Brevet FR2710738A1 — publié le 19950407

Dispositif pyrotechnique de sécurité pour la transmission d'une détonation. La présente invention se rapporte au domaine des systèmes logiques pyrotechniques assurant la transmission d'une détonation dans un circuit pyrotechnique prédéterminé. Plus précisément l'invention concerne une dispositif pyrotechnique de sécurité permettant de contrôler, par des moyens électriques, la transmission d'une telle détonation. Il est connu d'utiliser la pyrotechnie, et notamment la propagation d'une détonation le long d'une colonne d'explosif, pour assurer la transmission d'une instruction dans des installations mécaniques à commandes simples ou multiples. Pour ce faire on interpose entre un initiateur pyrotechnique et un ou plusieurs récepteurs mécaniques ou pyrotechniques des colonnes d'explosif qui sont initiées, au moment voulu, en fonction des opérations à effectuer. De tels systèmes qui sont généralement connus sous le vocable de systèmes logiques pyrotechniques sont par exemple décrits dans le brevet européen 0 030 189 ou dans son homologue américain 4,404,910. Ces systèmes logiques pyrotechniques présentent l'avantage de permettre une commande très rapide et à distance d'une séquence d'opérations mécaniques et sont très recherchés dans les applications aéronautiques et spatiales. Ils présentent cependant l'inconvénient d'être sensibles à des courants électriques aléatoires tels que ceux qui peuvent être induits par exemples par un orage ou par un champs électromagnétique perturbateur. En effet de tels courants sont susceptibles de provoquer l'initiation non souhaité d'une ligne pyrotechnique. Pour se prémunir contre ce danger, on ne connaît à l'heure actuelle q'une seule solution : le désalignement mécanique. Cette solution qui est, par exemple, décrite dans le brevet européen 0 067 733 ou dans son homologue américain 4,498,392 consiste à diviser la colonne d'explosif en plusieurs éléments dont l'un est géométriquement décalé par rapport aux autres. Pour pouvoir transmettre l'ordre pyrotechnique il faut au préalable réaligner l'ensemble de la colonne d'explosif par un déplacement du segment initialement désaligné. On obtient ainsi un système logique qui est sûr mais qui présente une relative complexité au plan mécanique et ne permet que des temps de réponse assez longs. Par ailleurs de tels systèmes sont très sensibles aux accélérations brutales. L'homme de métier ne dispose donc pas à l'heure actuelle de systèmes logiques simples, continus, qui présentent une bonne fiabilité de fonctionnement avec un temps de réponse très court. On ne sait effectivement pas, jusqu'à présent, contrôler par des moyens simples la propagation d'une détonation dans une colonne d'explosif. En particulier si 1 'on sait, par des moyens électriques tels que des électrodes, amplifier la propagation d'une détonation comme cela est par exemple décrit dans les brevets américains 4,325,305 ou encore 4,372,214, on ne sait pas, par de tels moyens, contrôler, voire empêcher, la propagation d'une détonation qui a été initiée, notamment en cas d'initiation intempestive. L'objet de la présente invention est précisément de proposer à l'homme de métier un dispositif simple qui permette, par des moyens électriques distincts de l'initiateur, de contrôler la propagation d'une détonation le long d'une colonne continue d'explosif. L'invention concerne donc un dispositif pyrotechnique de sécurité pour la transmission d'une détonation constitué par un système d'amorçage relié à un récepteur par l'intermédiaire d'au moins une colonne constituée principalement par un matériau explosif possédant une épaisseur critique ec et une tension électrique de claquage Uc, caractérisé en ce que 1) la dite colonne constituée principalement par un matériau explosif est non conductrice de l'électricité et présente une zone rétrécie de longueur L dans laquelle l'épaisseur maximale em du dit matériau explosif est inférieure à son épaisseur critique ec, la longueur L de la dite zone rétrécie étant telle que la colonne ainsi constituée ne puisse pas transmettre seule une détonation, 2) et en ce que deux électrodes sont disposées de part et d'autre de la dite zone rétrécie sensiblement au contact de cette dernière et sont reliées par un circuit électrique comportant un interrupteur à une source de courant électrique présentant une différence de potentiel inférieure à la tension de claquage Uc de la dite colonne, dans la zone rétrécie. Selon un premier mode préféré de réalisation de l'invention le dit matériau explosif