Brevet FR2720494A1 — publié le 19951201

L'invention se situe dans le domaine des amorces détonateurs en particulier celles destinées à fonctionner avec des générateurs piézo-électriques. Une amorce détonateur est le premier élément d'une chaîne pyrotechnique de mise à feu d'une charge. Une telle amorce comporte une composition d'initiation, en général un explosif primaire, et un moyen de mise à feu agissant sur la composition. Ce moyen peut agir par friction, percussion ou par utilisation d'un courant électrique. Un bon système d'amorçage doit mettre à feu l'amorce, lorsque les conditions de son amorçage sont remplies de façon intentionnelle. Elle ne doit pas fonctionner lorsque les conditions de son amorçage ne sont pas remplies. A cette fin, les amorces mises à feu au moyen d'un courant électrique sont très appréciées puisqu'elles permettent d'utiliser des moyens simples et connus pour empêcher un courant de passer dans un circuit ou au contraire lui permettre de passer ou encore pour annuler ses effets au niveau de l'amorce s'il passait de façon accidentelle au moyen d'un courtcircuit de l'amorce. Pour une telle amorce fonctionnant par passage d'un courant électrique, il faut évidemment pouvoir disposer dans la munition utilisant l'amorce d'un générateur électrique.Ce générateur doit avoir une énergie suffisante et une bonne aptitude à être stockée longtemps sans entretien de façon à diminuer les coûts de maintenance de munition. Les énergies nécessaires étant en général faibles, on a depuis longtemps pensé à utiliser des générateurs piézo-électriques, ceci d'autant plus que l'impact de la munition peut être utilisé pour créer le courant à partir du choc sur le matériau piézo-électrique. Pour que la composition explosive de l'amorce puisse être mise à feu, il faut une énergie minimale faible mais distribuée sur un temps court. Cela suppose pour un générateur piézo-électrique de débiter dans une résistance élevée ou rendue élevée par un transformateur d'impédance ou encore de disposer entre le lieu d'utilisation de l'énergie et le générateur, d'un éclateur qui ne laissera passer le courant qu'après qu'un seuil de tension ait été atteint. Les arts antérieurs qui pour l'initiation paraissent, par certains aspects les plus proches de l'invention, comportent principalement : une amorce à composition conductrice, une amorce à composition conductrice et éclateur incorporé prévue pour fonctionner avec un générateur piézo-électrique, et une amorce à fil chaud. Les exemples décrits ci-après de chacun de ces types d'amorce ont tous une structure coaxiale, les connexions étant constituées par une douille métallique de l'amorce d'une part et une électrode centrale d'autre part, mais des réalisations bifilaires (serties par deux broches) sont également très courantes. Elles comportent également de façon courante, outre la composition d'initiation, une composition primaire renforçatrice mise à feu par la composition d'initiation et une composition secondaire renforçatrice. Ces trois amorces de l'art antérieur seront ci-après décrites en référence aux figures 1, 2 et 3 respectivement. La figure 1 représente une coupe longitudinale d'une amorce 10 à composition conductrice 2. Le courant fourni par un générateur non représenté connecté aux électrodes 5 et 1 (montée sur traversée isolante - voire étanche -6) traverse la composition pyrotechnique conductrice 2, par exemple un mélange d'azoture de plomb N6Pb, de trinitroresorcinate de plomb connu aussi sous le nom de tricinate, et de graphite. L'initiation de cette composition est réalisée principalement par échauffement.Du fait de la difficulté de réalisation de compositions homogènes à très faible taux de graphite, la résistance électrique de telles amorces peut avoir des valeurs faibles de l'ordre de quelques dizaines d'ohms, valeurs généralement désadaptées par rapport à la résistance interne de générateurs