouverture est obturée par le filtre, et à constater la durée au bout de laquelle les goutte- lettes apparaissent sur la face interne du filtre, la détection de cette apparition pouvant être facilitée par un très léger dépôt partiel sur cette face interne d'un réactif virant de couleur en présence d'eau. 4. Préférentiellement le filtre présente une porosité de quelques micro- mètres et ne peut être traversé par le milieu aqueux que lorsque rn1iiici est à une pression dont la valeur est supérieure d'au moins 0,01 bar à la valeur de la pression qui règne dans le chambre interne du contacteur, ce filtre comportant au moins une couche de matériau fritté ou une couche de matériau fibreux, notamment des fibres de polymères,les filtres mixtes pouvant très bien convenir. Afin d'améliorer la fiabilité du détecteur, les électrodes sont sensiblement parallèles à la surface intérieure du filtre et la distance entre les électrodes est inférieure à 2 millimètres afin qu'une simple goutte puisse établir le contact, la distance entre les électrodes et cette surface intérieure étant elle-même inférieure à 3 ou 4 millimètres, le contact pouvant être ainsi établi alors que les gouttes du milieu aqueux ne sont pas encore totalement formées sur cette surface intérieure et adhérent encore à cette surface. Avantageusement, d'une part les deux électrodes sont ramifiées et imbriquées parallèlement l'une à l'autre, afin que le contact puisse être établi en n'importe quelle zone d'apparition des gouttes du milieu aqueux sur la surface intérieure du filtre, et d'autre part la distance entre les électrodes et cette surface intérieure est ré- glable, notamment par vissage. Une forme de réalisation particulièrement avantageuse consiste en ce que les électrodes appartiennent à un même circuit imprimé, chaque électrode pouvant être constituée par un élément périphérique en demi-cercle, un élément sensiblement radial et un faisceau de rami- fications sensiblement parallèles. Le circuit électronique peut alors directement être disposé sur la face du circuit imprimé opposée à la face portant les électrodes, notamment lorsque ce circuit est réduit à un thyristor et un condensateur. Plus particulièrement le bottier du contacteur est dimensionné de manière à ce que le rapport (V/S) entre le volume de la chambre in- terne du contacteur et la surface totale d'ouverture du bottier soit 5. inférieur à 6, une large ouverture facilitant la pénétration du milieu aqueux d'immersion, qui est limitée par la contrepression qui règne dans la chambre interne puisque l'air interne se comprime lors- que le contacteur est plongé dans un milieu aqueux. Un faible volume de la chambre interne est suffisant, et un volume inférieur à 10 cm3 permet pratiquement d'obtenir toutes les pressions de déclenchement entre 0,01 bar et quelques bars, en choissisant un filtre plus épais et de plus faible porosité pour les pressions les plus élevées, et en adaptant la distance entre les électrodes et la face interne du filtre pour les pressions les plus basses. La présente invention concerne également un dispositif pyrotechnique déclenché par immersion, qui comporte une alimentation électrique et un système pyrotechnique,notamment un mécanisme pyrotechnique ou un ensemble générateur de gaz, dont la composition sensible est mise à feu au moyen d'une résistance électrique interne, et qui se caracté- rise en ce que le contacteur électrique déclenchable par immersion présente les caractéristiques techniques mentionnées ci-dessus. Préférentiellement pour cette application particulière,le bottier du contacteur, d'une part constitue le logement d'une pile électrique, et d'autre part comporte un alésage dans lequel est positionnée la charge pyrotechnique, cet alésage se prolongeant par un orifice d'échappement des gaz de combustion de la charge pyrotechnique vers le système pyrotechnique. Avantageusement le boîtier du contacteur est constitué par deux élé- ments cylindriques montés l'un dans l'autre et la pile électrique est fixée dans l'élément intérieur du bottier par un surmoulage de matière isolante qui permet simultanément le calage et l'étanchéite nécessaire. Les avantages obtenus grâce à cette invention consistent essentiel- lement en ce que le contacteur présente sensiblement les mêmes carac- téristiques de déclenchement quelle que soit la nature du milieu aqueux, eau douce ou eau de mer, puisque c'est la surpression continue 6. de ce milieu aqueux qui permettra le déclenchement, une telle parti- cularité étant avantageuse notamment pour