est non conducteur de l'électricité. Selon un second mode préféré de réalisation de l'invention le dit matériau explosif est non conducteur de l'électricité et les électrodes sont disposées directement au contact du dit matériau. Selon un troisième mode préféré de réalisation de l'invention les dites électrodes sont reliées à un condensateur chargé à une différence de potentiel Uo exprimée en volts qui répond à la double condition a) Uo b) 1 C Uo2 > 0,25 x n x L 2 dans laquelle C représente la capacité du condensateur exprimée en farads, L représente la longueur de la zone rétrécie exprimée en millimètres, présente un nombre entier ou non satisfaisant à la relation em et ec ayant les significations indiquées ci-dessus et la longueur L étant telle que le temps de propagation de la détonation à travers la zone rétrécie est inférieur ou égal au temps de décharge du dit condensateur. Selon un quatrième mode préféré de réalisation de l'invention la mise sous tension des électrodes peut être commandée de manière distincte de celle du système d'amorçage. Dans le dispositif selon l'invention, la colonne continue de matériau explosif reliant le système d'amorçage au récepteur est incapable de transmettre seule une détonation en raison de l'existence dans cette colonne d'une zone rétrécie dans laquelle ltépaisseur maximale du matériau explosif est inférieure à son épaisseur critique. Il est rappelé à ce propos que l'épaisseur critique d'un explosif est l'épaisseur minimale en dessous de laquelle cet explosif n'est plus capable de transmettre la détonation. Ainsi dans le dispositif selon l'invention, lorsque les électrodes ne sont pas sous tension, une initiation intempestive de la colonne de matériau explosif ne pourra pas atteindre le récepteur. Par contre il a été observé que lorsque les électrodes sont mises sous tension dans les conditions énoncées ci-dessus, une détonation initiée par le système d'amorçage est capable de traverser la zone rétrécie où l'épaisseur maximale du matériau explosif est inférieure à son épaisseur critique et d'atteindre le récepteur. La mise sous tension des dites électrodes pouvant être effectuée indépendemment de celle du système d'amorçage, l'homme de métier dispose ainsi d'un moyen simple de contrôler la propagation d'une détonation le long d'une colonne d'explosif faisant partie d'un système logique pyrotechnique, et cela sans avoir recours à un désalignement géométrique au sein de la colonne d'explosif. Une réalisation préférée de l'invention est maintenant décrite en détails en se référant aux figures 1 à 4. - La figure 1 est un schéma de principe d'un dispositif selon l'invention, vu de dessus. - La figure 2 est une vue de dessus de la zone rétrécie de la colonne d'explosif et des électrodes du dipositif représenté à la figure 1. - La figure 3 est une coupe selon AA de la figure 2, - la figure 4 est un schéma illustrant une possibilité d'application du dispositif selon l'invention dans un système logique pyrotechnique. On a représenté à la figure 1 un dispositif selon l'invention. Ce dispositif est constitué par un système d'amorçage 1 relié à un récepteur 2 par l'intermédiaire d'une colonne 3 constituée principalement par un matériau explosif. Le système d'amorçage 1 est un système pyrotechnique en général à commande électrique. Le récepteur 2 est en général un récepteur pyrotechnique tel que, par exemple, un cordeau de découpage ou un relais pyrotechnique mais peut aussi être un chargement explosif ou un système mécanique sensible à la détonation amenée par la colonne 3. la colonne 3 est constituée principalement par un matériau explosif possédant une épaisseur critique ec. La dite colonne présente une tension de claquage Uc. On entend par tension de claquage électrique la différence de potentiel qu'il faut appliquer de part et d'autre de la dite colonne pour qu'un arc électrique s'établisse au travers de cette dernière. Selon une première caractéristique essentielle de l'invention la dite colonne doit être non conductrice de l'électricité et doit donc posséder une tension de claquage au moins égale à quelques kilovolts. Dans la pratique la tension de claquage Uc du materiau explosifs doit être au moins égale à 1 kV par mm d'épaisseur du dit matériau. Pour cette raison les matériaux explosifs préférées sont les matériaux explosifs non conducteurs de l'électricité. Sont particulièrement préférés, dans le cadre de la présente invention, les matériaux explosifs composites constitués par un liant organique et par un composé explosif organique nitré. Comme