Brevet FR2672983A1 — publié le 19920821

Dispositif de découpage par effet de charge creuse. La présente invention a pour objet des dispositifs de découpage par effet de charge creuse. Le secteur technique de l'invention est le domaine de la fabrication des structures ou containers devant recevoir une charge explosive afin de constituer dans cette charge une cavité dièdrique évidée permettant d'augmenter la force de pénétration lors de l'explosion de la charge par focalisation d'énergie produite et constitution d'un dard. Ce principe et cette technique sont en effet bien connus et constituent ce qu'on appelle les effets et les dispositifs de charge creuse; ceux-ci sont du reste beaucoup développés et utilisés dans les applications militaires pour le perçage de blindage. mais la présente invention concerne son application dans le découpage de structures de toutes formes et suivant une ligne de découpe déterminée. Une des applications principales est la découpe de structures métalliques immergées. On connaît en effet différents moyens et techniques de découpes de structures tels que par procédé mécanique dans lesquels on peut citer le meulage et le sciage. ou par procédés thermiques dans lesquels se classe l'oxycoupage, ou par procédés mixtes qui associent l'effet mécanique et thermique et qui sont constitués essentiellement par les procédés par explosifs.La présente invention se situe bien sûr dans cette dernière catégorie qui est privilégiée sur les chantiers chaque fois que l'on veut réduire le temps de séjour et/ou quand le milieu où l'on veut intervenir est hostile et/où quand il y a un danger potentiel d'effondrement de stuctures résiduelles: or dans les autres procédés mécaniques ou thermiques les temps d'intervention de l'opérateur sont assez longs et les opérations nécessitent la présence pratiquement constante de celui-ci.Aussi les procédés par explosifs sont préférés chaque fois que les travaux ont lieu dans des sites présentant des restrictions ou des empêchements d'accessibilité tels que dans les travaux sous-marins où le temps de séjour est limité , de même dans les milieux contaminés comme dans l'industrie chimique ou nucléaire et dans tous les cas où il y a danger pour l'opérateur: les dispositifs et procédé par explosifs permettent de s'affranchir de ces restrictions et de ces empêchements en réduisant au minimum le temps d'exposition de l'opérateur lors de la mise en place des dispositifs et même en les supprimant car ces opérations peuvent alors être faites suivant les cas par des équipements de type robots. Dans le domaine du découpage par explosifs il existe plusieurs méthodes qui sont essentiellement celles par cordons détonants et celles par charges creuses: - La première méthode consiste à dérouler un cordon sur la surface à découper en épousant la forme de celle-ci puis en la raccordant à un détonateur pour provoquer l'explosion: ceci ne convient qu'à des épaisseurs de structures assez faibles car l'énergie étant diffusée dans toutes les directions, la charge perd beaucoup d'efficacité; de plus la découpe obtenue comporte de grosses déformations dues à une onde de choc omnidirectionnelle ,et n'est pas exploitable suivant les travaux envisagés. - La deuxième méthode par charge creuse est donc utilisée chaque fois que l'épaisseur à découper est importante et/ou que la découpe voulue doit être assez précise et nette: pour cela on utilise à ce jour des découpeurs linéaires que l'on dépose sur les surfaces à découper le long de la ligne de découpe voulue; il s'agit de container ou structures dont la section est telle que décrite ci-après, bien connues et qui sont soit rectilignes soit cintrés suivant leur axe de découpe pour épouser les rayons de courbures de tube par exemple. On peut citer dans ces différents domaines d'utilisation d'explosifs les demandes de brevets FR 2321680 déposé le 07 Janvier 1974 par la S.N.P.E. (Société Nationale des Poudres et Explosifs) sur Un dispositif pyrotechnique de découpage à effet de charge creuse et le brevet FR 2071315 déposé le 24 Décembre 1969 par la D.G.A. (Délégation Générale pour l'Armement) sur "Un dispositif pour le découpage de pièces métalliques sous l'eau au moyen d'explosifs". Cependant ces découpeurs linéaires ne permettent pas d'obtenir des découpes polygonales continues comme avec un cordon détonant sur une surface plane ou courbe donnée tel que le problème se pose quand on veut obtenir une ouverture dans une paroi: à ce jour on dispose de découpeurs linéaires, en position adjacente. les uns derrière les autres et suivant la découpe souhaitée mais après l'explosion des discontinuités apparaissent à la jonction des différents éléments du fait de leur principe et conception; en effet l'effet charge creuse concentre le dard de l'explosion au milieu et dans l'axe des éléments, donc décalé au moins de la moitié de la largeur de l'élément par