Brevet FR2667675A1 — publié le 19920410

L'invention concerne un dispositif de protection thermique, notamment pour la protection de la "boîte noire" d'un aéronef. La protection thermique de la boîte noire d'un aéronef est difficile à réaliser du fait que cette protection non seulement doit être efficace contre le feu et les températures élevées au moins pendant un temps minimal déterminé mais aussi doit pouvoir supporter des conditions très sévères comme celles créées par un choc sur la terre ou sur l'eau après une chute de plusieurs milliers de mètres et une immersion en eau profonde. On a déjà proposé de réaliser cette protection en plaçant la boîte noire dans un récipient et en disposant entre la boîte et le récipient une matière d'isolation thermique. On sait d'autre part que certains matériaux contiennent de l'eau de structure qu'ils sont capables de libérer sous l'effet d'une élévation de température et l'on a déjà pensé à utiliser cette propriété pour réaliser un écran de protection thermique C'est le cas par exemple des matériaux décrits dans la publication du certificat d'utilité français NI 2 512 808 qui contiennent de l'eau piégée dans une structure Néolithique Cette publication indique que cette eau de constitution peut s'évaporer et contribuer ainsi à augmenter la capacité d'isolation des matériaux décrits qui sont décrits comme étant des mousses de "géopolymères". Il a paru intéressant d'utiliser de tels matériaux comme matière isolante dans le dispositif précité o la boîte noire est placée dans un récipient. Toutefois, une telle application pose de nombreux problèmes en raison de l'épaisseur de matière isolante qui serait nécessaire pour assurer l'isolation désirée, et des conditions sévères (écrasement, poinçonnement, immersion) auxquelles la mousse de géopolymère doit résister. Les matériaux à structure de mousse présentent notamment une fragilité de surface qui serait rédhibitoire dans l'application envisagée ci-dessus. De fait, la simple interposition d'un écran en matière à structure zéolithique entre une boîte noire et un récipient ne peut pas constituer une solution acceptable au problème posé. On a maintenant déterminé qu'il est cependant possible d'obtenir des résultats très satisfaisants en incorporant la matière à structure zéolithique dans un complexe comprenant: une paroi métallique réfléchissante, un feutre réfractaire collé au dos de cette paroi, une masse solide minérale contenant de l'eau zéolithique préparée par durcissement d'une matière de départ fluide dont une partie a imprégné le feutre. L'écran métallique, en réfléchissant vers l'extérieur du complexe une partie de l'énergie thermique incidente, en cas d'exposition au feu, permet de réduire l'épaisseur de la masse zéolithique. Le feutre, autre composant essentiel du complexe de l'invention, réalise, de façon étonnante, une liaison intime parfaite entre la masse zéolithique et l'écran métallique. Un tel complexe constitue ainsi un écran thermique efficace dans l'application à la protection d'une boîte noire, ainsi que pour toute application similaire (protection d'un matériel électronique) et, à fortiori, pour des applications moins sévères. On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une réalisation d'un écran conforme à l'invention, en référence aux figures du dessin joint, la description et les figures faisant apparaître d'autres particularités de la présente invention. Sur les figures la figure 1 est une vue en coupe d'un dispositif comportant un écran thermique selon l'invention; la figure 2 est une vue en coupe d'un dispositif de protection thermique d'une boîte noire comportant un tel écran, et la figure 3 est un graphique relatif à un essai thermique de l'écran. Le dispositif de protection représenté sur la figure 1 comprend un écran composite E représenté en coupe dans son épaisseur, laquelle est indiquée par la double flèche 1 et est une vue agrandie. Cet écran composite est constitué de trois couches, à savoir une paroi 2, de préférence une feuille métallique de quelques dixièmes de mm d'épaisseur, dont la face 2 a tournée vers l'extérieur du complexe a été polie puis revêtue par un dépôt chimique ou par évaporation sous vide d'un métal 3 offrant un coefficient de réflexion élevé sur une plage de longueurs d'ondes importante Les caractéristiques physico- chimiques du dépôt et de la feuille métallique sont choisies en concordance avec l'environnement thermique, c'est-à-dire de façon à avoir un point de fusion élevé et une bonne stabilité à l'oxydation; un feutre réfractaire en céramique 4, de 2 à 3 mm d'épaisseur, collé sur la face non polie 2 b de la paroi réfléchissante, au moyen d'une colle silicone ou autre Ce feutre est composé de fibres d'alumine ( 75 %) et de silice fondue de haute pureté de façon à présenter une stabilité thermique élevée; une masse durcie 5 d'une matière minérale contenant de l'eau zéolithique, obtenue par polycondensation in-situ, contre le feutre 4 d'une composition zéolithique de silico-aluminate De telles compositions sont décrites par exemple dans le brevet français publié sous le NI 2 464 227 et sont vendues sous l'appellation GEOPOLYMITE par la société GEOPOLYMERE-France. On peut se référer, à titre documentaire, pour la connaissance de ces matières, aux publications d'autres publications de brevets et d'articles de Monsieur J DAVIDOVITS, notamment "Synthesis of new high-temperature geo-polymers for reinforced plastics/composites" (Society of Plastics Engineers, Inc, PACTEC'79), "Processing and applications of ultra-high température, inorganic matrix resin for cast composite structures " (PACTEC'83), et à la notice "Les matériaux GEOPOLYMERES (octobre 1986). Ces