liant on utilisera avantageusement un liant principalement constitué par un polymère choisi dans le groupe constitué par les dérivés des polybutadiènes hydroxytéléchéliques et notamment les polyesters et les polyuréthannes obtenus à partir de tels polybutadiènes, les polyuréthannes, les polymères fluorés, les composés à base de silicone, les polyesters, les polyéthers et les polymères acryliques. Les composés explosifs organiques nitrés sont avantageusement choisis dans le groupe constitué par l'hexogène, l'octogène, lthexanitrostylbène, le dinitroglycolurile, l'oxynitrotriazole, la nitroguanidine, le triaminotrinitrobenzène et la penthrite. Lorsque le matériau explosif est non conducteur de l'électricité, la colonne 3 peut être simplement constituée par une rainure pratiquée dans un moulage en matière non conductrice de l'électricité et remplie par le matériau explosif. Ce moulage n'est pas représenté sur les figures dans un souci de clarté des dessins. La matériau explosif constituant la colonne 3 peut aussi être recouvert par une gaine isolante, cette disposition étant impérative lorsque le matériau explosif est conducteur de l'électricité ou présente une tension de claquage trop faible, comme par exemple les explosifs contenant des particules métalliques ou du carbone Dans ce cas, cependant, l'épaisseur de la gaine, le long de la zone rétrécie, devra être telle que cette gaine soit complètement détruite par la propagation de la détonation. Les gaines isolantes seront seront avantageusement constituées par des polyimides isolants à forte tension de claquage, comme, par exemple, les polyimides commercialisés sous la marque "KAPTON". Selon une deuxième caractéristique essentielle de l'invention la dite colonne 3 présente une zone rétrécie 4 de longueur L dans laquelle l'épaisseur maximale em du matériau explosif est inférieure à son épaisseur critique ec, la longueur L de la zone rétrécie 4 étant telle que la colonne ainsi constituée ne puisse pas transmettre seule une détonation. Cette caractéristique est essentielle car c'est elle qui permet de garantir qu'une initiation intempestive de la colonne 3 n'atteindra pas le récepteur 2. En général la longueur L sera au moins égale à quatre fois l'épaisseur critique ec du matériau explosif. Selon une troisième caractéristique essentielle de l'invention, deux électrodes 5 et 6 sont disposées de part et d'autre de la dite zone rétrécie 4, sensiblement au contact de cette dernière. Selon une réalisation préférée de l'invention les électrodes ont la même longueur L que la zone rétrécie et sont disposées au contact de cette dernière. Les électrodes 5 et 6 sont reliées par des conducteurs 7 et 8 à une source de courant électrique 9. Le circuit électrique ainsi constitué comporte impérativement un interrupteur 10 permettant d'ouvrir ou de fermer le circuit électrique à volonté. La dite source de courant électrique 9 présente une différence de potentiel inférieure à la tension de claquage Uc de la dite colonne 3 dans sa zone rétrécie 4. Lorsque le matériau explosif est non conducteur de l'électricité et que la colonne 3 est constituée par une rainure remplie par le dit matériau explosif, les électrodes 5 et 6 seront avantageusement disposées directement au contact du dit matériau explosif comme représenté à la figure 2. Dans ce cas les électrodes 5 et 6 constituent les bords de la rainure dans laquelle est placé le matériau explosif pour la zone rétrécie 4 de la colonne 3. Les surfaces du matériau explosif qui, dans la zone rétrécie 4, ne sont pas au contact des électrodes 5 et 6 seront avantageusement recouvertes par des bandes 11 et 12 constituées par un isolant électrique comme représenté à la figure 3. Cet isolant électrique sera avantageusement constitué par des polyimides isolants à forte tension de claquage. La zone rétrécie 4 aura préférentiellement une section parallélépipédique et notamment une section carrée comme représenté à la figure 3. Néanmoins la zone rétrécie 4 peut présenter une section non parallélépipédique et notamment une section circulaire, par exemple dans le cas où le matériau explosif est contenu dans une gaine isolante. La source de courant électrique 9 peut être une source de courant continu comme une batterie ou une pile, mais, préférentiellement, cette source de courant électrique sera constituée par un condensateur comme représenté à la figure 1. Dans ce cas, le dit condensateur est chargé à une différence de potentiel Uo qui doit répondre à une double condition. En premier lieu la différence de potentiel Uo du