Brevet FR2661725A1 — publié le 19911108

i La présente invention concerne un dispositif pour séparer deux espaces en cas d'élévation de tempéra- ture Ce dispositif est destiné notamment à fournir un écran de protection entre ces deux espaces lorsque le milieu subit un échauffement anormal, les deux espaces pouvant communiquer en l'absence de cet échauffement Ce dispositif trouve une application particulière dans le domaine de la sécurité pyrotechnique, notamment pour des munitions. L'invention vise également un procédé pour réaliser un tel dispositif, et une munition comportant ce dispositif. Les charges explosives, notamment celles comprises dans des munitions sont constituées d'une charge principale destinée à produire les effets recher- chés (projection d'éclats, effets de souffle, production d'un jet) dans laquelle la détonation est initiée par un explosif relais, en général plus sensible, lui-même amorcé par un détonateur. Parmi les risques d'amorçage accidentel figure l'incendie avec comme conséquence le passage successif de la combustion de l'explosif relais à la déflagration puis à la détonation dans la charge principale Ce dernier mode de réaction, le plus catastrophique du point de vue de la sécurité, étant d'autant plus pro- bable que la masse d'explosif est importante La sécu- rité est en général assurée par l'interposition d'une barrière inerte mise en place puis retirée par des moyens mécaniques dont le coût et l'encombrement, sur- tout si l'on tient compte des organes de commande annexes, constituent des servitudes sensibles. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients ci-dessus en proposant un dispositif de séparation simple, peu coûteux, peu encombrant et d'un fonctionnement particulièrement sûr. Un autre but de l'invention est de fournir un dispositif de sécurité intrinsèque qui, de par sa constitution, est activé dans des situations de tempéra- ture anormalement élevée sans requérir l'intervention d'un opérateur ou de moyens mécaniques extérieurs. L'invention fournit ainsi un dispositif pour séparer deux espaces en cas d'élévation de température au-dessus d'une température de seuil. Suivant l'invention, ce dispositif est carac- térisé en ce qu'il comprend au moins deux plaques parallèles adjacentes munies d'ouvertures, placées entre ces deux espaces, l'une au moins de ces plaques étant réalisée en un alliage à mémoire de forme, dont la forme change au voisinage de la température de seuil, en ce que les ouvertures pratiquées dans deux plaques voisines présentent une zone de recouvrement lorsque la tempéra- ture du dispositif est inférieure à la température de seuil et en ce que l'ouverture pratiquée sur la plaque en alliage à mémoire de forme est adaptée pour se rétré- cir suffisamment pour annuler la zone de recouvrement entre les ouvertures pratiquées sur deux plaques voi- sines lorsque la température du dispositif dépasse la température de seuil. Le dispositif constitue ainsi une barrière qui s'interpose entre les deux espaces lorsqu'il subit un échauffement excessif A basse température, la zone de recouvrement des ouvertures assure la communication entre les deux espaces et, à température anormalement élevée (c'est-à-dire supérieure à la température de seuil), les propriétés intrinsèques de l'alliage utilisé activent la barrière en faisant disparaître ce recouvre- ment par contraction des ouvertures Dans l'application aux munitions, on obtient donc une barrière activée à haute température (par exemple en cas d'incendie) et un fonctionnement normal de la munition si cet échauffement anormal ne se produit pas, la déflagration se propageant alors à travers la zone de recouvrement des ouvertures dans le cas d'une explosion normale de la munition. Les alliages à mémoire de forme admettant souvent une grande déformation dans leur phase à basse température, les ouvertures pourront être formées dans les plaques en exploitant cette grande déformation, ce qui permet d'obtenir une importante amplitude de rétré- cissement lorsqu'on excède la température de seuil qui correspond à la température de la transition de phase dans l'alliage Cette grande amplitude de rétrécissement se traduit par une sensibilité importante du dispositif. Cette sensibilité est encore accrue lorsqu'on utilise plusieurs plaques adjacentes réalisées dans l'alliage à mémoire de forme. