Brevet FR2669724A1 — publié le 19920529

Le secteur technique de la présente invention est celui des détonateurs haute sécurité, comportant en particulier un explosif secondaire initié par choc, désignés sous le terme détonateur à effet de projection de plaque. Pour améliorer la sécurité des détonateurs, on a d'abord proposé les détonateurs électriques et les détonateurs à initiation laser et maintenant les détonateurs à effet de projection de plaques. Les détonateurs électriques de haute sécurité, actuellement utilisés, sont des détonateurs dits "à fil explosé" qui nécessitent - une charge initiatrice d'explosif secondaire ultra fin (granulométrie souvent inférieure à 5 microns), difficile à fabriquer et à mettre en oeuvre, - une densité de chargement très faible, proche de la densité gravimétrique du produit, obtenue par très faible compression qui ne donne qu'une faible tenue aux contraintes mécaniques (vibrations, chocs,...) - une alimentation électrique haute tension (supérieure à 2000 V) de courte durée et de haute puissance (20 à 50 mJ pour une puissance crête de l'ordre de 1,1 MW, qui impose des circuits de mise à feu aselfiques, parfaitement isolés, et qui se révèle génératrice de parasites électro-magnétiques parfois inacceptables. Les composants de cette technologie sont complexes, fragiles et très coûteux, donc limités à des utilisations très spécifiques. Les détonateurs à initiation laser, de première génération, dérivent directement de la technologie "fil explosé" et sont décrits par exemple dans le brevet FR-A-2 617 277; dans ces détonateurs: - la source d'alimentation électrique est rempIacée par une source laser de haute puissance (20 à 1000 mj en 20 à 50 ns, soit des puissances crêtes de l'ordre de 2 MW) - le fil explosé est remplacé par une couche métallique mince, - les explosifs utilisés et les conditions de chargement restent identiques. Les problèmes rencontrés demeurent donc à peu près les mêmes : complexité, fragilité, coût des composants et des connexions (fibres optiques). Les détonateurs à effet de projection de plaque sont décrits par exemple dans le brevet US A-4 602565. ll comprend: - une plaque vaporisée par une une décharge électrique de haute puissance, - l'explosion de cette plaque projette une "plaque" mince, généralement isolante (Kapton) sur un explosif secondaire de granulométrie plus forte et de densité de chargement plus élevée, - l'impact de la plaque sur l'explosif provoque une onde de choc qui assure l'initiation de cet explosif secondaire. L'explosif devient plus facile à fabriquer, surtout à mettre en oeuvre; le détonateur présente une bien meilleure résistance aux agressions mécaniques. Par contre, l'énergie électrique de mise à feu se révèle légèrement plus élevée, supérieure à 0,5 j et à 10 MW de puissance crête); ceci ne résout pas les problèmes de réalisation des circuits de mise à feu, de connexions et de génération de parasites. Le but de la présente invention est de fournir un détonateur combinant la technique d'initiation des explosifs secondaires par effet de projection de plaque et la technique de vaporisation explosive d'une couche métallique par rayonnement laser, permettant ainsi de garder un explosif secondaire de granulométrie normale et surtout de forte densité de chargement. L'invention a donc pour objet un détonateur à effet de projection de plaque, du type comportant une première couche apte à se vaporiser pour découper une seconde couche et engendrer un projectile dans un moyen de projection initiant un explosif secondaire par choc, caractérisé en ce qu'il est initié par un flash laser et comprend: - un verre d'entrée assurant le confinement, - la première couche étant constituée d'un matériau susceptible de se vaporiser sous l'impact laser, en contact intime avec le verre d'entrée; - la seconde couche à projeter étant en contact intime avec la première couche et le moyen de projection, -l'explosif secondaire étant à densité de chargement élevée et placé contre le moyen de projection. La première couche peut être un métal déposé en couche mince sur la seconde couche. La première couche peut être constituée par l'aluminium ou le cuivre. La première couche peut avoir une épaisseur comprise entre 0,01 et 1 micromètre. La seconde couche peut être réalisée en un matériau conducteur ou non conducteur de l'électricité. La seconde couche peut avoir une épaisseur comprise entre 0,1 et 100 ,um. Un résultat de la présente invention réside dans le fait que le détonateur présente la haute sécurité des détonateurs à fil explosé, la simplicité et l'immunité aux parasites électriques des détonateurs à laser, la robustesse, la tenue mécanique et le faible coût des détonateurs à effet de projection de plaque. Un autre résultat réside dans l'application du flash laser à la structure particulière du détonateur selon l'invention qui procure: - une meilleure définition de la surface "explosée" de la feuille métallique qui peut être optimisée en fonction de l'effet de projection recherché, - une meilleure régularité et un meilleur rendement de "l'explosion" de la couche métallique, - une transmission à distance de l'énergie de mise à feu par connexions non métalliques, non susceptibles. d'émettre ou de recevoir des parasites d'origine électrique (décharges électrostatiques, impulsion électro-magnétique, rayonnement parasite). D'autres avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture du complément de description qui va suivre d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple en relation avec la figure 1 unique. Le détonateur selon l'invention représenté suivant une coupe longitudinale sur la figure I, comprend une source laser 1 émettant un rayonnement laser 12 sur un verre 2 suivi d'une couche dite explosive 3, préférentiellement déposée sur le verre d'entrée 2 qui assure le confinement et la protection de la couche, une couche "à projeter" 4 (feuille volante) en contact intime avec la couche 3, un dispositif de projection constitué d'une entretoise 8 percée d'un alésage 7, une ou plusieurs charges explosives 5, d'explosifs secondaires à densité de chargement élevée. On entend par densité de chargement élevée une densité égale à 0,7-1 fois la densité cristalline. Un capot de protection ou alvéole 6 adapté à l'utilisation choisie isole l'ensemble des composants du détonateur. Sous l'impact du flash laser 1, à travers le verre 2, la partie "éclairée" 9 de la couche j, se vaporise et "explose". La pression développée par I'explosion de cette partie 3 découpe et projette la partie 10 de la couche 4 en regard de 9. La couche projetée 10 traverse l'alésage 7 et vient impacter la zone 1 1 de la couche explosive 5, provoquant l'initiation de l'explosif. Le phénomène d'explosion de la couche 9 et le rendement de projection de la partie 10 sont grandement améliorés par le confinement apporté par le verre 2 et les contacts intimes verre 2/couche 3 et couche 3/couche 4. La surface de l'impact de laser 1 (diamètre de la "tâche" laser) détermine la surface de la partie explosive 9 de la couche 3 et de la partie projetée 1 O de la couche 4 et donc de la surface d'impact 1 i sur l'explosif 5. La couche 3 doit être constituée d'un matériau susceptible de se vaporiser sous l'impact du flash laser; parmi les matériaux utilisables, on peut citer Al, Cu, Ta, Ti, Au, Ag etc..., c'est à dire la plupart des métaux déposables en couche mince. L'épaisseur de la couche 4 peut être comprise entre 0,01 et 1 micromètre (préférentiellement 0,02 à 1 clam) et doit être choisie en fonction de la capacité de vaporisation du laser qui doit vaporiser toute l'épaisseur de la couche. La couche 4 qui, dans le détonateur électrique du brevet US-A-4-602565 doit toujours être isolante peut, dans le cas du détonateur laser selon l'invention, être choisie dans un matériau isolant (Kapton, ou autre polyimide ou tout autre polymère disponible en feuille, céramique ou autres oxydes), mais aussi en métal (Al, Ti, Mg ... ou plus lourd, Fe, Cu, Ni etc...). La nature du matériau et son épaisseur doivent être choisies en fonction des considérations de rendement balistique de la projection et d'adaptation de choc à l'impact sur explosif (les épaisseurs choisies sont généralement comprises entre 0,1 et 100 llm). Dans certains cas, la couche 3 et la couche 4 peuvent être confondues si la vaporisation d'une partie de l'épaisseur de la couche peut provoquer la projection de la partie restante (exemple: couche d'aluminium de l'ordre de 10 à 50 clam). Les dimensions du "tube de canon" constitué par l'alésage 7 dans l'entretoise 8 sont choisies en fonction de la dimension de l'impact laser (et donc de la couche projetée 10), soit 0,2 à 2 mm de diamètre et de considérations balistiques sur la projection de plaque (hauteur de 0,5 à 2 mm). Le matériau de l'entretoise sera choisi parmi les matériaux à forte impédence de choc (acier, alliage de cuivre, ...) L'explosif utilisé sera choisi parmi les explosifs secondaires de haute sécurité et de grande stabilité thermique tels que hexogène, octogène, HNS, TATB, ... Leur densité de chargement pourra varier en fonction de considération détonique entre 60 et 80 % de la densité cristalline. Par exemple, pour l'hexogène le chargement en deux couches de densités respectives 1,2 à 1,4 pour la couche d'initiation et 1,5 à 1,7 pour la couche renforçatrice donne de bons résultats. REVENDICATIONS 1. Détonateur à effet de projection de plaque, du type comportant une première couche (3) apte à se vaporiser pour découper une seconde couche (4) et engendrer un projectile dans un moyen de projection (7) initiant un explosif secondaire par choc, caractérisé en ce qu'il est initié par un flash laser et comprend: - un verre d'entrée (2) assurant le confinement, - la première couche (3) étant constituée d'un matériau susceptible de se vaporiser sous l'impact laser, en contact intime avec le verre d'entrée; - la seconde couche (4) à projeter étant en contact intime avec la première couche et le moyen de projection, -l'explosif secondaire étant à densité de chargement élevée et placé contre le moyen de projection. 2. Détonateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première couche (3 ) est un métal déposé en couche mince sur la seconde couche (4 ). 3. Détonateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première couche (3) est constituée par l'aluminium ou le cuivre. 4. Détonateur selon l'une quelconque des revendication 1 à 3, caractérisé en ce que la première couche (3) a une épaisseur comprise entre 0,01 et 1 micromètre. 5. Détonateur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la seconde couche (4) est réalisée en un matériau conducteur ou non de l'électricité, 6. Détonateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la seconde couche (4) a une épaisseur comprise entre 0,1 et 100 Rm.