rapport aux extrémités des découpes des éléments adjacents.Il faut revenir ainsi après l'explosion pour supprimer ces discontinuités, exposant alors les opérateurs à nouveau et prolongeant la durée totale de l'opération. De plus la forme des containers à effet de charge creuse et les explosifs retenus à ce jour ne permettent pas souvent de découper des fortes épaisseurs de matériaux essentiellement métalliques. Le problème posé est donc de pouvoir effectuer des découpes de lignes polygonales en continu et en une seule opération, avec une mise en oeuvre de dispositif à effet de charge creuse sur toute surface plane ou courbe constituée de plaques de structures pouvant avoir de fortes épaisseurs. Une solution au problème posé est un dispositif de découpage par effet de charge creuse comprenant un container fermé de section déterminée comportant d'une manière connue une cloison interne de séparation en forme de dièdre d'angle donné orienté vers la surface à découper et séparant d'une part une cavité étanche remplie de gaz du côté du container qui doit être posé sur ladite surface et d'autre part une autre cavité étanche également et remplie d'explosif; ledit container comprend différents tronçons linéaires adjacents de même section dont les liaisons sont telles que lesdites cavités communiquent en continu; les parois extérieures et la cloison interne de deux tronçons adjacents sont coupées suivant des angles égaux et symétriques. et soudées entre elles sur toute la section pour conserver l'étanchéité desdites cavités; celle remplie d'explosifs contient un explosif à haute vitesse de détonation. Dans un mode préférentiel de réalisation les différents tronçons linéaires ont leur plan de découpe suivant l'axe XX' qui correspond à toute ligne de figure polygonale suivant laquelle ladite surface doit être découpée. Ledit explosif peut être de préférence un explosif bicomposant liquide à base de nitroparaffines autostérilisable ou non. Dans l'application principale pour la découpe de structures immergées. la cavité remplie d'explosif est maintenue en équipression avec l'extérieur par tout moyen mécanique connu, tel que la simple déformation des parois externes du container et la cavité remplie de gaz est reliée à tout dispositif connu d'alimentation en gaz qui maintient celle-ci en équipression avec l'extérieur. Le résultat est de nouveaux dispositifs à découpe à effet de charge creuse permettant de découper toutes structures formées de toutes surfaces de plaques essentiellement métalliques et suivant toutes lignes polygonales voulues, ouvertes ou fermées, mais surtout en continu sans avoir besoin de reprendre l'opération pour assurer cette continuité. Les dispositifs selon l'invention répondent bien au problème posé et aux divers inconvénients contés rcur 1es 1 Il n'était pas évident en effet que la disposition particulière d'élément adjacents linéaires à cavités continues comme décrit et revendiqué dans la présente invention permette d'atteindre les résultats souhaités du fait des problèmes de risque de non simultanéité de l'explosion de la charge d'un bout à l'autre du container en ligne brisée, de la présentation de celui-ci suivant l'inclinaison et la forme de la surface, du comportement du dard d'effet de charge creuse aux liaisons et cela d'autant plus qu'on est dans un milieu immergé et sous pression, comme dans les travaux aquatiques et qu'il s'agit de découper une forte épaisseur de matériau. Les essais ont cependant démontré l'efficacité des dispositifs selon l'invention et leurs bons fonctionnements. On pourrait citer d'autres avantages de la présente invention mais ceux cités ci-dessus en montrent déjà suffisamment pour en démontrer la nouveauté et l'intérêt. La description et le dessin ci-après représentent des exemples de réalisations de l'invention mais n'ont aucun caractère limitatif: d'autres réalisations sont possibles à partir des revendications qui précisent la portée et l'étendue de cette invention -en particulier en changeant la forme de base des sections des containers et les lignes polygonales de découpe voulues. La figure 1 est une vue perspective d'un dispositif de découpage sur une surface plane. La figure 2 est une vue perspective d'un dispositif de découpage sur une surface dièdre. La figure 1 est une vue perspective d'un dispositif de découpage constitué par un container 1 qui est posé sur une surface S d'une plaque 4 à découper suivant une ligne 5 prédéterminée: cette ligne par exemple comme indiquée sur la figure peut être une ligne brisée en trois parties, ouverte donc, mais pourrait être une ligne brisée fermée, de toutes dimensions. Le container fermé 1 constituant l'enveloppe externe dudit dispositif est constitué essentiellement de parois 9 planes, et dont la section peut-être d'une manière connue de forme rectangulaire; ce container est partagé dans le sens transversal par une