les gilets de sauvetage des aviateurs ou des parachutistes dont les dispositifs pyrotechniques de gonflage doivent pouvoir être actionnés quelle que soit la nature du milieu aqueux. Dans cette application il est également particulièrement avantageux que le contacteur électrique ne déclenche pas le gonflage du gilet de sauvatage si le parachutiste ne fait qu'atterrir dans une zone d'eau de faible profondeur, d'o l'intérêt de l'invention qui ne permet un déclenchement que si une surpression continue équivalente à 50 cm ou 1 m d'eau est atteinte. La condition d'application d'une surpression continue, même si elle n'est que de 5 ou 10 secondes est particulièrement avantageuse,puisqu'elle permet par exemple, soit d'éviter que le gilet de sauvetage d'un marin ne soit automatiquement gonflé dès qu'une crête de vague le percute, ou qu'un dispositif dé- clenchable par immersion ne soit actionné par une pluie violente, et cela quelle que soit l'orientation du détecteur et du dispositif. Le contacteur selon l'invention évite donc tout déclenchement intem- pestif tout en permettant de régler les principales conditions de déclenchement qui sont la valeur de la surpression du milieu aqueux de déclenchement et la durée d'application de cette surpression. Dans ce qui suit, l'invention est exposée plus en détail à l'aide d'un dessin représentant deux modes particuliers d'exécution, pour lesquels: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un perforateur pyrotechnique équipé d'un contacteur électrique déclenchable par im- mersion, - la figure 2 est une vue en coupe axiale d'un contacteur élec- trique indépendant déclenchable par immersion, - la figure 3 correspond au schéma électrique du perforateur pyrotechnique représenté à la figure 1, la figure 4 est une vue de face partielle du circuit imprimé formant les électrodes des contacteurs représentés aux figures 1 et 2. 7. La figure 1, qui correspond à l'application préférentielle du con- tacteur électrique selon l'invention, représente un dispositif par- ticulier permettant de perforer l'opercule d'une réserve de gaz pres- surisé, qui n'est pas représentée,mais qui est vissée dans le file- tage (15) du système récepteur (12 b) représenté en traits interrompus L'ensemble de cette figure 1 représente un perforateur pyrotechnique déclenchable par immersion particulièrement adapté pour être utilisé avec un gilet de sauvetage gonflable automatiquement en cas d'immersion suffisante. Le boîtier (3) est constitué par un premier élément cylindrique inté- rieur (3 a) emmanché dans un second élément cylindrique (3 b), ces deux éléments fixés l'un A l'autre ménageant une chambre interne (6) qui s'étend transversalement sous le couvercle (3 c) du bottier. Ce couvercle qui est collé ou soudé par friction sur l'élément intérieur (3 a) enserre le filtre (5) qui comporte deux disques de matériau poreux, le disque extérieur étant une membrane en acier inoxydable dont la porosité moyenne est de 15 micromètres, et le disque intérieur étant un feutre de fibres de polytétrafluoroéthylène compactées. L'élément intérieur (3 a) du bottier est obturé par un circuit im- primé (7) en forme de disque qui adhère A la résine bi-composant de remplissage (8). Cette résine immobilise et fixe d'une part le cir- cuit électronique (4) monté sur la face interne de ce circuit imprimé, et d'autre part une pile cylindrique (11) lithium/MnO2 délivrant une tension d'environ 3,3 V, le cablage entre tous ces éléments actifs étant défini à la figure 3, et les deux conducteurs (9 a) et (9 b) de raccordement sortant de la résine de remplissage (8). Ces deux conduc- teurs sont raccordés à un allumeur (12 a) constitué par un inflamma- teur dont la perle de composition sensible enrobe le filament (13 - fig. 4) de mise à feu, et par de la poudre génératrice de gaz contenue dans une enveloppe métallique. L'allumeur (12 a) est logé dans l'alésage axial des deux éléments cylindriques (3 a) et (3 b) du bottier, les trois pièces constitutives de ce bottier étant réalisées en polyamide chargée en fibre de verre, et l'élément extérieur (3 b) du bottier est vissé dans le mécanisme récepteur (12 b) qui est métallique et qui est pourvu d'un orifice d'échappement (10) des gaz de combustion, temporairement obturé par un opercule. La distance 8. entre la surface supérieure du circuit imprimé (7) sur laquelle sont disposées les électrodes, et la surface inférieure de la couche fi- breuse du filtre (5) est de 2 mm, et les deux composants fixés sur la face inférieure de ce circuit imprimé sont un