Brevet FR2712682A1 — publié le 19950524

La présente inyention concerne un dispositif pyrotechnique, et plus particulièrement un dispositif destiné à faire écran entre une source émettant de la chaleur et un dispositif de recherche de chaleur ou de détection de chaleur, comprenant par exemple un laser, ou un dispositif guidé par des moyens visuels, ou un dispositif utilisant à la fois des moyens de détection de chaleur et des moyens visuels. En variante, un dispositif selon l'invention peut agir comme leurre pour un tel dispositif de recherche de chaleur ou de détection de chaleur. Le mot "chaleur" est utilisé présentement pour désigner un rayonnement électromagnétique dans la gamme d'ondes de 3 à 14 microns. L'invention concerne un dispositif pyrotechnique destiné à être utilisé pour faire écran entre une source émettant de la chaleur et un dispositif de recherche de chaleur ou de détection de chaleur, le dispositif pyrotechnique contenant une composition pyrotechnique qui comprend une substance en particules, un propulseur combustible capable, après allumage, de chauffer la substance en particules et de l'expulser du dispositif, pour former un écran de particules chaudes ayant un degré important de rayonnement dans la gamme d'ondes de 3 à 14 microns, le dispositif comprenant également une composition engendrant de la fumée capable de réaliser une combustion et une expulsion simultanées de fumée à partir du dispositif pour former un écran absorbant la lumière visible, adjacent ou mélangé à l'écran de particules chaudes. En particulier, le dispositif est prévu pour émettre des particules de combustion discrètes sur un volume relativement important. La nature des particules est telle qu'elles émettent un rayonnement électroma gnétique sur une large gamme de longueur d'ondes, mais principalement dans la région infra-rouge. Si un dispositif pyrotechnique selon l'invention est allumé à une distance, par exemple de 20 mètres, en face d'un véhicule émettant de la chaleur, ou de préférence une salve de tels dispositifs, espacés par exemple à des intervalles de 3 mètres, est allumée en face d'un tel véhicule, un écran de particules émettant de l'infra-rouge s' établit en face du véhicule, l'écran ayant par exemple une hauteur de 5 mètres et une largeur de 38 mètres. Cet écran sera efficace pour réduire le rapport de contraste d'émission infra-rouge entre le véhicule et son environnement et pour brouiller ainsi le système de guidage d'un missile à recherche de chaleur ou brouiller le dispositif de détection thermosensible ou l'équipement de visualisation thermique d'un dispositif de visée ou analogue. Cet effet est renforcé par la puLsation du dispositif, qui fait ainsi varier continuellement le rapport de contraste, ce qui fait échouer toute tentative de recaler le dispositif de détection pour contrer l'effet de l'écran. La pulsation peut être produite en faisant varier la composition dans le dispositif, ou en incorporant des ingrédients pour ralentir la vitesse de combustion, ou par une conception mécanique de la buse à travers laquelle sont éjectés les gaz et les particules chaudes, ce qui a pour résultat une oscillation de pression. Cet écran sera efficace pour produire une radiance moyenne (sur son étendue) qui est au moins aussi grande que celle de la cible qui doit être masquée par l'écran, et peut même être suffisamment large pour saturer tout équipement de détection, et réduira le rapport de contraste entre la cible et son environnement. De cette façon, le système de guidage d'un missile à recherche de chaleur est brouillé et la cible est soustraite à l'équipement de visualisation thermique ou d'un dispositif de visée à laser. Cet effet est également renforcé par la pulsation de l'écran et par le mouvement continuel des particules de combustion qui font varier continuellement le rapport de contraste faisant ainsi échouer toutes tentatives de recaler les images thermiques, etc., pour contrer l'effet de l'écran. En théorie, on peut utiliser toute matière combustible en tant que substance absorbant de la chaleur et émettant de la chaleur, mais, de façon à obtenir des dimensions pratiques de dispositif et des étendues d'écrans importantes avec des durées de vie raisonnables, il est important que les matières présentent de larges émissions infra-rouges dans les gammes de longueurs d'ondes intéressantes. A cet égard, on préfère les métaux pour les raisons suivantes 1 ) ils présentent des chaleurs de combustion élevées par gramme de matière, 20) ils présentent des températures de combustion élevées, 30) les produits de combustion sont des oxydes métalliques qui ont des bandes d'émission dans les longueurs d'ondes requises, spécialement dans la gamme de 8 à 14 microns, 40) les produits de combustion sous forme d'oxydes métalliques ne sont pas volatiles et forment une fumée fine qui disperse et absorbe le rayonnement provenant du véhicule cible. Un certains nombre de poudres métalliques peuvent être utilisées avec ces dispositifs et elles peuvent être soit des éléments simples, soit des alliages d'au moins deux métaux, soit des alliages de métaux avec des semi-métaux et des non-métaux, soit des mélanges de deux ou plusieurs métaux ou alliages. Le titane constitue un tel métal qui présente des caractéristiques convenables de combustion et d'émission d'infra-rouges.