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci- dessous, lue conjointement au dessin non limitatif annexé dans lequel: les figures 1 et 2 sont des vues respective- ment en coupe latérale et en plan d'un dispositif selon l'invention à basse température; les figures 3 et 4 sont des vues analogues aux figures 1 et 2 à haute température; la figure 5 est une vue partielle en coupe longitudinale d'une munition utilisant un dispositif conforme à l'invention. Le dispositif pour séparer deux espaces comprend, conformément à l'invention, deux plaques 2 a, 2 b juxtaposées séparant deux espaces la, lb représentées à basse (respectivement haute) température sur les figures 1 et 2 (respectivement 3 et 4). Les plaques 2 a, 2 b sont réalisées en alliage à mémoire de forme Ces alliages connus -par exemple d'après "l Shape Memory Alloy" (L McDonald SCHETKY, Scientific American, volume 5, novembre 1979, page 241)- présentent la propriété de subir une transition de phase à une température Ts (ci-dessous appelée température de seuil) entre une phase austénitique à haute température et une phase martensitique à basse température Ces alliages, tels des alliages Cu-Zn-Al, Cu-Al-Ni ou Ni-Ti, admettent en outre une déformation importante dans leur phase martensitique (basse température),, ce qui est avantageux dans le cadre de la présente invention comme il sera expliqué plus loin. Parmi les alliages à mémoire de forme susceptibles d'être utilisés,, on proposera par exemple le Tinal (Nickel-Titane) dont le seuil de transition est réglable à volonté jusqu'à 1000 C en jouant sur la composition: la spécification en transpiration est à donner au fabricant de l'alliage Un autre alliage présente les mêmes possibilités en seuil: le Betalloy (Cuivre Zinc Aluminium) La déformation recouvrable lors de la transition est de 8 % pour le Tinal et de 4 % pour le Betalloy. Les plaques 2 a, 2 b en alliage à mémoire de forme sont disposées, parallèles et adjacentes l'une à l'autre, entre les deux espaces la, lb et traversées par des ouvertures circulaires 3 a, 3 b, 5 a, 5 b La taille de ces ouvertures 3 a, 3 b, 5 a, 5 b change quand on passe d'une température inférieure au seuil T à une tempéra- ture supérieure au seuil Ts, ce qui explique les diffé- rences entre les figures 1 et 2 d'une part et les figures 3 et 4 d'autre part. Sur les figures 1 et 2, le dispositif est représenté à basse température (inférieure à T 5) et les ouvertures circulaires 3 a, 3 b pratiquées respectivement dans les plaques 2 a, 2 b en alliage à mémoire de forme présentent une zone de recouvrement 4 qui fait communi- quer les espaces la, lb. Sur les figures 3 et 4, le dispositif est représenté à haute température (supérieure à Ts) et les ouvertures circulaires 5 a, 5 b pratiquées respectivement dans les plaques 2 a, 2 b se sont rétrécies, ceci résul- tant de la transition de l'alliage des plaques 2 a, 2 b vers la phase austénitique En conséquence, la zone de recouvrement 4 n'existe plus et le dispositif constitue une barrière séparant les espaces la, lb. Sur la figure 5, on a représenté un dispositif de séparation selon l'invention utilisé pour séparer une charge explosive principale 6 d'une charge relais 7 dans une munition La charge principale 6 est contenue dans un compartiment lb délimité d'une part par une paroi cylindrique 8 et d'autre part par l'une des plaques 2 b du dispositif de séparation, cette plaque 2 b étant recouverte d'un revêtement isolant thermique 10 sur sa face llb adjacente à la charge principale 6 Du côté opposé, la charge relais 7 est comprise dans une chambre la délimitée d'une part par la seconde plaque 2 a du dis- positif et d'autre part par une paroi métallique 9 conductrice de la chaleur qui vient en contact avec cette plaque 2 a sur sa face lla adjacente à la chambre la Un détonateur 12 est en outre prévu à l'extrémité de la chambre la opposée à la plaque 2 a. Pour obtenir l'effet d'écran activé par un échauffement excessif, le dispositif de séparation est réalisé de la façon suivante, conformément à l'inven- tion On choisit deux plaques 2 a, 2 b d'alliage à mémoire de forme ayant des dimensions adéquates pour l'utili- sation désirée du dispositif Chacune de ces deux plaques 2 a, 2 b est alors chauffée au-dessus de la tempé- rature de seuil Ts de l'alliage, c'est-à-dire dans sa phase austénitique puis percée, à cette température, d'une ouverture circulaire 5 a, 5 b Les deux ouvertures 5 a, 5 b ont une forme et des dimensions identiques et elles sont décalées pour ne présenter aucune zone de recouvrement lorsqu'on superpose les deux plaques 2 a, 2 b, comme illustré sur les figures 3 et 4. On laisse alors refroidir les plaques 2 a, 2 b au-dessous de la température de seuil Ts, dans la phase martensitique de l'alliage Puis on agrandit les ouver- tures 5 a, 5 b pour leur donner les dimensions 3 a, 3 b, représentées sur les figures 1 et 2 Cet agrandissement