Brevet FR2599361A1 — publié le 19871204

La présente invention est relative à une composition pyrotechnique et à un inflammateur de sécurité comportant une telle composition. Dans le domaine de la pyrotechnie et du sautage, il est courant d'utiliser, en vue d'assurer la mise à feu de charges explosives, des inflammateurs électriques, allumeurs ou détonnateurs munis de tels inflammateurs. Dans le cas où ces éléments, préalablement à leur excitation en vue d'assurer la mise à feu, sont exposés à des rayonnements électromagnétiques parasites, notamment dans les installations militaires où ceux-ci peuvent être soumis à des champs électromagnétiques ou électriques résiduels, en environnement radar par exemple, il est nécessaire d'assurer une protection efficace de ces derniers contre les mises à feu intempestives occasionnées par les champs électriques induits dans les circuits d'excitation de ces éléments, ces champs bien que développant des tensions transitoires dans ces circuits, pouvant être suffisamment intenses et de durée suffisante pour provoquer une mise à feu intempestive de l'inflammateur. Un problème analogue apparat également du fait de l'accumulation possible de charges électrostatiques sur les parties métalliques de détonateurs ou générateurs degaz, ces charges créant alors des champs électrostatiques parasites susceptibles de provoquer une mise à feu intempestive. Afin de résoudre de tels problèmes on a proposé, notamment dans le cas de l'accumulation de de charges électrostatiques, d'ajouter aux dispositifs de protection courants tels qu'une résistance et une douille de ferrite, un manchon isolant permettant la décharge des champs accumulés par amor çage d'un arc électrique à travers ce manchon isolant. Un tel agencement a été décrit notamment dans la demande de brevet français publiée sous le numéro 2 422 138. De telles mesures, si elles peuvent donner satisfaction dans le cas où le détonateur est utilisé dans un environnement à faible niveau de champ électromagnétique résiduel, par exemple lors de l'utililisation de ces détonateurs pour des gonfleurs de sac pneumatique de protection pour véhicules automobiles et tendeurs ou enrouleurs de ceintures ou systèmes de sécurité, ne peuvent cependant pas convenir pour assurer une protection satisfaisante en environnement à haut niveau de champélectromagnétique résiduel. En outre, les éléments de construction supplémentaires nécessaires pour assurer cette protection augmentent considérablement le degré de complexité de réalisation de ce type d'inflammateur et en conséquence les coûts et prix de revient correspondants. Afin de satisfaire aux conditions d'utilisation en environnement à niveau de champ électromagnétique résiduel élevé, des conditions minimales de non déclenchement de tels inflammateurs électriques ont été définies comme devant correspondre à une excita tion-d'une puissance électrique de 1 watt sous une intensité électrique de 1 ampère pendant une durée de cinq minutes. Afin de satisfaire aux conditions imposées par la norme précitée, on a proposé des compositions pyrotechniques particulières présentant une inertie suffisante à l'inflammation. Cependant, ces compositions particulières présentent l'inconvénient de se comporter comme des substances inflammatrices, c'est-à-dire des substances dont la vitesse de propagation d'ignition est faible, plutôt que comme des substances explosives normalement utilisées dans les détonateurs. La présente invention a pour but la mise en oeuvre d'une composition pyrotechnique ne présentant pas les inconvénients précédemment décrits, ainsi que la réalisation d'un inflammateur électrique de sécurité répondant aux conditions établies par la norme précitée. La composition pyrotechnique objet de la présente invention est remarquable en ce qu'elle est constituée essentiellement par un mélange d'un explosif primaire de base et d'un matériau d'apport de forte conductibilité thermique. L'inflammateur électrique de sécurité, objet de l'invention, est remarquable en ce qu'il comprend une composition d'allumage constituée par la composition pyrotechnique précitée, la composition d'allumage étant disposée en contact direct de la face supérieure du corps d'inflammateur et de la résistance électrique du circuit électrique de l'inflammateur. L'invention trouve application dans les domaines de la pyrotechnique et du sautage ainsi que dans le domaine de la sécurité des transports aériens, terrestres, maritimes pour la mise en oeuvre de générateurs de gaz destinés sur alarme, à provoquer le gonflage d'éléments de sécurité gonflables et de tendeurs ou enrouleurs de ceintures ou systèmes de sécurité. Elle sera mieux comprise à la lecture de la description et t ltobservation des dessins ciaprès dans lesquels - la figure la représente une vue en coupe selon