- Une température typique obtenue par la combustion du titane est de 30000K et il en résulte la formation d'oxydes de titane, par exemple TiO2, Ti305, Ti203, TiO, qui émettent ensemble fortement dans la bande de 8 à 12 microns. Le pic de ce rayonnement se situe dans la région de 8 à 9 microns, et la radiance chute ensuite rapidement lorsque augmente la longueur d'onde. Toutefois, la radiance moyenne dans la bande de 8 à 12 microns est d'environ 20 à 30 fois celle qui est prévisible d'après la théorie du rayonnement du corps noir. Dans le cas du titane, du fait que la température de combustion est inférieure à la fois au point d'ébullition du métal et de l'oxyde métallique (respectivement de 3590 et 35000K),et du fait que les oxydes sont solubles dans le métal fondu, la particule de métal fait l'objet d'une combustion sous forme d'une gouttelette fondue avec de l'oxygène provenant de l'air migrant à travers les couches extérieures d'oxydes vers le métal. En conséquence, pour la plupart de la combustion, la gouttelette fondue reste essentiellement constante en dimension, bien que vers la fin il se produise une éjection explosive de pluies de petites particules (voir par exemple A.F. Clarke, J.C. Moulder et C.C. Runyan,C m bustion and Flame,(1974) 23,129). les métaux qui présentent des propriétés de combustion similaires à celles du titane sont les autres métaux du groupe IV A de la classification périodique, Zr et Hf, les éléments de groupe VA, V, Nb, Ta, les lanthanides et les actinides. Les caractéristiques d'émission spectrales des métaux et alliages varieiontenfonction des éléments concernés. Les métaux qui présentent des caractéristiques d'émission spectrales semblables à celles du titane comprennent Zr, Hf, Mn. D'autres éléments présentent une baisse moins profonde de la radiance que celle du titane lorsque la longueur d'onde augmente dans la région de 8 à 12 microns ou, en fait un pic d'émission à des longueurs d'ondes plus grandes, par exemple Si, V, Fe. Selon les caractéristiques d'émission spectrales désirées, on peut préférer un mélange de deux ou plusieurs métaux, par exemple des mélanges de titane et de silicium ont pour résultat une distribution de radiance spectrale dans l'intervalle de 8 à 12 microns qui est relativement plate étant donné que la bande d'émission centrée sur 10 microns en raison de la combustion du silicium se combine avec la bande du titane mentionnée ci-dessus pour fournir un meilleur recouvrement de l'émission dans la fenêtre atmosphérique de 8 à 12 microns, (c'est-à-dire l'intervalle de longueurs d'ondes de rayonnement qui ne sont pas absorbées par l'atmosphère). On peut utiliser des alliages de métaux, ou de métaux avec des semi-métaux ou avec des non-métaux, par exemple TiC, TiSi2, TiB2, NiA12, CaSi2, Ni2Zr3. Les alliages de ce groupe qui sont particulièrement préférés sont les alliages Ti-Si. I1 peut être avantageux d'utiliser des alliages plutôt que des mélanges lorsque l'un des éléments est difficile à allumer. Une composition convenable pour la charge du dispositif pyrotechnique comprend 40 % de titane en poudre, 15 % de carbone, par exemple sous la forme de charbon de bois, et 45 % de poudre à canon, ou des composants de poudre à canon. La dimension particulaire du combustible métallique constitue un facteur important pour formuler la meilleure composition pourPécran. Evidemment, plus les particules sont petites, plus leur nombre est important par poids unitaire et plus la surface d'émission des particules est importante par poids unitaire. Toutefois, les durées de combustion diminuent avec la dimension particulaire. Les particules plus petites sont plus facilement éjectées du dispositif et continuent à se déplacer avant d'être brûlées elles peuvent être également plus facilement allumées, ce qui non seulement affecte la performance du dispositif mais aussi la sûreté de manipulation des matières de l'écran. Par conséquent, l'intervalle de dimensions particulaires et les quantités de matière dans chaque dimension de particules seront choisies en fonction de la taille, de l'intensité et de la durée de l'écran requis. I1 apparaîtra que la teneur de poudre de titane dans l'exemple mentionné ci-dessus d'une composition convenable est beaucoup plus élevée que celle normalement utilisée dans les feux d'artifice, où la teneur en titane est typiquement de 10 % et rarement supérieure à 20 %. De telles compositions typiques pour feux d'artifice tendent également à être riches en nitrate de potassium qui est une substance riche en oxygène. En revanche, la composition préférée utilisée dans la présente invention utlise du charbon de bois pour produire un défaut d'oxygène dans les produits de combustion en Bissant le dispositif tel que la quantité de titane consumée avant d'être éjectée soit maintenue au minimum. Non seulement le carbone en excès réagit avec tout oxygène à l'intérieur du dispositif, de préférence au titane, mais aussi les oxydes de carbone chauds formés par suite de la combustion, se dilatent et aident le propulseur à faire sortir et à diriger la poudre de titane en combustion. Les particules de carbone et les oxydes de carbone chauds déchargés du dispositif émettent eux-mêmes également un rayonnement électromagnétique dans la région infra-rouge. Par suite, le dispositif est très efficace en termes du poids de titane qui est éjecté et brûlé dans l'atmosphère, et du faible poids de charge restant à l'intérieur du dispositif une fois que la combustion est complète. Le dispositif est ainsi de loin supérieur en performance à une composition de feux d'artifice comparable. Bien que l'on ait donné une proportion préférée de poudre de titane de 40 %, d'autres quantités dans l'intervalle de 20 à 60 % peuvent être aussi utilisées, le restant étant un mélange de propulseur et de compositions absorbant l'oxygène. A la place du charbon de bois en tant que moyen pour produire un défaut d'oxygène, on pourrait utiliser d'autres agents réducteurs. A la place de la poudre à canon, on peut utiliser autres propulseurs, comme par exemple de la nitro cellulose, avec ou sans autres agents de production de gaz, comme par exemple du nitrate de guanidine. Des propulseurs avec des propriétés de production de gaz plus importantes augmenteront la vitesse et la distance d'éjection et diminueront ainsi la nécessité de créer un défaut d'oxygène. Si de tels autres propulseurs produisent un défaut d'oxygène, la quantité de charbon de bois dans le mélange peut être diminuée. On peut également inclure des agents pour aider l'allumage des particules de métal ou d'alliage comme par exemple des polymères organiques fluorés, en particulier le P.T.F.E. Les particules de métal ou d'alliage peuvent être revêtues avec des agents pour ralentir le procédé de combustion, comme par exemple des polymères organiques fluorés. De tels revêtements peuvent rendre les particules de métal ou d'alliage plus faciles et/ou plus sûr à manipuler. Le dispositif pyrotechnique peut être incorporé dans un projectile de type mortier ou roquette, ou dans un dispositif supporté au sol, destiné à être utilisé sur terre, ou dans un dispositif flottant destiné à être utilisé en mer. En variante, le dispositif pyrotechnique pourrait être incorporé dans un obus conçu pour éclater au-dessus du sol, ou au-dessus de l'eau, ou prévu pour tomber lentement en étant suspendu à un parachute, par exemple à la manière d'une fusée éclairante. Normalement, plusieurs dispositifs de ce genre convenablement espacés, et éventuellement en salves répétées, seront nécessaires pour produire et maintenir un écran convenable. Pour une utilisation marine, un tel écran peut nécessiter d'avoir une hauteur de 100 mètres. La composition engendrant de la fumée est de préférence placée dans un compartiment séparé de celui de la composition qui forme l'écrm de particules chaudes en sorte que la combustion des deux compositions puisse se produire indépendamment. On connalt de nombreuses compositions convenables qui, lorsqu'elles sont brûlées, produisent de la fumée. En particulier, on peut utiliser une composition à base de phosphore dans un mélange avec la substance en particules. Une telle composition peut comprendre par exemple 55 % de phosphore rouge, 32 % de dioxyde de manganèse, 8 % de magnésium, 2 % de carbonate de calcium 3 % d'élastomère fluoré tel que celui vendu par Dupont sous la marque Viton A. REVENDICATION Dispositif pyrotechnique destiné à faire écran entre une source émettant de la chaleur et un dispositif de recherche de chaleur ou de détection de chaleur, le dispositif pyrotechnique contenant une composition pyrotechnique qui comprend une substance en particules et un propulseur combustible capable, après allumage, de chauffer la substance en particules et de l'expulser du dispositif, caractérisé en ce que la composition est capable de former un écran de particules chaudes ayant un degré important de rayonnement dans la gamme de longueurs d'ondes de 3 à 14 microns, et en ce que le dispositif comprend également une composition de production de fumée capable de réaliser une combustion et une expulsion simultané de fumée à partir du dispositif pour former un écran absorbant la lumière visible, adjacent ou mélangé avec l'écran de particules chaudes.