est effectué par déformation mécanique à une température inférieure au seuil TS, par exemple au moyen d'un écarteur tronconique engagé dans l'ouverture 5 a, 5 b puis enfoncé pour l'agrandir jusqu'à sa forme désirée 3 a, 3 b. Sur les figures 1 à 4, l'amplitude de cet agrandissement entre les ouvertures 5 a, 5 b des figures 3 et 4 et les ouvertures 3 a, 3 b des figures 1 et 2 a été exagérée pour faire comprendre clairement l'invention En pratique, la section des ouvertures est agrandie de quelques pour cent Cette déformation mécanique est possible grâce à la déformabilité de l'alliage dans sa phase martensi- tique qui résulte des différentes variantes cristallines existant dans cette phase Les ouvertures agrandies 3 a, 3 b présentent, lorsqu'on superpose les deux plaques 2 a, 2 b, une zone de recouvrement 4, comme illustré sur les figures 1 et 2. On réunit ensuite les deux plaques 2 a, 2 b pour former le dispositif selon l'invention en les disposant parallèlement l'une à l'autre de façon que la zone de recouvrement 4 des deux ouvertures agrandies 3 a, 3 b soit présente pour établir une communication entre les espaces la, lb et de façon que ce recouvrement dispa- raisse en cas d'échauffement du dispositif au-dessus de la température de seuil Ts qui entraîne un retour de l'alliage à la phase austénitique et par suite un retour des ouvertures 3 a, 3 b pratiquement à leur forme initiale a, 5 b pour lesquelles la zone de recouvrement 4 entre les ouvertures 3 a, 3 b est annulée. Le dispositif de séparation d'espaces de l'invention est utilisable lorsqu'on souhaite réaliser une cloison qui laisse communiquer les deux espaces la, lb sauf en cas d'échauffement anormal résultant d'une cause accidentelle comme un incendie L'alliage à mémoire de forme utilisé est donc sélectionné pour ses propriétés de déformabilité en phase martensitique comme mentionné ci-dessus mais aussi en fonction de sa tempé- rature de transition qui définit la température de seuil T au-delà de laquelle l'échauffement est considéré comme excessif. Si aucune surchauffe ne se produit, le dispo- sitif laisse toujours communiquer les deux espaces la, lb Lorsqu'on fait exploser la munition illustrée sur la figure 5, le détonateur 12 déclenche la combustion de la charge relais 7 Cette combustion produit une déflagra- tion qui se traduit par un jet de gaz de forte énergie, lequel traverse le dispositif de séparation pour la zone de recouvrement 4 des ouvertures 3 a, 3 b pour amorcer la détonation de la charge principale. En cas d'incendie, la température du disposi- tif augmente, l'organe conducteur thermique 9 en contact avec l'une des plaques 2 a favorisant le transfert de chaleur vers le dispositif de séparation Lorsque la température atteint la température de seuil Ts on la dépasse, l'alliage constituant les plaques 2 a, 2 b subit une transition de phase qui le replace en phase marten- sitique Les ouvertures 3 a, 3 b reprennent alors sensi- blement leur forme initiale 5 a, 5 b, faisant ainsi dispa- raître la communication 4 entre les deux espaces la, lb. Si cet échauffement anormal entraîne la combustion de l'explosif relais 7, la déflagration produite ne se tra- duira pas par une détonation de la charge principale car le jet de gaz d'amorce ne peut pas passer dans l'espace lb contenant la charge principale 6 à cause de la barrière constituée par les deux plaques 2 a, 2 b Le revêtement isolant thermique 10 évite en outre l'échauffement par conduction de la charge 6 qui pourrait aussi causer son explosion. L'invention permet donc de réduire les dommages causés par les incendies dans les dépôts de munitions sans qu'il y ait recours à des écrans amo- vibles comme dans la technique antérieure, ces écrans et les moyens mécaniques associés étant coûteux, encombrants et nécessitant souvent l'intervention d'un opérateur pour être montés ou démontés sur les muni- tions L'invention remédie à ces inconvénients en utilisant de façon originale les propriétés des alliages à mémoire de forme. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits ci-dessus En particulier, elle n'est pas limi- tée quant au nombre ou à la forme des ouvertures 3 a, 3 b, 5 a, 5 b pratiquées dans les plaques 2 a, 2 b pourvu qu'au moins une zone de communication 4 entre les espaces la, lb soit présente à température normale et disparaisse en cas d'échauffement excessif. De même, l'invention peut être mise en oeuvre avec un nombre de plaques parallèles supérieur à deux. Certaines de ces plaques peuvent d'ailleurs être dans un matériau différent des alliages à mémoire de forme Il suffit qu'une plaque soit en un tel alliage pour per- mettre de réaliser l'invention. Enfin, il faut noter que l'étape de perçage des ouvertures 5 a, 5 b dans les plaques 2 a, 2 b peut être réalisée au-dessous de la température de seuil Ts, avant leur agrandissement par déformation mécanique. L'avantage qu'on observe quand on réalise ce perçage dans la phase austénitique comme décrit plus haut est qu'on contrôle plus précisément la morphologie des ouvertures 3 a, 3 b, 5 a, 5 b dans les deux phases. REVENDICATIONS 1 Dispositif pour séparer deux espaces (la, lb) en cas d'élévation de température au-dessus d'une température de seuil (Ts), caractérisé en ce qu'il com- prend au moins deux plaques ( 2 a, 2 b) parallèles adja- centes munies d'ouvertures ( 3 a, 3 b, 5 a, 5 b), placées entre ces deux espaces (la, lb), l'une au moins de ces plaques ( 2 a, 2 b) étant réalisée en un alliage à mémoire de forme dont la forme change au voisinage de la tempé- rature de seuil (TS), en ce que les ouvertures ( 3 a, 3 b) pratiquées dans deux plaques ( 2 a, 2 b) voisines présen- tent une zone de recouvrement ( 4) lorsque la température du dispositif est inférieure à la température de seuil (TS) et en ce que l'ouverture ( 3 a, 3 b, 5 a, 5 b) pratiquée sur la plaque ( 2 a, 2 b) en alliage à mémoire de forme est adaptée pour se rétrécir suffisamment pour annuler la zone de recouvrement ( 4) entre les ouvertures ( 5 a, 5 b) pratiquées sur deux plaques ( 2 a, 2 b) voisines lorsque la température du dispositif dépasse la température de seuil (Ts). 2 Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend deux plaques ( 2 a, 2 b) en alliage à mémoire de forme munies d'ouvertures ( 3 a, 3 b, 5 a, 5 b), ces ouvertures ( 3 a, 3 b) ayant subi un agrandissement par déformation mécanique à une tempéra- ture inférieure à la température de seuil (Ts). 3 Dispositif conforme à l'une des revendica- tions 1 ou 2, caractérisé en ce que les ouvertures situées sur deux plaques ( 2 a, 2 b) voisines ont la même forme et les mêmes dimensions et sont décalées l'une par rapport à l'autre de façon à présenter une zone de recouvrement ( 4) lorsque la température du dispositif est inférieure à la température de seuil (Ts), ce recou- vrement disparaissant en cas d'élévation de température au-dessus de la température de seuil (TS). il 4 Dispositif conforme à l'une des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un organe conducteur thermique ( 9) en contact avec l'une de ses faces (lia). 5 Dispositif conforme à l'une des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce qu'une de ses faces (llb) est recouverte d'un revêtement isolant thermique ( 10). 6 Procédé pour réaliser un dispositif de séparation entre deux espaces conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par les étapes succes- sives suivantes: on perce des ouvertures ( 5 a, 5 b) dans les plaques ( 2 a, 2 b); on agrandit par déformation mécanique la section de chaque ouverture ( 5 a, 5 b) pratiquée dans chaque plaque ( 2 a, 2 b) en alliage à mémoire de forme, à une température inférieure à la température de seuil (Ts); on dispose parallèlement les plaques ( 2 a, 2 b) de façon que les ouvertures ( 3 a, 3 b) pratiquées dans deux plaques ( 2 a, 2 b) adjacentes présentent une zone de recouvrement ( 4) et de façon que cette zone de recouvre- ment ( 4) soit annulée si les ouvertures ( 3 a, 3 b) retrou- vent sensiblement leur forme initiale ( 5 a, 5 b) lors d'une élévation de température au-dessus de la température de seuil (TS). 7 Procédé conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que les ouvertures ( 5 a, 5 b) sont per- cées dans les plaques ( 2 a, 2 b) en alliage à mémoire de forme à une température supérieure à la température de seuil (TS). 8 Munition comprenant une charge explosive principale ( 6) contenue dans un premier espace (lb) et une charge explosive d'amorçage ( 7) contenue dans un second espace (la), caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un dispositif conforme à l'une des revendica- tions 1 à 5, ce dispositif séparant lesdits premier et second espaces (la, lb). 9 Munition conforme à la revendication 8, caractérisée en ce que le dispositif pour séparer deux espaces comporte un revêtement isolant thermique ( 10) sur sa face (llb) adjacente à l'espace (lb) contenant la charge explosive principale ( 6). Munition conforme à l'une des revendi- cations 8 ou 9, caractérisée en ce que l'espace (la) contenant la charge explosive d'amorçage ( 7) est délimité d'une part par l'une des plaques ( 2 a) du dispositif de séparation entre deux espaces et d'autre part par une paroi conductrice thermique qui est en contact avec cette plaque ( 2 a).