Brevet FR2611699A1 — publié le 19880909

Dispositif de transmission, d'activation et de temporisation non-électrique et non-explosif Les dispositifs de transmission et d'activation déjà connus transmettent la détonation d'une amorce ou d'une charge explosive à une deuxième charge explosive située à une distance souhaitée. Les dispositifs actuels transmettent ou renforcent une onde de percussion à travers un tube qui transfère lténergie depuis le point d'application de l'onde de percussion, généralement produite par la détonation d'un détonateur primaire, jusqu'a l'autre extrémité du tube. L'onde de percussion est utilisée pour activer une amorce ou un détonateur dont l'action est très similaire à celle d'un cordeau détonant dans la mesure où son intérieur est hautement explosif. Les dispositifs déjà existants présentent de nombreux inconvénients. La face intérieure des tubes est remplie d'une substance hautement explosive, telle que le tétranitrate de pentaerythritol (PETN), qui provoque, lors de la détonation, un transfert d'énergie presque instantané. La détonation d'une substance hautement explosive déforme le tube conducteur car ce dernier est parcouru par une onde de détonation. Si le tube conducteur est bosselé ou étranglé, l'onde de détonation est arrêtée aux points d'étranglement. D'autre part, l'onde de percussion est neutralisée si le tube conducteur a été perforé, étranglé ou fortement bosselé par un agent extérieur.L'onde de percussion peut également être neutralisée si la continuité de la couche hautement explosive disposée à l'intérieur du tube conducteur est interrompue ; si celui-ci est coudé ou soumis à une forte pression par un agent extérieur ; s'il est fixé solidement ; s'il est muni d'un manchon en matériau élastique, par exemple en caoutchouc ; ou encore si le tube conducteur est fortement coudé, ce qui est souvent le cas lorsque l'on effectue un perçage à proximité d'une capsule explosive insérée dans une cartouche d'explosif par suite de l'accumulation de matériau hautement explosif tombé de la couche intérieure du tube. Enfin, l'explosif peut également s'accumuler dans les coudes, perforer le tube au moment de la détonation et provoquer la panne de l'ensemble du dispositif d'activation. L'un des inconvénients les plus graves constatés lors de l'utilisation des tubes anciens (déjà existants) réside dans l'incer titude quant à la vitesse de combustion. Le vitesse linéaire de détonation d'un cordeau détonant traditionnel varie entre 6.000 et 8.000 m/s, comme indiqué dans les brevets U.S.-A-3.590.739 de Person et U.S.-A-4.402.270 de McCaffrey. La présente invention supprime totalement tous les inconvénients indiqués, car le support du matériau à déposer peut être une quelconque conduite à même de permettre l'adhérence des mélanges pyrotechniques utilisés, sans se soucier des rapports entre les diamètres intérieurs et extérieurs, ni des restrictions inhérentes à la nature des matériaux pyrotechniques utilisés. L'intérêt des mélanges pyrotechniques est qu'ils sont non-explosifs et plus fiables lors des manipulations et des opérations de mélange, ce qui permet d'obtenir un produit extrêmement homogène, sans perte de ses propriétés cohésives. Ainsi, les températures de déflagration des mélanges pyrotechniques utilisés avec cette invention sont de l'ordre de 500 OC, et leur vitesse linéaire de combustion est faible, de 1.210 m/s au maximum. Cette invention utilise les substances chimiques habituelles des mélanges pyrotechniques associées à d'autres substances qui facilitent les processus de mélange et de déflagration, ce qui permet d'adapter le mélange final à l'objectif souhaité. Les mélanges pyrotechniques peuvent en effet être composés d'une très grande variété de substances. La présente invention concerne un dispositif de transmission et d'activation, du type à cordeau, non-électrique et non-explosif, qui utilise un procédé de propagation d'un plasma gazeux produit par la déflagration d'un matériau pyrotechnique déposé à l'instar d'une couche contre la face intérieure d'une conduite, ou mieux d'un tube. Ce dispositif d'activation transfère l'énergie produite par une source instantanée de chaleur d'une extrémité à l'autre du tube. Plus particulièrement, cette invention concerne l'art des explosifs dans la mesure où elle utilise des dispositifs en forme de tube non-électriques et non-explosifs et des mélanges pyrotechniques. La présente invention apporte à l'art des explosifs un perfectionnement technique car elle permet de réduire les coûts de base, d'étendre l'éventail des applications, de limiter les risques d'accidents et de disposer d'un large choix de vitesses de combustion faibles