Brevet FR2657868A1 — publié le 19910809

La présente invention a pour objet des explosifs et, en particulier, une composition explosive améliorée, apte à la production de mousse, destinée à être utilisée dans la détonation de mines terrestres. Des compositions explosives produisant de la mousse peuvent être projetées sur un terrain suspect pour former une couverture continue de mousse explosive qui, par détonation par des moyens classiques (détonateurs et/ou charges d'amorçage), active et détruit des mines enterrées. Une telle composition explosive produisant de la mousse est décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique No 2 967 099 du 3 juin 1961 au nom de John E. Pool La composition de Pool renferme un explosif liquide apte à la production de mousse, tel que le nitrométhane, un agent moussant/surfactant solide, par exemple le stéarate de zinc, et, lorsque cela est approprié, un stabilisant (l'agent moussant et le stabilisant peuvent constituer une seule et même matière) pour prolonger la durée de vie de la mousse, ainsi qu'un sensibilisateur, par exemple l'éthylè- nediamine, qui est incorporé au moment de l'utilisation. Les matières sont mélangées pour former une dispersion colloïdale solide/liquide De l'air est injecté au moyen d'une palette mélangeuse perforée pour former la mousse qui peut être ensuite projetée pour produire la couverture explosive. Parmi les inconvénients de la composition de Pool se trouve l'incorporation essentielle de sensibilisa- teurs caustiques Les mousses de Pool présentent également une instabilité considérable, comme l'indique l'égouttage, ce qui signifie que la mousse de Pool présente une vitesse d'égouttage d'approximativement 1 % à 3 % par minute (pourcentage en volume) de nitrométhane liquide Par exemple, la formulation de l'exemple 20 présente un égouttage d'approximativement 25 % en 5 minutes. Conformément à la présente invention, il est proposé une composition explosive fluide apte à la production de mousse, comprenant un explosif liquide convenable, apte à la production de mousse 57-98 % en poids un émulsionnant liquide convenable 2-6 % en poids un stabi iant convenable 05 % en poids un épai ci 9 ant convenable 0-7 % en poids un spmihli-ateur 0-5 % en poids un renforçateur d'énergie/des métaux inertes 0-20 % en poids Les quantités des ingrédients étant exprimées en pourcentage en poids de la composition, à l'exception du sensibilisateur dont la quantité est exprimée en pour- centage en poids de l'explosif. La composition explosive fluide apte à la production de mousse, conforme à la présente invention, peut être délivrée sous forme d'aérosol par l'incorporation d'un gaz liquéfié comprimé convenable servant de propul- seur La composition liquide convenable, apte à la production de mousse, est de préférence une nitroparaffine telle que le nitrométhane, le nitroéthane, le 1-nitro- propane, le 2-nitropropane ou un de leurs mélanges Le nitrométhane est préféré. L'émulsionnant liquide est classiquement un hydrocarbure à chaîne longue avec des groupes formant des têtes polaires, tel que des alcools à chaîne longue, par exemple des alcools polysubstitués avec des groupes alkoxy inférieurs Des alcools stéaryliques polyéthoxylés sont préférés. Un stabilisant peut être incorporé pour améliorer la résistance des interfaces propulseur/explosif, réduire l'égouttage et accroître la stabilité de la mousse résultante à des températures supérieures à la température atmosphérique Des alcools aliphatiques à chaîne longue, tels que l'octadécanol, sont préférés. Un épaississant convenable peut également être incorporé pour stabiliser la mousse (ce qui signifie que l'égouttage est réduit au minimum, de l'ordre d'environ 0,5 % au bout de 24 heures) A des températures élevées, l'action conjointe de stabilisants et d'épaississants permet de maintenir la qualité de la mousse Par exemple, de faibles pourcentages en poids d'épaississant accroissent la viscosité et, ainsi, améliorent davantage la stabilité de la mousse à des températures supérieures à la tempéra- ture atmosphérique La silice ultra-fine est utilisée pour obtenir des mousses de plus grande densité La nitrocel- lulose, l'acétate de cellulose et une gomme guar modifiée, le Méthocel %311 de Dow Chemical, donnent des mousses convenables de faible densité Un autre avantage de l'accroissement de la viscosité de la phase liquide est le ralentissement de l'expansion de la mousse, ce qui améliore les caractéristiques de projection. Bien qu'un sensibilisateur ne soit pas exigé, sauf dans le cas de