thyristor (4 a) et un condensateur (4 b). En se reportant à la figure 3, le thyristor (4 a) se comporte comme un interrupteur de puissance qui peut être déclenché quand on applique une tension positive à sa gachette, même avec une très petite puis- sance de gachette, les courants d'amorçage selon les thyristors étant de l'ordre de 0,2 à 0,5 mA. Le condensateur (4 b) présente une capa- cité de 1 nanofarad et les électrodes (1) et (2) du circuit imprimé sont ramifiées et imbriquées parallèlement l'une A l'autre, la résis- tance (13) correspondant au filament interne à la composition pyro- technique sensible. La figure 4 précise la disposition particulière des électrodes ménagées sur le circuit imprimé (7) chacune de ces électrodes étant constituée par un élément périphérique en demi cercle (la, 2a) un élément sensiblement radial (1 b, 2 b) et un faisceau (lc, 2c) de ramifications parrallèles qui sont espacées de l mm. En période de non utilisation l'ouverture du bottier (3) du perforateur pyrotechnique est avantageusement protégée par un couvercle (non re- présenté), la porosité du filtre étant une condition de fonctionnement importante qui implique la propreté de ce filtre. En position opéra- tionnelle, le perforateur est dans l'état représenté à la figure 1, son orientation pouvant être absolument quelconque. En cas de pluie, même violente, la très faible porosité du filtre qui est dans l'exemple de 15 à 30 jm, pour une épaisseur totale de 2 mm, empoche toute péné- tration de l'eau au travers de ce filtre. En cas d'immersion A une profondeur de 10 cm, l'eau ne pénètre que partiellement et très len- tement dans le filtre et aucun déclenchement du perforateur ne se produit dans les dix minutes qui suivent. Par contre, en cas d'immersion A plus de 30 cm le déclenchement se produit, et A 60 cm de profondeur, le perforateur se déclenche dans un délai de 5 A 10 secondes qui cor- respond au temps nécesaire pour qu'au moins une goutte d'eau se forme partiellement à la surface interne du filtre et touche deux ramifications 9. contigies des électrodes, ce contact de très faible conductance étant suffisant pour déclencher le thyristor (4 a) qui relie alors la pile (11) au filament (13) de mise à feu. Les gaz de combustion de l'al- lumeur (12 a) rompent alors l'opercule de l'orifice d'échappement (10) et propulsent l'axe biseauté (16) dont la pointe déchire l'oper- cule de la réserve de gaz comprimé solidarisée au perforateur au moyen du filetage (15), ce gaz comprimé s'échappant par un réseau de tubulures vers un dispositif d'utilisation tel qu'un gilet de sauve- tage gonflable. La figure 2 est spécifique à un contacteur électrique non intégré dans un dispositif pyrotechnique, ce contacteur indépendant étant très facilement réglable, d'une part en faisant varier la distance entre la surface interne du filtre (25) et le réseau d'électrodes du circuit imprimé (27), et d'autre part au moyen d'un jeu de filtres présentant différentes porosités échelonnées entre 3 et 50 micro- mètres. Selon une variante de réalisation, la chambre interne (26) pourrait être à volume variable, ce qui permettrait un réglage supplé- mentaire de la profondeur et du temps d'immersion pour fermer le contacteur électrique, cette chambre variable pouvant être réalisée au moyen d'un bottier (23) en deux parties qui se visseraient l'une dans l'autre et qui seraient munies d'un joint torique d'étanchéité. Selon l'exemple de la figure 2, le bottier (23) du contacteur est monobloc et métallique et comporte, d'une part en partie haute un filetage interne dans lequel est monté le support du filtre (25), et d'autre part en partie basse un obturateur isolant qui surmoule les deux broches (30 a) et (30 b) de connexion du contacteur. Les élec- trodes présentent la même disposition que celle décrite prédédemment en référence à la figure 4, mais le circuit imprimé (27) présente une forme de coupelle dans laquelle prennent place le thyristor (4 a) le condensateur (4 b) et les cablages. Le schéma électrique correspond à celui de la figure 3, les broches (30 a) et (30 b) se situant de part et d'autre de l'ensemble constitué par l'alimentation électrique (11) et par les éléments utilisateurs (13). 