condensateur doit être inférieure à la tension de claquage Uc de la dite colonne (3) dans sa zone rétrécie (4) de manière à éviter toute décharge du condensateur lorsque l'interrupteur 10 est fermé. En second lieu l'énergie électrique emmagasinée dans le condensateur et qui est égale à 1 CUo2, 2 C représentant la capacité du condensateur, doit être suffisante pour permettre à la détonation de passer le long de la zone rétrécie 4. Il a été constaté que cette énergie exprimée en Joules doit, en général, être au moins égale à 0,25 fois la longueur L exprimée en mm de la zone rétrécie 4, lorsque l'épaisseur em de la dite zone 4 rétrécie est inférieure de 10% à l'épaisseur critique ec du dit matériau explosif. En général l'énergie emmagasinée dans le condensateur devra donc répondre à la condition 1/2 CUo2 > 0,25 x n x L dans laquelle C représente la capacité du condensateur 9 exprimée farads, Uo représente la différence de potentiel du condensateur 9 exprimée en volts, L représente la longueur de la zone rétrécie 4 exprimée en mm, n est nombre défini par la relation Enfin, selon une réalisation préférée de l'invention, lorsque le système d'amorçage 1 est à initiation électrique, la mise sous tension des électrodes 5 et 6 grâce à l'interrupteur 10 peut-être commandée de manière distincte de celle du système d'amorçage 1. Dans ces conditions, tant que l'interrupteur 10 est ouvert et que les électrodes 5 et 6 ne sont soumises à aucune différence de potentiel, la colonne 3 ne peut pas transmettre, en raison de la zone rétrécie 4, une détonation initiée par le système d'amorçage 1 au récepteur 2. Lorsque l'interrupteur 10 est fermé, les électrodes 5 et 6 sont soumises à une différence de potentiel Uo. Si le système d'amorçage 1 initie une détonation dans la rétrécie 4 grâce au complément d'énergie fourni par les électrodes 5 et 6, le matériau explosif devenant conducteur dans la zone de détonation. Pour ce faire il est cependant impératif que la longueur L de la zone rétrécie 4 soit telle que le temps de propagation de la détonation à travers la zone rétrécie 4 soit inférieur ou égal au temps de décharge du dit condensateur. La colonne 3 présentant à nouveau, en aval de la zone rétrécie 4, une épaisseur en matériau explosif supérieure à l'épaisseur critique ec, la détonation peut parvenir jusqu'au récepteur 2. Dans la pratique, avec les matériaux explosifs préférés usuels décrits ci-dessus, dont l'épaisseur critique ec est de l'ordre de quelques millimétres, l'épaisseur de la zone rétrécie 4 sera comprise entre 1 et 2 mm et la longueur L sera comprise entre 1 et 1,5cm. L'homme de métier dispose ainsi d'une moyen simple, sans désalignement géométrique, de contrôler et d'orienter la propagation d'une détonation dans un système logique pyrotechnique en fonction des parties de ce système qu'il veut activer. L'exemple qui suit illustre une possibilité d'application de l'invention. Exemple On a représenté à la figure 4 un système logique pyrotechnique. Un système d'amorçage 14 est relié à deux récepteurs 15 et 16 par l'intermédiaire d'une colonne de matériau explosif 17 qui part du système d'amorçage 14 et qui se divise en deux branches 18 et 19 de matériau explosif, la branche 18 reliant la colonne 17 au récepteur 15 et la branche 19 reliant la colonne 17 au récepteur 16. A partir de la zone de division en deux branches, chacune des branches 18 et 19 présente une zone rétrécie 20 et 21 conforme à l'invention qui vient d'être décrite. Une électrode triangulaire 23 est disposée entre les zones 20 et 21, tandis que deux électrodes rectangulaires 22 et 24 sont placées de part et d'autre des zones 20 et 21 de manière que la zone 20 soit entourée des électrodes 22 et 23, et que la zone 21 soit entourée des électrodes 23 et 24. L'électrode 22 est reliée à une condensateur 33 par un conducteur 28 muni d'un interrupteur 31 tandis que l'électrode 24 est reliée à un condensateur 34 par un conducteur 30 muni d'un interrupteur 32. L'électrode 23 est reliée par un conducteur 25 à un noeud électrique 26 qui est lui-même relié au condensateur 33 par un conducteur 27 et au condensateur 34 par un conducteur 29. Lorsque les interrupteurs 31 et 32 sont ouverts, une détonation initiée dans la colonne 17 ne peut atteindre les récepteurs 15 et 16 du fait que les zones 20 et 21 ne laissent pas passer seules la détonation. Les récepteurs 15 et 16 sont ainsi protégés contre toute initiation intempestive de la colonne 17. En cas d'initiation volontaire de la colonne 17 par le système d'amorçage 14, la fermeture préalable