mousses de très faible densité, la sensibilité d'amorçage aux chocs de l'explosif nitroparaf- finique peut être accrue par l'introduction d'acides forts, de bases ou d'amines fortes Des amines organiques, telles que l'éthylènediamine, la diéthylènetriamine et la triéthylènetétramine, sont des sensibilisateurs qui peuvent être ajoutés à la composition en une quantité de 3 à 5 % en poids, sur la base du poids de l'explosif Des essais des compositions de la présente invention, en l'absence de sensibilisateurs, donnent également des détonations de mousses de nitrométhane, ce qui indique que la nature physique des mousses ou d'autres ingrédients sensibilise la mousse Cette sensibilité accrue aux chocs peut être due à des discontinuités de densité résultant de la structure bulles/liquide de la mousse ou bien de la présence de particules en suspension dans la mousse Pour des mousses de basse densité, c'est-à-dire inférieure à environ 0,15 g/cm 3, un sensibilisateur est requis Cependant, le plus avantageux consiste à supprimer le sensibilisateur, eu égard à la nature caustique de ces matières. La composition explosive fluide, apte à la production de mousses, conforme à la présente invention, peut être délivrée sous forme d'aérosol par conditionnement dans un récipient convenable pour l'administration d'aérosols, comprenant un gaz liquéfié comprimé convenable comme propulseur Le gaz liquéfié forme avec l'explosif liquide une émulsion liquide/liquide extrêmement stable dont la cohérence est maintenue par l'émulsionnant, ce qui signifie que l'émulsionnant conforme à la présente invention permet une dispersion uniforme du gaz liquéfié servant de propulseur dans la totalité de l'explosif liquide sous forme de gouttelettes minuscules de diamètre pratiquement uniforme Des gaz liquéfiés classiques convenables comprennent le propane, le butane, le C 02, le propylène et des hydrocarbures halogénés, par exemple des chlorofluorocarbones. Le gaz liquéfié comprimé est incorporé à la composition en une quantité de 1 à 20 % en poids. Des renforçateurs d'énergie des explosifs et/ou des métaux inertes peuvent également être incorporés, à savoir en des quantités de O à 20 % en poids Des additifs énergétiques métalliques, tels que l'aluminium finement divisé, peuvent accroître la libération totale d'énergie des explosifs par réaction avec les produits de détonation, ce qui libère une quantité supplémentaire d'énergie. D'autres effets comprennent l'accroissement de la densité qui augmente la vitesse de détonation, mais diminue habituellement la sensibilité aux chocs Avec la mousse de nitrométhane, un accroissement de sensibilité est observé lorsque des métaux énergétiques en poudre ont été ajoutés. Cela est probablement dû au fait que les particules métalliques jouent le rôle de discontinuités de densité et forment des centres de réaction, ce qui accroit la sensibilité. La charge métallique inerte des explosifs peut, en théorie, aplatir le profil des pressions de l'onde de détonation et avoir pour résultat une plus longue impulsion de détonation Les métaux inertes utilisés pour parvenir à cet effet sont généralement le plomb ou le cuivre métalli- que finement divisé Ces métaux sont également utilisés pour accroître de manière avantageuse la densité du produit final sous forme de mousse. La composition explosive apte à la production de mousse, conforme à la présente invention, est produite de la manière suivante Les explosifs aptes à la production de mousse peuvent être produits avec différentes quantités de chaque additif, dans les intervalles décrits ci-dessus. Des extincteurs transformés ont été utilisés comme récipients des aérosols Lorsque tous les constituants désirés sont mélangés dans la bouteille, seule une brève agitation par secousses est requise pour former l'émulsion. Une décharge contrôlée immédiatement après le mélange a pour résultat la formation d'une mousse stable. Un concentré de nitrométhane (c'est-à-dire l'explosif nitroparaffinique, l'émulsionnant, le stabili- sant, s'il est présent, et les épaississants, s'ils sont présents) est le constituant principal et est introduit en premier dans la bouteille de décharge La densité et l'épaisseur désirées de la couverture de mousse déterminent si des sensibilisateurs sont nécessaires Des renforçateurs d'énergie et des métaux inertes sont également facultatifs. Si un sensibilisateur doit être incorporé, il est alors ajouté avant le gaz liquéfié Une pression de vapeur peut être utilisée pour introduire de force le gaz liquéfié dans le récipient clos par