un-plan diamètral longitudinal d'un inflammateur électrique de sécurité, conforme à l'invention, - la figure lb représente une vue partielle de la figure la relative au corps d'inflammateur, - la figure Ic représente une vue de dessus du corps d'inflammateur représenté enfigure lb, - la figure 2 représente une vue en coupe selon un plan diamètral longitudinal d'un allumeur comportant un inflammateur tel que représenté en figures la, lb, lc, - les figures 3a et 3b représentent des diagrammes d'essais statistiques des inflammateurs selon l'invention, la figure 3a représentant le temps de mise à feu moyen en fonction de l'intensité d'alimentation de la résistance de l'inflammateur et la figure 3b représentant le pourcentage de mise à feu effective en fonction de l'intensité du courant d'alimentation de la résistance de l'inflammateur. Une description détaillée de la composition pyrotechnique, objet de l'invention, et de son mode de préparation sera tout d'abord donnée ci-après. Conformément à l'invention, la composition pyrotechnique est constituée en ses composants essentiels, par un mélange d'un explosif primaire de base et d'un matériau d'apport de forte conductibilité thermique. Par matériau de forte conductibilité thermique, on entend tout matériau dont la conductibilité thermique est supérieure à 2,00 Watt x cmi x K à température ambiante. Par explosif primaire, on entend tout explosif d'amorçage qui réagit sous une énergie d'excitation faible et avec une vitesse de détonation très grande. Conformément à l'invention, à l'explosif primaire de base, peut éventuellement être ajouté un explosif primaire d'appoint, l'explosif primaire d'appoint ayant pour effet de provoquer l'amorçage de l'ensemble constitué par l'explosif primaire de base et l'explosif primaire d'appoint dans de meil leures conditions. L'explosif primaire de base et/ou l'explosif primaire d'appoint peuvent être choisis parmi le grou pe des explosifs primaires tels que le fulminate de mercure, l'azoture de plomb, le tétrazène, le trini trorésorcinate de plomb également dénommé styphnate de plomb. Bien entendu, le groupe des explosifs pri maires précités n'est pas limitatif, d'autres explo sifs primaires pouvant également être utilisés, en par ticulier le diazodinitrophénol, les dérivés des furo xannes et les dérivés du tétrazol. Conformément à un mode de réalisation parti culièrement avantageux de la composition pyrotechnique, objet de l'invention, celle-ci peut être constituée par un mélange binaire de trinitrorésorcinate de plomb, à l'état cristallisé et une poudre de matériau d'apport. De préférence, le mélange constitué par le trinitroré sorcinate de plomb à l'état cristallisé et de la poudre de matériau d'apport présente une granulométrie moyenne inférieure à 40 tim et de préférence ayant une proportion prépondérante de granulométrie inférieure à environ 20 clam. Selon un mode de réalisation avantageux de la composition pyrotechnique, objet de l'invention, le matériau d'apport de forte conductibilité thermique est constitué par de l'aluminium. Tout matériau d'apport dont la conductibilité thermique est supérieure à -l -1 à 2,00 Watt x cm x K 1 à température ambiante, peut cependant être utilisé. En particulier, on pourra utiliser un matériau tel que le bronze au béryllium sous forme de poudre ou de billes, dont la granulométrie est inférieure sensiblement à 20fi. Toutefois, on tiendra compte, cependant, de la nature des explosifs primaires utilisés, afin de déterminer la nature du matériau d'apport et on pourra préférer comme matériau d'apport, l'aluminium au cuivre, en raison du risque d'instabilité de-certains explosifs primaires, en présence de ce dernier. A titre d'exemple non limitatif, la composition pyrotechnique, précédemment décrite, pourra comprendre de 40-x % à 70-x % en volume de trinitrorésorcinate de plomb et de 60 % à 30 % en volume de poudre d'aluminium. Le pourcentage complémentaire de x %,inférieur ou égal à 1 % en volume de la composition, pourra avantageusement être constitué par un liant, afin de donner à la composition-une consistance solide suffisante, permettant l'utilisation aisée de celle-ci, pour la mise en oeuvre d'inflammateurs de sécurité ou d'allumeurs électriques de sécurité, conformément à la présente invention, lesquels seront décrits ultérieurement dans la description. De préfé- rence, le liant utilisé peut être un liant organique, tel que la gomme arabique, à une concentration de 40 %. Une description des opérations de préparation d'un explosif primaire, tel que le trinitrorésorcinate de plomb et de la composition pyrotechnique, objet de l'invention, sera maintenant donnée de façon plus détaillée. En ce qui concerne la préparation du trinitrorésorcinate de plomb, les opérations correspondantes peuvent être menées par charges séparées, dans