publications décrivent des alumino-silicates de sodium ou de potassium qui, en milieu alcalin, se polycondensent et forment un polymère minéral tridimensionnel ayant une structure analogue à celle des zéolithes naturelles. Selon la présente invention, on réalise cette polycondensation in-situ contre le feutre en sorte que la composition pâteuse de départ imprègne plus ou moins le feutre, ce qui évitera tout vide entre l'écran métallique et le géopolymère durci On notera que le feutre minéral, outre cette fonction essentielle qui assure la protection de la surface de la masse de géopolymère, a aussi pour fonction d'empêcher un contact direct entre le milieu réactionnel basique et l'écran métallique susceptible d'être attaqué par un tel milieu. On donne la préférence aux géopolymères de type sodique (polysialate de sodium) qui assure la constitution d'une quantité importante d'eau zéolithique. De préférence, on associe à cette matrice minérale des liquides organiques susceptibles de générer des fonctions hydroxyles sous l'action de la chaleur, par exemple du glycol, dans une proportion de préférence comprise entre 5 et 10 % en poids de la matrice minérale. Il est également avantageux, pour renforcer mécaniquement la matrice, de lui incorporer des fibres, par exemple des fibres d'alumine courtes ( 1 à 2 mm) comme celles commercialisées sous la dénomination SAFFIL par la société ICI. La proportion de fibres incorporées à la matrice peut être dans la gamme de 5 à 50 % environ en poids, une proportion de 10 % donnant déjà des résultats très satisfaisants. La protection thermique obtenue est stable à basse températue (inférieure à Oa C), sans risque de formation de glace et ne nécessite pas d'effectuer l'étanchéité du système à protéger car l'eau libre, c'est-à-dire l'eau extérieure au réseau, a été éliminée par séchage lors de la phase de polymérisation de la matrice. De préférence, on réalise la réaction contre le feutre après avoir collé le feutre à l'écran réflecteur métallique mais il n'est pas exclu de réaliser d'abord la réaction dans un moule sur le feutre puis de coller le feutre à l'écran métallique. L'écran composite selon l'invention est placé devant la zone Z à protéger Lorsque cette zone est une boîte, par exemple une boîte en acier 6 contenant un matériel électronique 7 Il est avantageux de placer cette boîte dans un récipient 8 et remplir l'intervalle entre la boîte et le récipient par l'écran de l'invention (figure 1). De fait, on procède généralement en deux étapes (figure 2) Dans un premier stade, on place la boîte 6 dans le récipient 8 dont on a tapissé le fond et les côtés avec l'écran réflecteur 2,3 et le feutre 4 collé à l'écran et on verse le mélange réactionnel dans l'espace intersticiel entre le feutre et la boîte, en réservant l'espace qui sera ultérieurement fermé par le couvercle 9 du récipient Ce couvercle 9 est réalisé à part et rapporté ensuite à sa place Le couvercle 9 comporte lui aussi un écran selon l'invention. La référence Il désigne sur la figure 2 le passage des conducteurs électriques de la boîte noire. La paroi du récipient est percée de micro-trous 10 (figure 1) destinés, en cas d'incendie, à l'évacuation de la vapeur produite par l'évaporation de l'eau zéolithique de la matière 5. Sous l'action d'une agression thermique, la matière minérale intervient comme stabilisateur thermique du fait que l'eau zéolithique se libère à partir de 200 'C, créant ainsi un environnement thermique stabilisé à 1000 C dont la durée est fonction de la quantité d'eau zéolithique. La figure 3 est un graphique montrant les résultats obtenus dans le cas de l'exemple décrit plus haut, lors d'une exposition à des flammes de 1100 'C produites par deux chalumeaux dont le flux total est de Kw/m 2. On constate que la température ne dépasse pas 1100 C après 30 mn d'exposition et reste inférieure à 1301 C après l'arrêt des flammes, ceci pour une épaisseur de protection thermique de 15 mm. L'invention n'est pas limitée au choix d'un "géopolymère" comme matière contenant de l'eau zéolithique et s'étend à l'emploi de toute matière minérale déterminant une matrice tri-dimensionnelle contenant de l'eau piégée sous forme zéolithique. REVENDICATIONS 1 Dispositif de protection thermique, caractérisé en ce qu'il comporte un écran E comprenant une paroi métallique réfléchissante ( 2, 3), un feutre réfractaire ( 4) collé au dos de cette paroi, une masse solide minérale ( 5) contenant de l'eau zéolithique qui a été préparée par durcissement d'une matière de départ fluide dont une partie a imprégné le feutre. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le feutre ( 4) est un feutre de céramique. 3 Dispositif selon la revendication I ou 2, caractérisé en ce que la masse solide minérale a été obtenue par polycondensation en milieu basique d'un alumino-silicate. 4 Dispositif selon la revendication I ou 2, caractérisé en ce que la masse solide minérale a été obtenue par polycondensation en milieu basique d'un alumino-silicate de sodium. 5 Dispositif selon l'une des revendications I à 4, caractérisé en ce que ladite masse solide minérale contient de 5 à 50 % en poids de fibres, notamment des fibres d'alumine. 6 Dispositif selon l'une des revendications I à 5, caractérisé en ce que ledit écran remplit l'intervalle entre une boîte ( 6) contenant un matériel à protéger et un récipient ( 8) contenant cette boîte. 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la paroi du récipient ( 8) comporte des microtrous pour l'évacuation de la vapeur produite par l'évaporation de l'eau zéolithique en cas d'exposition au feu. 8 Application d'un dispositif selon la revendication 6 ou 7 à la protection de la boîte noire d'un aéronef.