un dispositif de valve. A la température ambiante d'un local, un extincteur de 9 kg muni d'un tube de décharge de 45,7 cm de longueur par 1,6 cm de diamètre a été utilisé pour produire des dispersions sur des distances supérieures à 7,6 m La mousse projetée est restée intacte et a présenté un affaissement minimal par impact avec la zone servant de cible Puis on a fait exploser la mousse pour parvenir à des pressions et des impulsions de surface supérieures, respectivement, à 10 M Pa et à 10 M Pa-millisecondes (M Pa-ms). L'aspect des différentes mousses va de mousses humides à affaissement lent à des structures rigides très sèches, avec des espaces remplis d'air entre les couches lorsque les mousses sont déchargées en sections linéaires. La plupart des mousses ont des caractéristiques comprises dans ces limites L'aspect correspond généralement à celui d'une texture légèrement humide présentant un écoulement, dans la mesure o les espaces remplis d'air sont pour la plupart remplis Les mousses présentent un faible affaisse- ment lorsqu'elles sont manipulées ou projetées La masse volumique et l'épaisseur de la couverture de mousse résultante peuvent être ajustées pour produire une pression et une impulsion suffisantes lors de la détonation pour le déclenchement de mines mécaniquement ou bien par détonation par résonance des explosifs qu'elles contiennent. Les masses volumiques des mousses détonantes stables vont de 0,07 gramme par centimètre cube (g/cm 3) à 0,50 g/cm 3 A des masses volumiques inférieures à environ 0,15 g/cm 3, un sensibilisateur doit être incorporé La masse volumique de la mousse est ajustée en faisant varier la quantité de gaz liquéfié ajouté Cela dépend dans une certaine mesure de la température, en raison de la dilatation accrue de ces gaz avec la température Les stabilisants/épaississants solides peuvent également avoir dans une certaine mesure une influence sur la densité de la mousse, l'incorporation de ces composés stabilisant la structure de la mousse Cela permet la formation de mousses stables de plus haute densité, suivant la quantité de propane ajoutée. La masse volumique des mousses peut également être accrue par introduction du nitrométhane sous forme d'un gel et incorporation d'environ 1 % en poids de microballons de verre Les microballons produisent également de minuscules "points chauds" destinés à sensibiliser la mousse Les mousses stables résultantes possèdent une masse volumique de 0,75 à 1,1 g/cm 3. Les valeurs minimales d'épaisseur de charges sous forme de feuilles vont de plus de 7 cm à une masse volumique de 0,07 g/cm 3 à 1,3 cm pour des masses volumiques de mousses supérieures à 0,25 g/cm 3. Des mousses stables à base de nitrométhane sont produites à des températures comprises dans l'intervalle de -400 C à + 400 C La mousse conserve ses qualités plus longtemps à des températures plus basses Dans des essais chronométrés de laboratoire, des mousses restent stables plusieurs jours à température ambiante La détonation de mousses a pu être provoquée avec succès pendant des périodes de pluie Cependant, dans ces conditions, le temps entre la décharge et la détonation doit être réduit au minimum, sinon la mousse finit par se dissoudre Les mousses peuvent également être dispersées sur un terrain accidenté et il est possible de provoquer leur détonation. Les conditions d'amorçage des mousses dépendent de différents facteurs, comprenant: la surface en section transversale de la charge, la densité de la mousse et la quantité et le type d'ingrédients réactifs et non réactifs. Par exemple, un détonateur No 8 provoque la détonation de mousses non sensibilisées ayant une masse volumique supérieure à 0,20 g/cm 3 Cela correspond à une quantité s'élevant à 20 g d'explosif brisant pour des mousses sensibilisées ayant une masse volumique de 0,10 g/cm 3. Si des explosifs brisants supplémentaires sont également incorporés à la mousse, les mousses sont sensibles aux détonateurs à des masses volumiques pouvant s'abaisser à 0,10 g/cm 3 Par exemple, cette sensibilité a été obtenue lorsque 7 % de PETN ont été ajoutés à la mousse de nitrométhane. Des additions de renforçateurs métalliques d'énergie n'ont pas d'influence sur les exigences minimales en charges d'amorçage aux densités pouvant être atteintes avec une teneur allant jusqu'à 15 % en poids de métal, bien que l'épaisseur critique soit réduite. Un exemple est une mousse renfermant 10 % en poids d'aluminium à une masse volumique de 0,23 g/cm 3 et une épaisseur de 5 cm, que l'on a fait exploser lors de l'amorçage avec