piézo-électriques de petites dimensions, et donc on n'obtient pas une énergie suffisante pour l'initiation. On est donc amené à intercaler dans le circuit d'alimentation un transformateur d'impédance ou un éclateur 20. La figure 2 représente la coupe longitudinale d'une amorce 10 à composition conductrice et à éclateur incorporé. La structure de base d'une telle amorce est la même que celle décrite ci-dessus pour l'amorce à composition conductrice mais un diélectrique 3, du papier dans la réalisation connue, couvre la traversée isolante 6 et donc l'électrode centrale 1. La composition conductrice 2 (azoture de plomb + tricinate + graphite) est comprimée dans une coupelle métallique 4 incluse dans la douille 5 et aussi par l'intermédiaire d'un trou 15 de la coupelle 4 sur le diélectrique 3. Cette coupelle 4 ne sert qu'à empêcher l'écoulement de la composition 2 sous le diélectrique 3 lors des opérations de chargement. Lors d'un choc sur le générateur piézo-électrique, la résistance électrique du détonateur 10 entre les connexions 1 et 5 est infinie, donc la tension monte rapidement jusqu'au point de claquage du diélectrique (environ 1000 Volts). A ce moment, L'énergie stockée dans la capacité propre du générateur piézo-électrique se décharge dans la composition conductrice 2 et l'initie. De par sa structure interne, ce type d'amorce est difficilement réalisable en faibles diamètres. En faible diamètre il convient de miniaturiser les isolements, et l'on a du mal à obtenir une bonne reproductibilité des seuils de claquage. II faut ajouter des dispositifs de désalignement de chaîne pyrotechnique volumineux en raison de la masse importante du chargement. La figure 3 montre la coupe longitudinale d'une amorce à fil chaud par exemple du type réalisé par la demanderesse sous la référence AD/FP/121HB/01 qui diffère de l'amorce à composition conductrice en ce qu'un fil métallique 7 est soudé au-dessus de la traversée isolante 6 entre une électrode centrale 1 et une électrode extérieure 16, et en ce que les compositions 2 formant le chargement ne comportent pas de graphite sauf, éventuellement, pour faciliter les opérations de chargement : généralement, la composition primaire sensible de ce type d'amorce est constituée d'azoture de plomb pur. Ce type d'amorce nécessite généralement l'interposition d'un adaptateur d'impédance dans le circuit d'alimentation et, dans la majorité des cas, d'un générateur piézo-électrique de forte puissance, donc relativement encombrant. Dans la description ci-dessus des trois amorces de l'art antérieur les compositions renforçatrices n'ont pas été mentionnées. La présente invention vise une amorce détonateur allumable par générateur piézo-électrique facilement réalisable industriellement et possédant une grande reproductibilité des tensions de fonctionnement. Elle vise à une amorce fiable de faible encombrement et ne nécessitant qu'une énergie d'allumage faible. Elle vise à une amorce de structure simple, facile à réaliser et donc de coût réduit. A toutes ces fins, I'invention est relative à une amorce détonateur fonctionnant par claquage d'une tension électrique d'alimentation entre deux électrodes une première et une seconde, le claquage provocant le passage d'un courant dans une composition d'initiation, amorce caractérisée en ce que les électrodes ont des surfaces directement au contact de la composition d'initiation. Selon cet arrangement, la fonction éclateur est assurée par la composition d'initiation déposée en très faible quantité sous forme de goutte. On constate qu'il s'agit d'une simplification, par rapport à chacune des trois antériorités décrites. Tout d'abord, par rapport à la première antériorité, la quantité unitaire de composition conductrice est extrêmement réduite (moins de 1 mg), ce qui évite de procéder à des mélanges et homogénéisation sur des quantités importantes de compositions primaires sensibles, sources de