et contrôlées, ce qui n'était pas possible avec les dispositifs de percussion dans les tubes du type à cordeau ou les éléments cnnduCteurs d'ondes de choc ou d'impact, décrites dans l'art antérieur. Le dispositif de transmission et d'activation, du type à cordeau, non-électrique et non-explosif ou le dispositif de temporisation non-électrique et non-explosif utilisé dans le cadre de la présente invention consiste en un tube creux dont l'intérieur est revêtu de mélanges pyrotechniques tout en ménageant un passage pour le plasma. Le tube creux, ou la conduite de support, peut être réalisé en un quelconque matériau approprié, de préférence en un matériau capable de résister, sans se casser ni se déformer, au passage du plasma gazeux. Parmi les matériaux qui peuvent être utilisés, on citera, sans pour autant que cette liste ne soit limitative, le chlorure de polyvinyle, les polyoléfines, le caoutchouc ou autres matériaux similaires. Il est également possible d'utiliser des matériaux rigides, tels que le verre ou la céramique. La section de la conduite ou du tube creux peut être très variable, entre 0,19 et 78,50 mm2, ce qui correspond à un tube de section circulaire d'un diamètre intérieur con-pris entre X,5 et 10 mn. L'utilisation d'un nombre élevé de mélanges pyrotechniques permet de disposer d'une grande variété de vitesses de propagation du plasma gazeux produit par la déflagration des mélanges pyrotechniques logés a l'intérieur du tube support. La vitesse de propagation est Cssentiellement fonction des mélanges pyrotechniques choisis et de l'homogénéité du mélange, car la quantité utilisée pour le revêtement intérieur du tube conducteur n'a pratiquement aucune influence. L'épaisseur de la couche du revêtement pyrotechnique est un élément essentiel au niveau des opérations de manutention dri plasma à l'intérieur du tube. En effet, il est conseillé d'utiliser des charges de revêtemnt pyrotechnlque dont la nasse surfacique est comprise entre 0,1 k/mw et 4 x 10 4 k/m-. ïs iee mélanges pyrotechiques appropriés peuvent être utilisée dans le cadre de la présente invention. La vitesse de dét? gration des mélanges pyrotechniques et le dispositif d'activation du type à cordeau de cette invention sont fonction des mélanges pyrotechniques choisis. La détermination de la vitesse de déflagration des mélanges pyrotechniques dans le dispositif d'activation nous incite à nous en servir comme d'un dispositif de temporisation, par exemple une amorce de temporisation avec un grand choix de vitesses de combustion et de conductions d'ondes thermiques ou de plasmas. I1 a été calculé que la vitesse linéaire de combustion des mélanges pyrotechniques est comprise entre 500 et 1.210 m/s. I1 est également possible d'utiliser des mélanges pyrotechniques ayant des vitesses de combustion différentes dans des segments distincts des dispositifs de la présente invention, de sorte que les mélanges pyrotechniques dont la combustion est plus lente jouent le rôle d'un système de temporisation. Les mélanges pyrotechniques produisent d'importantes quantités de gaz et de chaleur au cours de leurs réactions de combustion, et cette propriété est exploitée dans le cadre de la présente invention pour permettre au plasma de se maintenir et de se propager à l'intérieur du tube. Des substances génératrices de gaz peuvent être utilisées pour renforcer le plasma se propageant à l'intérieur du tube. Le plasma peut être produit selon les méthodes les plus diverses, à la condition qu'elles assurent d'importantes quantités de chaleur sans interruption et sur de courtes durées. On utilise avantageusement une capsule détonante pour activer le plasma dans le tube. L'énergie est transférée depuis le point d'application jusqu'au détonateur récepteur grâce au transfert de chaleur réalisée par le plasma gazeux dans la charge primaire de ce même détonateur.Les dispositifs de cette invention sont insensibles à l'électricité statique, aux courants parasites, au feu et aux chocs, le type de mélange pyrotechnique utilisé étant quant à lui sans importance. Les mélanges pyrotechniques sont composés de combustibles, d'oxydants et d'agglomérants. Parmi les combustibles, on peut citer, sans que cette énumération soit limitative : les poudres telles que le magnésium, l'aluminium, le silicium, le bore, le titane, le manga nèse, le molybdène, le tungstène, le plomb, le sélénium, ainsi que leurs combinaisons et alliages.Parmi les oxydants on peut citer, sans que cette énumération soit limitative, les sels qui dégagent de l'oxygène pendant leur décomposition. tels que le nitrate de sodium, le nitrate de potassium, le nitrate de baryum, le chlorate de potas sium, Le sulfate de