cloison interne 8 de forme connue en forme de dièdre d'angle donné a orienté vers la surface 4 à découper et séparant d'une part une cavité 3 étanche remplie de gaz du côté du container 1 qui doit être posé sur ladite surface et d'autre part une autre cavité 2 étanche également et remplie d'explosifs. Ladite cloison interne 8 d'angle a donné est disposée à une distance de h de la plaque 4, essentiellement de type en acier. Cette distance h est appelée également par les gens de la profession le "stand off". La cavité 2 située au-dessus de cette cloison est remplie d'explosifs qui pour obtenir de fortes pénétrations, pour des découpages d'épaisseur importante , est un explosif choisi parmi ceux à haute vitesse de détonation: on peut en particulier citer dans ce domaine la dynamite gomme ou plastique dopée au sulfate de baryte ou au bioxyde de manganèse, mais également les gels ou émulsions explosifs à haute vitesse de détonation. De préférence il pourra être choisi également un troisième type d'explosif qui est un bi-composant liquide à base de nitroparaffines autostérilisable ou non. Il est connu que la détonation dudit explosif projette alors, suivant l'axe XX' du dièdre d'angle a, et par focalisation de ce dernier suivant cet axe, un jet de métal en fusion à très grande vitesse de l'ordre de plusieurs milliers de mètres par seconde. L'effet de ce dard sur la plaque d'acier 4 est un effet de découpe: les dimensions du découpeur ainsi défini, la qualité et la masse d'explosifs et la hauteur du "stand off" conditionnent les performances du dispositif. En particulier pour un container de forme rectangulaire dont le petit côté est posé sur la surface à découper, ayant une largeur de l'ordre de 45 millimètres et une hauteur de 70 millimètres, avec une hauteur h de "stand off" (partie inférieure de la charge creuse) égale à environ la moitié de la largeur soit de l'ordre de 20 millimètres, avec un angle du dièdre a de l'ordre de 906 et un choix de charge explosive telle que définie ci-dessus, l'épaisseur de la cloison interne 8 du dièdre étant de l'ordre de 1,5 millimètre, on peut obtenir un perçage et donc une découpe d'une plaque 4 ayant une épaisseur de l'ordre de 30 millimètres au plus. Pour un container ayant pour dimensions principales 110 millimètres de large pour 170 millimètres de haut, une hauteur de la partie inférieure de la charge creuse ou "stand off" de l'ordre de 50 ou 60 millimètres, une épaisseur du dièdre de l'ordre de 3 millimètres, et un choix d'explosifs suivant ce qui est défini cidessus, on peut découper une plaque d'acier de l'ordre de 90 millimètres. Sur les figures 1 et 2 un dispositif suivant l'invention comporte plusieurs éléments linéaires 7 suivant la définition ci-dessus qui sont alors découpés en différents tronçons linéaires adjacents de même section dont les liaisons 6 sont telles que lesdites cavités 2, 3 communiquent en continu, et que les parois extérieures 9 et la cloison intérieure 8 de deux tronçons adjacents sont soudées entre elles sur toute la section 6 pour conserver l'étanchéité desdites cavités 2 et 3. Les différents tronçons 7 linéaires, ou découpeurs, ont leur plan de découpe suivant l'axe XX' du dièdre de la cloison intérieure 8 tels qu'ils correspondent aux suivis de la ligne 5, qui peut être toute figure polygonale, suivant laquelle ladite surface S doit être découpée. En choisissant des dimensions suffisantes pour ledit container et avec un choix du dispositif tel que défini ci-dessus, ladite paroi métallique 4 peut atteindre une épaisseur e de 100 millimètres. Dans la figure 1 on a représenté cette dite paroi 4 suivant une surface plane mais elle pourrait être légèrement déformée puisque lesdits containers à effet de charge creuse admettent une certaine tolérance de distance entre leur paroi inférieure vers laquelle se produit l'effet de charge creuse et ladite surface S. Le détonateur permettant l'explosion de la charge explosive dans la cavité 2 peut être situé en n'importe quel point de ladite cavité: l'explosion a bien lieu dans la continuité des différents tronçons adjacents. Dans un mode préférentiel et dans le cas où la surface 4 est considérée plane les parois extérieures 9et la cloison interne 8 des deux tronçons adjacents sont coupées et soudées entre elles suivant des angles ss égaux et symétriques. Dans une utilisation avec une ambiance extérieure soumise à une pression ,telle que dans le domaine sous-marin, la cavité 2 contenant l'explosif peut être mise en équipression avec l'extérieur d'une façon simple et mécanique telle que par exemple en admettant une déformation des parois extérieures 9, ou par toute membrane permettant les variations de volumes dudit explosif liquide ou solide. En ce qui concerne la cavité 3 remplie de gaz qui essentiellement est de l'air, celle-ci est reliée alors à tous dispositifs 10 connus d'alimentation en gaz qui