lesquelles des quantités équivalentes de solutions de trinitrorésorcinate de sodium par exemple, ou même de magnésium, et de nitrate de plomb, sont versées dans un réacteur. Le mélange obtenu dans le réacteur est maintenu à la température de travail appropriée et agité, la réaction entre les solutions de départ donnant naissance au trinitrorésorcinate de plomb, sous forme cristallisée. Le contrôle de la vitesse de réaction par les conditions de température du réacteur, l'agitation, le débit et la concentration des réactifs permettent de contrôler, de façon convenable, la vitesse de formation du trinitrôrésorcinate de plomb, et en particulier, la granulométrie de celui-ci. Par le contrôle des conditions réactionnelles précitées, il est ainsi possible d'obtenir une granulométrie moyenne des cristaux formés, inférieure ou égale à 40 am, avec un pourcentage de granulométrie à 20 zm prépondérant. Le mélange d'explosif primaire, tel que le trinitrorésorcinate de plomb et de poudre du matériau d'apport, de forte conductibilité thermique, tel que l'aluminium, peut ensuite être effectué par mélange des poudres constituant la composition, cellesci étant soumises à un malaxage, de façon à obtenir un mélange intime. Le mélange de poudre peut alors être stocké en milieu anhydre, dans les conditions habituelles, le liant organique pouvant être ajouté, extemporanément, lors de la mise en oeuvre de la composition pyrotechnique, pour la réalisation d'inflammateurs ou d'allumeurs. Une description détaillée d'un inflammateur électrique de sécurité et d'un allumeur comportant un tel inflammateur sera maintenant donnée en liaison avec les figures la, lb, Ic et 2 précitées. Conformément à la figure la, l'inflamma- teur électrique de sécurité, peut avantageusement comporterun corps d'inflammateur 1, muni de broches ou électrodes de connexion, notées 2, 3, et formant avec le corps d'inflammateur 1, une traversée étanche. Le corps d'inflammateur I peut être constitué en un alliage métallique approprié, la partie centrale de celui-ci,évidée, étant remplie par moulage, d'un matériau tel que du verre fritté, formant traversée étanche avec les électrodes 2 et 3. Une résistance électrique 4 constituée par un filament est connectée entre les deux broches 2 et 3. La résistance électrique 4 est disposée à la partie supérieure des électrodes, partie affleurant le corps d'inflammateur 1. La résistance électrique 4 est disposée au contact de la face supérieure 100, du corps d'inflammateur 1, face sur laquelle les broches affleurent. L'inflammateur comporte en outre une composition d'allumage 5, constituée par une composition pyrotechnique, telle que précédemment décrite, et dans laquelle le liant organique a été ajouté. La composition d'allumage 5 est disposée en contact direct de la face 100 supérieure du corps dtinflamma- teur, et de la résistance électrique 4. La composition d'allumage 5 est obtenue dans un tube portecomposition, noté 6, solidaire du corps d'inflammateur 1. En outre, une paroi absorbante 7 occulte le tube porte-composition 6, la paroi 7 étant disposée directement sur la surface libre de la composition d'alluma ge 5, en contact avec celle-ci. La paroi absorbante 7 peut, avantageusement, être constituée par une feuille de papier buvard. Ainsi qu'il apparait en outre en figure lb et en figure îc, la résistance électrique 4 est constituée par un filament 40 disposé en méandre autour de bossages 101, 102, disposés sur la face supérieure 100 du corps d'inflammateur. Le filament 40 peut être constitué par un filament de résistivité calibrée, normalement disponible dans le commerce, -la longueur du filament, c'est-à-dire en fait l'implantation des bossages 101, 102, par rapport aux électrodes 2,3 étant définie de façon à permettre la réalisation d'une résistance électrique de valeur déterminée.En particulier, les bossages 101, 102, seront avantageusement implantés par rapport aux électrodes 2, 3, de façon que le filament 40 étant enroulé en méandre autour des bossages, ainsi que précédemment décrit, la résistance électrique du filament, soit sensiblement égale à 1 Ohm, afin de permettre une alimentation satisfaisant aux conditions minimales de non déclenchement, précédemment décrites dans la description. Ainsi qu'il apparait en outre en figure lb, le corps d'inflammateur 1 peut comporter, de manière avantageuse, une embase 10 dont une face constitue la face supérieure 100 du corps d'înflammateur, en contact direct de la composition d'allumage 5, et de la résistance électrique 4. L'embase 10 peut avantageusement être constituée en un matériau plastique chargé de particules de bronze, afin d'assurer,par l'intermédiaire des broches de connexion 2 et 3, une bonne évacuation de la chaleur. Un allumeur électrique de sécurité comprenant un inflammateur tel que