calcium et autres ; des oxydes tels que le chro- mate de baryum, l'oxyde de fer (Fe304), le bichromate de potassium et autres ; enfin, des éléments contenant de l'oxygène à l'état libre 'tels que le soufre, et des composés halogènes tels que les polymères de fluor carbone. Parmi les agglomérants susceptibles d'être utilisés on peut citer, sans que cette énumération soit limitative, les dextrines, Les caoutchoucs et les solutions polymérisées. Les substances choisies pour obtenir des mélanges pyrotechniques doivent être soumises à des techniques de mélange appropriées qui, selon les substances utilisées, se feront en milieu liquide, so lide ou pâteux afin que les mélanges finis soient obtenus sans perte des propriétés cohésives nécessaires aux effets de la présente invention, à savoir que le mélange pyrotechnique, sous sa forme définitive, doit adhérer à la face intérieure du cube creux ou de la conduite de support. Les expériences décrites ci-après ont pour objet d'illustrer les buts de I'invention et ne sont en aucun cas limitatives. EXEMPLE N0 1 Un mélange pyrotechnique a été avantageusement préparé avec un mélange d'aluminium en poudre (d = 2,7 x 1G3 kg/w3), de bichromate de potassium (d = 2,69 x 1O3 kg/m3) et de sulfate de fer ammoniacal (d = 1.86 x 1C3 kg/m3) en présence d'une quantité suffisante d'alcool échylique pour obtenir deux phases solide-liquide distinctes. Le mélange a été préparé à la température ambiante jusqu'a ce qu'il reste 2 X de solvant. Le mélange a été déposé en soufflant dans des tubes en PVC - cristal dc 3 et, respectivement, 8 mm de diamètre intérieur. Chacun des tubes présentait une masse surfacicue d'environ 2,3 x i- kç./m2, correspondant respecrivement à une masse linéiquede charge de 2,7 x 10-6 et 57,8 x 10-6 kg/m. Les deux tubes ayant été activés par des amorces n' 8, les vitesses de déflagration relevées dont été les sui vantes : 1.000 m/s pour le tube de diamètre inférieur et 1.t ) m s pour le tube de diamètre supérieur. EXEMPLE COMPARATIF N lA Un mélange pyrotechnique à base de bichromate de potassium et d'aluminium a été préparé de la même manière que dans L'exemple précédent, et déposé à l'intérieur d'un tube en PVC d'un diamètre intérieur de 8 mm, en vue d'obtenir une masse linéique de charge de 6 x kg/m, soit seulement 2,39x10-4 kg/m. Le plasma gazeux résultant de la déflagration du mélange pyrotechnique dans le tube ne pouvait pas être maintenu. EXEMPLE N 2 Un mélange pyrotechnique à base de bichromate de potassium, d'aluminium et de sucre a été préparé en présence d'une quantité d'acétone juste suffisante pour préparer une pâte bien mélangée qui a ensuite été séchée. Le mélange pyrotechnique a été déposé à l'intérieur d'un tube en PVC d'un diamètre intérieur de 1,5 mm, en vue d'obtenir une tasse surfacique de charge de 2,1x10 ke"-a , correspondant à 10-5 kg/m.Le plasma gazeux résultant de la déflagration du dispositif de transmission du mélange pyrotechnique préparé a été actionné au moyen d'une capsule détonante n' 8 et la vitesse de déflagration relevée a été de 1.200 m/s. EXEMPLE N 3 Le même mélange que celui de l'Exemple n0 2 a été déposé contre la face intérieure d'un autre tube de même diamètre, mais cette fois la densité de charge était de 3,57 x 10-3 km/m, correspondant à 17 x 1C 6 k? nar mètre linéaire de tube. 68 vitesse de déflagration du mélange pyrotechnique dans ce tube a été de 1.180 m/s. EXEMPLE NO 4 Un mélange pyrotechnique a été avantageusement préparé avec de I'oxyde de plomb1 du zircone, du pentoxyde de vanadium, du sili- cium et du bore amorphe. Ce mélange a ensuite été adapté aux objec- tifs de la présente invention et soumis à plusieurs opérations de me-- lange successives dans des milieux liquides, solides et pateux en vue d'obtenir la cohésion nécessaire. Le mélange pyrotechnique ainsi obtenu a été soigneusement déposé contre la face intérieure d'un tube en polyéthylène haute densité d'un diamètre intérieur de 2 mm, afin de recevoir une masse surfacique de charge de 2,3 x 10- k/r'. correspondant à 14,4 x 10kg/m. Un tube revêtu sur sa face intérieure d'un mélange pyrotechnique a été préparé de la même manière que dans l'Exemple n 2 et ensuite raccordé au tube indiqué au paragraphe précédent au moyen d'un manchon en caoutchouc. On a ainsi obtenu un seul tube, concentrique, revêtu de deux types différents de mélanges pyrotechniques, de 2 di - mètres intérieurs différents, dont les 2 tronçons raccordés étaient constitués de 2 matériaux différents. Dans la conduite de support ainsi constituée il a été relevé une vitesse de déflagration de 820 m/s dans le tronçon en polyéthylène haute densité, et de 1.21j m/s dans le tronçon identique à celui de