10. Revendications 1. contacteur électrique déclenchable par immersion, comprenant au moins deux électrodes (1) et (2) placées à l'intérieur d'un bottier (3,23) pouvant être électriquement reliées par le milieu aqueux dans lequel le contacteur est immergé, ces électrodes étant connectées à un circuit électronique (4), comprenant de préférence au moins un thyristor (4 a), dont le seuil de déclenchement est atteint quand le milieu aqueux relie les deux électrodes (1) et (2), caractérisé en ce que d'une part le bottier (3) comporte au moins une ouverture obturée par un filtre de très faible porosité (5,25) qui ne peut être tra- versé par ce milieu aqueux que lorsque celui-ci est en surpression continue, le simple contact du milieu aqueux avec le filtre ne per- mettant pas à ce milieu de traverser ce filtre, et en ce que d'autre part les deux électrodes (1) et (2) sont situées à proximité de la surface intérieure du filtre (5). 2. Contacteur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filtre (5,25) présente une porosité de quelques micromètres et ne peut être traversé par le milieu aqueux que lorsque celui-ci est à une pression dont la valeur est supérieure d'au moins 0,01 bar à la valeur de la pression qui règne dans la chambre interne (6,26) du contacteur. 3. Contacteur électrique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le filtre (5,25) comporte au moins une couche de matériau fritté. 4. Contacteur électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le filtre (5,25) comporte au moins une couche de matériau fibreux. 5. Contacteur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les électrodes (1) et (2) sont sensiblement parallèles à la sur- face intérieure du filtre (5,25) 1i. 6. Contacteur électrique selon l'une des revendications 1 ou 5, caractérisé en ce que la distance entre les électrodes (1) et (2) est inférieure à 2 millimètres. 7. Contacteur électrique selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que les électrodes (1) et (2) sont ramifiées et imbriquées parallèlement l'une à l'autre. 8. Contacteur électrique selon la revendication 5, caractérisé en ce que la distance entre les électrodes (1) ou (2) et la surface inté- rieure du filtre (5,25) est inférieure à 3 millimètres. 9. Contacteur électrique selon la revendication 5, caractérisé en ce que la distance entre les électrodes (1) ou (2) et la surface inté- rieure du filtre (5,25) est réglable. 10. Contacteur électrique selon la revendication 7 caractérisé en ce que les électrodes (1) et (2) appartiennent à un même circuit imprimé (7,27). 11. Contacteur électrique selon la revendication 10, caractérisé en ce que chaque électrode (1) et (2) est constituée par un élément périphérique en demi-cercle (la, 2a), un élément sensiblement radial (lb, 2b) et un faisceau (lc, 2c) de ramifications sensiblement paral- lèles. 12. Contacteur électrique selon la revendication 10, caractérisé en ce que le circuit électronique (4) est directement disposé sur la face du circuit imprimé (7) opposée à la face portant les-électrodes (1) et (2). 13. Contacteur électrique selon la revendication 12, caractérisé en ce que le circuit électronique (4) est réduit à un thyristor (4 a)-et un condensateur (4 b). 14. Contacteur électrique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le rapport (V/S) entre le volume de la chambre 12. interne (6) du contacteur et la surface totale d'ouverture du bottier (3) est inférieur à 6. 15. Contacteur électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le volume de la chambre interne (6) est inférieur à 10 cm3. 16. Dispositif pyrotechnique, comportant un contacteur électrique déclenchable par immersion, une alimentation électrique (11) et un système pyrotechnique (12 a, 12 b) dont la composition sensible est mise à feu au moyen d'une résistance électrique interne (13), carac- térisé en ce que le contacteur électrique déclenchable par immersion est conforme à l'une des revendicatons précédentes. 17. Dispositif pyrotechnique selon la revendication 16, caractérisé en ce que le bottier (3) du contacteur constitue le logement d'une pile électrique (11). 18. Dispositif pyrotechnique selon l'une des revendications 16 ou 17, caractérisé en ce que le boîtier (3) du contacteur comporte un alésage dans lequel est positionné le chargement pyrotechnique (12 a), cet alésage se prolongeant par un orifice d'échappement des gaz de combustion de la charge pyrotechnique vers le système récepteur (12 b). 19. Dispositif pyrotechnique selon l'une des revendications 16 à 18, caractérisé en ce que le bottier (3) du contacteur est constitué par deux éléments cylindriques (3 a) et (3 b) montés l'un dans l'autre. 20. Dispositif pyrotechnique selon la revendication 19, caractérisé en ce que la pile électrique (11) est fixée dans l'élément intérieur (3 a) du boîtier par un surmoulage de matière isolante (14).