précédemment décrit, sera décrit en liaison avec la figure 2. Selon la figure précitée, l'allumeur peut comporter en plus de l'inflammateur décrit en liaison avec les figures la, lb, îc, une charge de poudre,notée 8, disposée sur la paroi absorbante 7, celle-ci étant prise en sandwich entre la charge de poudre 8 et la composition d'aDumage 5. Un capuchon 9 en matière synthétique, coiffe la charge de poudre et est engagé en butée sur un premier épaulement 103 du corps d'inflammateur 1. En outre, un capot métallique 11 est engagé sur un deuxième épaulement 104 du corps d'inflammateur, et permet d'assurer la cohésion mécanique de l'ensemble allumeur.Le capuchon 9 peut être constitué par exemple en un matériau plastique tel que le rilsan et le capuchon 11 peut être constitué en un alliage métallique présentant une élasticité suffisante, afin de permettre l'introduction à force de celui-ci, au niveau de l'épaulement 104 du corps d'inflammateur 1. Lors de la mise en oeuvre d'un allumeur tel que représenté en figure 2, une compression est exercée, lors de la mise en place de la charge de poudre 8 et du capuchon 9. Cette compression a pour effet, par une compression de l'ensemble, et notamment de la paroi absorbante 7 et de la composition d'allumage 5, de provoquer un pompage de l'humidité résiduelle contenue, soit danslacomposition d'allu-mage 5, soit dans la charge de poudre 8, et d'éviter après séchage, la formation a d'inclusions, par pré- sence de bulles d'air, notamment dans la composition d'allumage 5. Le fonctionnement d'un inflammateur électrique de sécurité et/ou d'un allumeur comportant un tel inflammateur, fonctionnement répondant aux conditions de non déclenchement précédemment décrites, est le suivant - En présence d'une tension de commande appliquée sur les électrodes 2 et 3, tension de com- mande suffisante pour assurer, en excès, l'alimen ation de la résistance 4, llénergie électrique dissipée par effet Joule dans la résistance, est suffisante pour provoquer l'amorçage de l'explosif primaire de base et/ou d'apport, contenu dans la composition d'allumage 5. Dans ce cas, le matériau d'apport de conductibilité thermique élevée ne joue pratiquement pas de rôle dans la fonction d'allumage, ce dernier étant normalement effectué. - En présence de tensions parasites sur les électrodes de commande 2 et 3, tensions dues par exemple, aux champs électromagnétiques résiduels précités, le niveau,en principe plus faibles de ces tensions résiduelles parasites et en tout cas sporadiques bien que pouvant avoir pour effet d'entraîner l'échauffement de la résistance 4, ne permet plus la mise à feu de la composition d'allumage 5, en raison de l'évacuation de la chaleur dégagée par la résistance 4 sous l'effet des tensions parasites, par le matériau d'apport de forte conductibilité thermique.On comprendra bien entendu que la granulométrie de la composition pyrotechnique, telle que définie précédemment, est particulièrement choisie de façon à permettre un bon degré de conductibilité thermique de l'en- semble, dans le dernier cas précité, alors qu'au contraire, la granulométrie de la composition permet l'amorçage de la composition d'allumage dans des conditions satisfaisantes. En outre, on comprendra également que la constitution particulière de l'embase 10, dans laquelle des particules de bronze ont été prévues, permet de mEme d'assurer une bonne évacuation de la chaleur provoquée par les tensions parasites induites, par l'intermédiaire des électrodes 2 et 3 notamment. Dans ce but, le tube porte-composition 6 peut également être.constitué par un matériau bon conducteur de la chaleur. On a représenté en figures 3a et 3b, des diagrammes d'essais statistiques d'inflammateurs ou allumeurs, tels que précédemment décrits. La figure 3a représente un diagramme dans lequel,en ordonnées, ontété portés les temps de mise à feu en milliseconde d'allumeurs tels que repré- sentés en figure 2, en fonction de l'intensité en ampère alimentant la résistance 4. La figure 3b représente en outre, un diagramme dans lequel, en ordonnées ont été portés des pourcentages de fonctionnement, c'est-à-dire des pourcentages de mise à feu d'allumeurs, tels que représentés en figure 2, en fonction de l'intensité alimentant la résistance 4. Les résultats d'essais représentés en figures 3a et 3b ont été réalisés pour des allumeurs tels que représentés en figure 2, présentant une section sensiblement circulaire de l'ordre de 9 mm, et une hauteur de l'ordre de 12 à 13 mm, les inflammateurs étant chargés avec une quantité de composition pyrotechnique, telle que décrite précédemment, comprise entre 50 et 70 mg. On pourra constater que, pour des intensités d'alimentation de la résistance 4 inférieures à 1,5 ampère sensiblement, le temps de mise à feu est sensiblement infini et le pourcentage de