l'Exemple n 2. EXEMPLE Nc 5 Un plasma gazeux a été obtenu par la déflagration de mélange ges pyrotechniques logés à I'intérieur d'un élément dont la conduite de support était un tube en latex d'un diamètre intérieur d'environ 1,8 mm. Le mélange pyrotechnique déposé à l'intérieur était constitué d'aluminium, de permanganate de potassium, d'oxyde de plomb et de sucre commun, convenablement mélangés et déposés contre la face inté- rieure du tube avec une masse surfacique de charge de 2 X 1n m2, correspondant à une charge de 11,3 x 10-6 kg par mètre de conduite. Un filament en alliage de nickel-chrome d'une résistance ohmique très faible a ensuite été monté à l'une des extrémités et un couran de 11U V, produit par une source de courant alternatif de 30 A, 1ui a été appliqué. Le plasma ainsi produit s'est propagé dans le tube en latex et a brûlé et perforé un morceau de papier de C,QS knlm qui avait été placé à l'extrémité opposée de celle ou le plasma avait été acti vé. EXEMPLE NO 6 Un élément conducteur de mélanges pyrotechniques a été constitué exactement de la même manière que dans l'Exemple nO 5, et sectionné en 3 tronçons d'environ un mètre de longueur chacun, dans lesquels les expériences ci-après ont été réalisées. La flamme d'un bec Bunsen a été appliquée à l'une des extrémités du premier tronçon pour qu elle pénètre doucement sur toute la longueur de l'élément conducteur des mélanges pyrotechniques. Aucune combustion ni aucune déflagration de la composition pyrotechnique n'a été relevée à 'intérieur du tube. I.e deuxième tronçon a été placé sur un plateau en acier et une masse de 2 ke a été lâchée d'une hauteur de 4 mètres sur une portior du tube. II nty a pas eu d'explosion et l'élément a seulement été endommagé aux points d'impact. Le troisième et dernier tronçon a pu être activé au moyen d'une capsule détonante avec moins de O,l g de charge active de PETN. EXEMPLE Ne 7 Une faible quantité du mélange pyrotechnique utilisé pour les Exemples 3 et 4 a été placée sur une petite longueur d'un fil en platine en forme de bague, tel qu'on l'utilise couramment dans les laboratoires pour identifier les éléments chimiques en procédant aux essais au feu. Lorsque la flamme d'un bec Bunsen d été lentement approchée du mélange pyrotechnioue, il y â eu une déflagration et un écLair, mais sans bruit compte tenu de la faible quantité de matériau pyrotechnique utilisée pour et essai. REVENDICATIONS I. Dispositif de transmission, d'activation et de temporisation, non-électrique et non-explostif,caractérisé plr une conduite don la face intérieure est revêtue d'une couche de matériau pyrotechnique détonnant composé d'un combustible, d'un oxydant et d'un agglomérant, dans laquelle la déflagration du matériau pyrotechnique produit un plasma destiné à transférer I'énergie thermique d'une extrémité à l'autre du tube dont la section intérieure est comprise entre 0,19 et 78,50 mm2. 2. Dispositif de transmission, d'activation et de temporisation, non-électrique et non-explosif, conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la face intérieure de la conduite, lorsque celle-ci est cylindrique, présence un diamètre intérieur compris entre 0,5 et 10 mm. 3. Dispositif de transmission, d'activation et de temporisation1 non-électrique et non-explosif, conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité de matériau pyrotechnique détonant placé contre la face intérieure de la conduite peut varier entre 0,l kg/m et 4 x 10-4 kg/m. 4. Dispositif de transmission, d'activation et de temporisacion, non-électrique et non-explosif, conforme à la revendicatior. 1, caractérisé en ce que la vitesse de déflagration du mélange pyrotechnique peut varier entre 500 et 1.210 m/s. 5. Dispositif de transmission, d'activation et de temporisation, non-électrique et non-explosif, conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif est constitué de tronçons de tube contenant des mélanges pyrotechniques dont les vitesses de combustion sont plus faibles et servant de systèmes de temporisation. 5. Dispositif de transmission, d'activation et de temporisation, non-électrique et non-explosif, conforme à la revendication i, caractérisé en ce que la conduite reste intacte et ne subit aucune déformation malgré la déflagration du matériau pyrotechnique. 7. Dispositif de transmission, d'activation er de temporisation, non-électrique et non-explosif, conforme à la revendlcatior caractérisé en ce que le combustible peut être choisi parmi de nfl:.- breux éléments, tels que le magnésium, I'aluminitini, le silicium, le bore, le zirconium, le titane, le manganèse, le molybdène, le tungstène, le plomb, le sélénium, leurs alliages et leurs combinaisons.