de l'un des interrupteurs 31 et 32 ou la fermeture prélable des deux interrupteurs permet de transmettre l'initiation à l'un ou l'autre des récepteurs 15 et 16 ou aux deux récepteurs à la fois. L'homme de métier dispose ainsi d'un système logique pyrotechnique qu'il peut protéger, activer et orienter à volonté, ce système présentant une continuité totale de toutes les lignes pyrotechniques sans aucun désalignement géométrique. Le système selon l'invention désalignement géométrique. Le système selon l'invention présente par ailleurs l'avantage d'avoir un temps de réponse très bref, de l'ordre de quelques microsecondes, alors que les systèmes traditionnels avec désalignement géométrique ont un temps de réponse qui s'approche de la seconde. Enfin le système selon l'invention n'est pas du tout sensible aux accélérations ou décélérations brutales. Revendications 1. Dispositif pyrotechnique de sécurité pour la transmission d'une détonation constitué par un système d'amorçage (1) relié à un récepteur (2) par l'intermédiaire d'au moins une colonne (3) constituée principalement par un matériau explosif possédant une épaisseur critique ec, la dite colonne 3 présentant une tension de claquage Uc, caractérisé en ce que 1) la dite colonne est non conductrice de l'électricité et présente une zone rétrécie (4) de longueur L dans laquelle l'épaisseur maximale em du matériau explosif est inférieure à son épaisseur critique ec, la longueur L de la dite zone rétrécie (4) étant telle que la colonne ainsi constituée ne puisse pas transmettre seule une détonation, 2) et en ce que deux électrodes (5,6) sont disposées de part et d'autre de la dite zone rétrécie (4) sensiblement au contact de cette dernière et sont reliées par un circuit électrique (7,8) comportant un interrupteur (10) à une source de courant électrique (9) présentant une différence de potentiel inférieure à la tension de claquage Uc de la dite colonne (3) dans la zone rétrécie (4). 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le matériau explosif est un matériau explosif non conducteur de l'électricité. 3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que le matériau explosif est un explosif composite constitué par un liant organique et par un composé explosif organique nitré. 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que le dit liant est principalement constitué par un polymère choisi dans le groupe consitué par les dérivés des polybutadiènes hydroxytéléchéliques, les polyuréthannes, les composés du silicone et les polymères fluorés, les polyesters, les polyéthers et les polymères acryliques. 5. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que le dit composé explosif organique nitré est choisi dans le groupe constitué par l'hexogène, l'octogène, I'hexanitrostylbène, le dinitroglycolurile, l'oxynitro triazole, la nitroguanidine, le triaminotrinitrobenzène et la penthrite. 6. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que les dites électrodes (5,6) sont disposées directement au contact du matériau explosif. 7. Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que, dans la zone rétrécie (4), les surfaces du matériau explosif qui ne sont pas au contact des électrodes (5,6) sont recouvertes par un isolant électrique (11,12). 8. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le matériau explosif est recouvert par une gaine isolante. 9. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la dite zone rétrécie (4) a une section parallélépipédique. 10. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la dite zone rétrécie (4) a une section circulaire. 11. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les dites électrodes (5,6) ont la même longueur L que la zone rétrécie (4) et sont reliées à un condensateur (9). 12. Dispositif selon la revendication 11 caractérisé en ce que le dit condensateur (9) est chargé à une différence de potentiel Uo qui répond à la double condition a) Uo b) 1 CUo2 > 0,25 x n x L 2 dans laquelle C représente la capacité du condensateur exprimée en farads, L représente la longueur de la zone rétrécie exprimée en mm et n représente un nombre défini par la relation 13. Dispositif selon la revendication 11 caractérisé en ce que la longueur L de la zone rétrécie (4) est telle que le temps de propagation de la détonation à travers cette zone est inférieur ou égal au temps de décharge du dit condensateur. 14. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la mise sous tension des électrodes (5,6) peut être commandée de manière distincte de celle du système d'amorçage (1).