déclenchement ou de fonctionnement est nul, les inflammateurs et allumeurs, objet de l'invention, répondant en celà parfaitement aux conditions minimales de non déclenchement précédemment décrites. Bien entendu, le déclenchement à 100 % est obtenu avec une intensité d'alimentation suffisante, supérieure par exemple à 2,2 ampères. On a ainsi décrit une composition pyrotechnique d'un haut intérêt, permettant la mise en oeuvre d'inflammateurs électriques de sécurité et d'allumeurs contenant de tels inflammateurs de haute performance. Bien entendu, la liste des explosifs primaires susceptibles d'être utilisés, n'est pas limitative, et l'on pourra en particulier prévoir en outre, de manière avantageuse, REVENDICATIONS 1. Composition pyrotechnique, caractérisée en ce qu'elle est constituée, en ses composants essentiels, par un mélange d'un explosif primaire de base et d'un matériau d'apport de forte conductibilité thermique, supérieure à 2,00 Watt x cm 1 x K-l à température ambiante. 2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que, à l'explosif primaire de base, est ajouté un explosif primaire d'appoint. 3. Composition selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que l'explosif primaire de base et/ou d'appoint est choisi parmi le groupe du fulminate de mercure, de l'azoture de plomb, du tétrazène, du trinitrorésorcinate de plomb et analogues. 4. Composition selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle est constituée par un mélange binaire de trinitrorésorcinate de plomb à l'état cristallisé et d'une poudre de matériau d'apport, ledit mélange présentant une granulométrie inférieure à environ 40 m. 5. Composition selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le matériau d'apport de forte conductibilité thermique est l'aluminium. 6. Composition selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisée en ce qu'elle comprend de 40-x % à 70-x % en volume de trinitrorésorcinate de plomb et de 60 % à 30 % en volume de poudre d'aluminium, le pourcentage complémentaire x %, inférieur ou égal à 1 % en volume de la composition, étant constitué par un liant. 7. Composition selon la revendication 6, caractérisée en ce que le liant est un liant organique, tel que la gomme arabique. 8. Inflammateur électrique de sécurité, caractérisé en ce qu'il comporte - un corps d'inflammateur (1) muni de broches ou électrodes de connexion (2,3) et formant traversée étanche, - une résistance électrique (4) constituée par un filament connecté entre les deux broches à la partie supérieure de celles-ci affleurant le corps d'inflammateur, la résistance électrique(4) étant disposée au contact de la face supérieure(100) du corps d'inflamma- teur sur laquelle les broches affleurent, - une composition d'allumage (5) constituée par une composition pyrotechnique selon l'une des revendications 1 à 7 précédentes, la composition d'allumage (5) étant disposée en contact direct de la face (100) supérieure du corps d'inflammateur et de la résistance électrique (4) et contenue dans un tube porte composition solidaire du corps d'inflammateur (1), - une paroi absorbante(7) occultant le tube porte composition et disposée directement sur la surface libre de la composition d'allumage en contact avec celle-ci. 9. Inflammateur électrique selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite résitance électrique (4) est constituée par un filament (40) disposé en méandre autour de bossages (101,102) disposés sur la face rmpé- rieure (100) du corps d'inflammateur. 10. Inflammateur électrique selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisée en ce que ladite paroi absorbante (7) est constituée par une feuille de papier buvard. 11. Inflammateur selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisée en ce que le corps d'inflammateur (1) comporte une efibase (10) dont une face constitue la face supérieure (1cl) du corps d'inflammateur en contact direct de la composition d'allumage (i) et de la résistance électrique 14), ladite extase (10) étant constituée en un matériau plastique chargé de particules de bronze afin d'assurer, par l'intermédiaire des broches de connexion, une bonne évacuation de la chaleur. 12. Allumeur électrique de sécurité, caractérisé en ce qu'il comprend un inflammateur selon 1 'une des revendications 8 à il précédentes, ledit allumeur comprenant en outre - une charge de poudre (8) disposée sur la paroi absorbante (7), laquelle est prise en sandwich entre la charge de poudre (8) et la composition d'allumage (4), - un capuchon (s) en matière synthétique venant coiffer la charge de poudre et engagé en butée sur un premier épaulement (103) du corps d'inflammateur, - un capot métallique (11) engagé sur un deuxième épaulement(104)du corps d'inflammateur et permettant d'assurer la cohésion mécanique de l'ensemble allumeur.