risques importants d'incidents ou accidents, et d'autre part, les opérations de mélange, homogénéisation et de pose sont, dans le mode préféré, réalisées en phase humide ce qui diminue les risques. D'autre part, ce type d'amorce est directement utilisable avec un générateur piézoélectrique, sans interposition d'éclateur externe ou d'adaptateur d'impédance.Par rapport à la deuxième antériorité, I'invention supprime la mise en place du diélectrique ainsi que les contraintes liées aux précautions à prendre pour que la composition conductrice ne se glisse sous le diélectrique. L'invention simplifie d'autant plus les opération s par rapport à cette antériorité que le diamètre de l'amorce diminue : découper un confetti très petit et le mettre en place de façon reproductible n'est pas toujours chose aisée. Enfin, par rapport à la troisième antériorité, la simplification vient de la suppression du fil la soudure d'un fil métallique de diamètre lO,um voire moins est toujours délicate, et de la connexion sans adaptateur d'impédance intermédiaire au générateur piézo-électrique. La configuration de l'invention permet une grande reproductibilité de l'amorçage à condition que la composition soit elle-même réalisée de façon reproductible. Pour ce faire, dans un mode préféré de réalisation, la composition est obtenue par mise en suspension d'un mélange d'un ou plusieurs explosifs primaires et de poudre conductrice (aluminium ou graphite) dans une solution de Viton (marque déposée par Dupont de Nemours et connue sous cette appellation seulement, par les hommes du métier) dans du metyl iso butyl cétone connu sous l'abréviation MIBK. La mise en oeuvre consiste à prélever une goutte de cette suspension et à la déposer sur embase de l'électrode 1. La rondelle 14 ainsi obtenue recouvre une surface (8) située en extrémité de l'électrode 1 ainsi que la partie 16 de la surface de l'électrode 13 qui affleure au même niveau que la surface 8. Après évaporation du MIBK on obtient un dépôt solide ayant une cohésion suffisante pour assurer son intégrité pendant les opérations ultérieures de fabrication et ce, grâce à l'enrobage Miton des grains. C'est aussi cet enrobage Viton qui joue le rôle de diélectrique par ses propriétés propres, le graphite permet la réalisation d'une multitude de petits éclateurs.Les proportions des différents constituants du mélange introduits dans le MIBK seront fonction de la tension de claquage que l'on veut obtenir pour un espace interéiectrode fixé. II est naturellement possible de remplacer le MIBK ou le Viton par un autre solvant ou un autre diélectrique. Un exemple de réalisation d'une amorce réalisée selon l'intervention sera maintenant décrit en référence à la figure 4 qui représente une amorce selon l'invention et aux figures 5 et 6 qui illustrent des résultats obtenus. Comme les figures 1 à 3 qui étaient relatives à l'art antérieur, la figure 4 est une coupe longitudinale d'une amorce détonateurs dont les dimensions hors broche centrale sont: O 2,5 mm, hauteur 6,3 mm maximum incorporant un éclateur à poudre selon l'invention. Cette amorce 10 comporte du haut en bas de la figure une électrode 1 pénétrant dans une douille métallique 5 par l'intermédiaire d'une traversée étanche en verre 6 métal 13 recouverte d'une résine d'étanchéité 12. Le diélectrique 14 est constitué par une couche d'initiation dont des exemples de réalisation et de composition seront donnés plus loin. Le bas de la douille 5 est rempli par une couche d'une composition primaire renforçatrice 9, par exemple, de l'azoture de plomb, recouvrant une couche d'une composition secondaire renforçatrice 11 par exemple une pentrite. La couche d'initiation 14 est déposée sur la traversée étanche 6, 13 sous forme de goutte comme indiqué ci-dessus puis, après séchage, est légèrement comprimée par la mise en place de la traversée étanche dans la douille préalablement chargée par les compositions