un détonateur No 8 Ces limites ont été obtenues pour des charges sous forme de feuilles, non confinées. Les propriétés de détonation dépendent de la composition, de la densité, de l'épaisseur ou du diamètre et du degré de confinement de la mousse Les propriétés de la phase de détonation, telles que la vitesse de détonation et la pression de détonation, pour différentes mousses de nitrométhane, sont pratiquement linéaires de 0,10 à 0,50 g/cm 3 Les vitesses de détonation à ces masses volumiques vont de 1900 mètres par seconde (m/s) à 3200 m/s Les pressions de détonation associées vont de M Pa à 1500 M Pa. Exemple 1 Pourcentage en poids Nitrométhane 86 Ethylènediamine 4 Alcool stéarylique polyéthoxylé 3 Octadécanol 2 Propane (liquéfié) 5 les quantités des ingrédients étant exprimées en pour- centages en poids de la composition, sauf en ce qui concerne le sensibilisateur dont la quantité est exprimée en pourcentages en poids de l'explosif. Cette formulation présentait une masse volumique de la mousse de 0,14 g/cm 3 La qualité était bonne, sans aucun égouttement ou affaissement de la mousse. Sa détonation a été effectuée en utilisant une configura- tion de charge sous forme d'une feuille de 20 cm par 76 cm par 7,6 cm, en utilisant une charge détonante de 100 gram- mes d'explosif brisant La vitesse de détonation était égale à 2800 m/s La vitesse et la pression théoriques de détonation pour ce produit sont égales à 2790 m/s et 392 M Pa. Une autre mousse, ayant une composition et une densité similaires, a été testée en utilisant une charge sous forme d'une feuille de 5 cm d'épaisseur placée sur des indicateurs de pression enterrés à des profondeurs de 5,0 et 10,0 cm Les lectures de pression et d'impulsion à 5, 0 cm ont donné des valeurs de 170 M Pa et 8,5 M Pa-ms; à ,0 cm, ces valeurs étaient égales à 19 M Pa et 2,5 M Pa-ms. Une mousse similaire ayant une masse volumique de 0,14 g/cm 3, mais avec une épaisseur de 7,6 cm, a donné des lectures de pression et d'impulsion à 7,6 cm de 209 M Pa et 13 M Pa-ms Ces résultats illustrent l'effet de l'épais- seur de la charge sur l'effet de sautage. Exemple 2 Pourcentage en poids Nitrométhane 78,0 Nitrocellulose 1,4 Alcool stéarylique polyéthoxylé 3,6 Octadécanol 2,3 Propane (liquéfié) 5,5 Poudre d'aluminium 9,2 La masse volumique de la mouse était égale à 0,15 g/cm 3 L'épaisseur de la charge en feuille était égale à 5,0 cm La vitesse de détonation mesurée était égale à 2000 m/s Les mesures de pression et d'impulsion à une profondeur de 10,0 cm ont donné des valeurs respectivement égales à 50 M Pa et 10 M Pa-ms La comparaison de ces valeurs aux tirs de mines en l'absence d'aluminium montre l'effet de sautage accru dû à cet additif La vitesse réduite de détonation est due à la présence de l'aluminium et aux teneurs réduites en nitrométhane. Exemple 3 Pourcentage en poids Nitrométhane 91,3 Silice ultra-fine 3,5 Alcool stéarylique polyéthoxylé 4,0 Propane (liquéfié) 1,2 Cette formulation présentait une masse volumique de la mousse de 0,40 g/cm 3, avec un égouttage ou un affaissement minimal de la mousse On a provoqué la détonation d'une feuille de 5 cm de mousse avec un détonateur électrique No 8 La vitesse de détonation mesurée était égale à 3200 m/s, comparée à une vitesse de détonation théorique de 3500 m/s. Un avantage de la formulation à base de nitrométhane de cet explosif sous forme de mousse est que cette matière est rangée habituellement dans les liquides inflammables pour le transport Les règles concernant le transport du gaz liquéfié sont identiques et d'autres matières gazeuses, de la manière décrite ci-dessus, pourraient le remplacer si des problèmes surgissaient. On notera qu'il serait possible d'ajouter aux techniques de dispersion d'aérosols des systèmes de décharge massive pour parvenir à une production continue de mousse en utilisant des pompes et des compartiments il d'entreposage distincts pour les différents constituants, à savoir le concentré liquide, le sensibilisateur et le propulseur. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et que de nombreuses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 Composition explosive fluide apte à la production de mousse, caractérisée en ce qu'elle comprend un explosif liquide convenable, apte à la production de rousse 57-98 % en poids un émulsienant liquide convenable 2-6 % en poids un stahil iant comvenable 0-5 % en poids un épaississant convenable 0-7 % en poids un spr Jihi 1 iateur 0-5 % en poids un rpnforçatelr d'énergie/des métaux inertes 0-20 % en poids les quantités des ingrédients étant exprimées en pour- centages en poids de la composition, à l'exception du sensibilisateur dont la quantité est exprimée en pour- centage en poids de l'explosif. 