maintiennent cette cavité en équipression avec l'extérieur, afin que cette cavité conserve sa fonction de "stand off" ou partie inférieure de la charge creuse. dans laquelle se produira la concentration du dard créé par l'explosif sur le dièdre de la cloison 8.Ce dispositif 10 d'équipression peut être constitué d'une alimentation unique par conduite recevant du gaz depuis une bouteille d'alimentation 12 à travers différentes vannes 11 un mano-détendeur piloté par la pression extérieure 13, une valve anti-retour 14, l'ensemble étant contrôlé par un manomètre 15 qui peut être éventuellement combiné avec le détendeur 13 pour constitué un manodétendeur; le circuit 10 peut comporter également une vanne de décharge 16 tarée également par rapport à la pression extérieure pour qu'en cas de baisse de la pression, si on veut remonter par exemple le dispositif à la surface, le gaz sous pression contenu dans la cavité 3 puisse être chassé. La figure 2 est une vue perspective d'un dispositif de découpe sur une surface dièdre S. En ce cas le dispositif de découpe 1 peut être constitué, tel que représenté sur la figure par trois éléments linéaires adjacents 7 dont les sections de liaison 6 sont déterminées comme dans la figure précédente mais sont découpées de telle façon que les différents éléments 7 puissent suivre la surface dièdre S suivant une ligne de découpe 5 prédéterminée, et dans un plan perpendiculaire à ladite surface S. Un tel dispositif 1 peut permettre ainsi en combinant de la même façon d'autres éléments linéaires 7 de découper des profilés, de type H ou U ou I, d'une charpente métallique en suivant le profil de toute section tel que l'âme et les différentes semelles dudit profilé. On peut combiner également un assemblage de dispositif 1 tel que sur la figure 2 avec un assemblage de dispositif tel que représenté sur la figure 1 pour pouvoir faire des découpes complexes qui combinent à la fois des surfaces planes avec des lignes polygonales et des surfaces dièdres avec des courbes continues ou également polygonales afin de faire une découpe correspondant exactement au travail souhaité. Dans tous les cas les cavités 2 et 3 seront continues et reliées entre elles d'une manière étanche de façon à ce que l'explosif contenu dans la cavité 2 puisse exploser avec un seul détonateur sur l'ensemble du dispositif et permettre la découpe de la ligne 5 en une seule fois, et sans avoir à nécessiter une deuxième opération complémentaire de découpage. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de découpage par effet de charge creuse comprenant un container fermé (1) de section déterminée comportant d'une manière connue une cloison interne (8) de séparation en forme de dièdre d'angle donné (a) orienté vers la surface (4) à découper et séparant d'une part une cavité (3) étanche remplie de gaz du côté du container (1) qui doit être posé sur ladite surface et d'autre part une autre cavité (2) étanche également et remplie d'explosif caractérisé en ce que ledit container (1) comprend différents tronçons (7) linéaires adjacents de même section dont les liaisons (6) sont telles que lesdites cavités communiquent en continu et que les parois extérieures (9) et la cloison interne (8) de deux tronçons adjacents sont soudées entre elles sur toute la section (6) pour conserver l'étanchéité desdites cavités, celle (2) remplie d'explosifs contenant un explosif à haute vitesse de détonation. 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les différents tronçons (7) linéaires ont leur plan de découpe suivant l'axe XX' qui correspond à toute ligne (5) de figure polygonale suivant laquelle ladite surface (4) doit être découpée. 3 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que ladite surface (4) à découper est celle d'une paroi métallique pouvant atteindre une épaisseur (e) de 100 millimètres. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ledit explosif à haute vitesse de détonation est de la dynamite gomme ou plastique, dopée au sulfate de baryte. 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ledit explosif est un gel ou une émulsion explosifs à haute vitesse de détonation. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ledit explosif est un explosif bi-composant liquide à base de nitroparaffines autostérilisable ou non. 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que la cavité (2) remplie d'explosif est maintenue en équipression avec l'extérieur par tout moyen mécanique connu, tel que la simple déformation des parois externes (9) du container (1) et la cavité (3) est reliée à tout dispositif (10) connu d'alimentation en gaz qui maintient celle-ci en équipression avec l'extérieur. 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que les parois extérieures (9) et la cloison interne (8) des deux tronçons adjacents sont coupées et soudées entre elles suivant des angles (ss) égaux et symétriques.