2 Composition suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'explosif est une nitroparaffine choisie dans le groupe comprenant le nitrométhane, le nitroéthane, le 1-nitropropane, le 2-nitropropane et leurs mélanges. 3 Composition suivant la revendication 2, caractérisée en ce que l'émulsionnant est un hydrocarbure à chaîne longue avec des groupes formant des têtes polaires. 4 Composition suivant la revendication 3, caractérisée en ce que le stabilisant, s'il est présent, est un alcool aliphatique à chaîne longue. Composition suivant la revendication 4, caractérisée en ce que l'épaississant, s'il est présent, est choisi dans le groupe comprenant la silice ultra-fine, la nitrocellulose, l'acétate de cellulose et la gomme guar modifiée. 6 Composition suivant la revendication 5, caractérisée en ce que la sensibilisateur, s'il est présent, est choisi dans le groupe comprenant des acides forts, des bases fortes et des amines. 7 Composition suivant la revendication 6, caractérisée en ce que le renforçateur d'énergie, s'il est présent, est un métal énergétique finement divisé. 8 Composition suivant la revendication 7, caractérisée en ce que le métal inerte, s'il est présent, est choisi dans le groupe comprenant le plomb finement divisé et le cuivre finement divisé. 9 Composition suivant la revendication 8, caractérisée en ce que la composition comprend en outre 1 à % en poids, sur la base du poids de la composition, d'un gaz liquéfié comprimé choisi dans le groupe comprenant le propane, le butane, le propylène, l'anhydride carbonique et des chlorofluorocarbones. Composition suivant la revendication 9, caractérisée en ce que la nitroparaffine est le nitro- méthane. 11 Composition suivant la revendication 10, caractérisée en ce que l'émulsionnant, s'il est présent, est un alcool polysubstitué avec des groupes alkoxy inférieurs. 12 Composition suivant la revendication 11, caractérisée en ce que l'émulsionnant, s'il est présent, est un alcool stéarylique polyéthoxylé. 13 Composition suivant la revendication 12, caractérisée en ce que le stabilisant, s'il est présent, est l'octadécanol. 14 Composition suivant la revendication 13, caractérisée en ce que le sensibilisateur, s'il est présent, est une amine organique choisie dans le groupe comprenant l'éthylènediamine, la diéthylènetriamine et la triéthylènetétramine. Composition suivant la revendication 14, caractérisée en ce que le métal énergétique, s'il est présent, est l'aluminium. 16 Composition suivant la revendication 15, caractérisée en ce que l'épaississant, s'il est présent, est la silice ultra-fine. 17 Composition suivant la revendication 15, caractérisée en ce que l'épaississant, s'il est présent, est la nitrocellulose. 18 Composition suivant la revendication 16, caractérisée en ce que le gaz liquéfié est le propane. 19 Composition suivant la revendication 17, caractérisée en ce que le gaz liquéfié est le propane. Composition suivant la revendication 9, caractérisée en ce que la masse volumique de la mousse résultante est comprise dans l'intervalle de 0,07 à 1,1 g/cm 3. 21 Composition suivant la revendication 9, caractérisée en ce que la masse volumique de la mousse résultante est comprise dans l'intervalle de 0,14 à 0,40 g/cm 3. 22 Composition explosive fluide, apte à la production de mousse, caractérisée en ce qu'elle comprend Pourcentage en poids du nitrométhane 86 un alcool stéarylique polyéthoxylé 3 de l'octadécanol 2 de l'ethylènediamine 4 du propane (liquéfié) 5 les quantités des ingrédients étant exprimées en pour- centages en poids de la composition, à l'exception de l'éthylènediamine dont la quantité est exprimée en pourcentage en poids du nitrométhane. 23 Composition explosive fluide, apte à la production de mousse, caractérisée en ce qu'elle comprend du nitrométhane un alcool stéarylique polyéthoxylé de l'octadécanol de la nitrocellulose de la poudre d'aluminium du propane (liquéfié) Pourcentage en poids 78,0 3,6 2,3 1,4 9, 2 ,5 ,0 les quantités des ingrédients étant exprimées en pour- centages en poids de la composition. 24 Composition explosive fluide, apte à la production de mousse, caractérisée en ce qu'elle comprend Pourcentage en poids du nitrométhane 91,0 un alcool stéarylique polyéthoxylé de la silice ultra-fine du propane (liquéfié) 4,0 3,5 1,5 ,0 les quantités des ingrédients étant exprimées en pour- centages en poids de la composition.