renforçatrices secondaire 11 puis primaire 9. Différentes amorces détonateurs ont été réalisées et testées dans lesquelles seul changeait la composition de la couche d'initiation 14 formant le diélectrique d'un éclateur intégré. Dans un premier essai, la composition comportait: - 47,5% PbTNR ( moy 15 ,u) obtenu par méthode ultra-sonique (tricinate) - 47,5% N6Pb ultra fin - 5% graphite M800 Ce mélange étant ensuite enrobé par une solution à 1% de Viton A dans le M.l.B.K. Les détonateurs réalisés avec une telle composition ont été excités par la chute d'une bille de 88 g d'une hauteur de 10 cm sur un générateur piézo-électrique (ceci correspond à la sensibilité nominale d'amorces à percussion de type 105 ou 106, le seuil de fonctionnement à 100% de celles-ci étant généralement situé à 6 ou 7 cm de hauteur de chute). 12 tirs ont été réalisés qui ont tous conduit à un bon fonctionnement pyrotechnique, toutefois, I'enregistrement de tension aux bornes du détonateur, donc du générateur piézo-électrique, a montré que cette tension ne montait pas normalement ainsi que le montre la figure 5. Dans ces conditions, le délai de fonctionnement pyrotechnique est impossible à mesurer et peut être très long. Quelques tirs réalisés avec la même composition enrobée à 3 et 5% de Viton n'ont pas montré d'amélioration. Cette première composition ne donnant pas complète satisfaction du point de vue de la régularité des délais de fonctionnement pyrotechnique, il a été procédé à de seconds essais sur dix détonateurs ayant la composition suivante: - 95% N6Pb ultra fin - 5% graphite M800 Ce mélange étant ensuite enrobé par une solution à 1% de Viton A dans le M.l.B.K. Les 10 détonateurs ont été tirés dans les mêmes conditions que précédemment. Cette version a montré des montées en tension normales pour un générateur piézo-électrique connecté à une résistance quasi infinie et ce jusqu'au claquage (cf. figure 6). Les temps de fonctionnement pyrotechniques mesurés entre l'instant du claquage électrique et l'instant de fonctionnement d'une sonde d'ionisation détectant le fonctionnement pyrotechnique restent peu dispersés. Avec cette composition, le délai moyen t entre l'instant du claquage électrique et le fonctionnement pyrotechnique est de 0,9 microsecondes. L'écart type a est de 0, 23 Cils, ce qui a été jugé satisfaisant. Le seuil moyen de fonctionnement se situe à 448 volts avec un écart type de 143 volts. II a été procédé à une troisième série d'essais pour tenter d'augmenter le seuil de fonctionnement en tension. On a alors réalisé 48 détonateurs avec la définition suivante: - 95% N6Pb ultra fin - 5% graphite M800 Ce mélange étant ensuite enrobé par une solution à 2% de Viton A dans le M.l.B.K. Ces détonateurs ont alors été testés dans les conditions suivantes: a) - 20 à température ambiante - bille 88 g, hauteur 10 cm. b) - 10 à température ambiante - bille 88 g, hauteur 5 cm. c) - 10 à -50 C - bille 88 g, hauteur 10 cm. d) - 8 à + 80 C - bille 88 g, hauteur 10 cm. L'allure des enregistrements n'a pas varié si ce n'est que les tensions de claquage ont augmenté. Les résultats sont donnés dans le tableau ci-après, ainsi que les moyennes et écart type pour chaque catégorie de tirs et sur l'ensemble de la population (cf. figure 6). grandeurs mesures tension moyenne écart type de délai écart type des de claquage V tension de pyrotechnique délais essais claquage moyen t a) 884V 177V 1,05 s 0,24 s b 814V 200 V 0,95 s 0,16 s c) 815V 210 V 1,53 s 0,56 s d) 860V 121V 2,01 s 0,37 s ensemble 851 V 178 V 1,29 s 0,5 s II est clair que les amorces décrites ne constituent qu'un exemple de réalisation et que les caractéristiques du fonctionnement en particulier le seuil de fonctionnement en tension et par conséquent l'énergie sont réglables par modification de la géométrie des électrodes etlou du pourcentage de carbonne et de Viton dans la composition d'initiation 14. REVENDICATIONS 1. Amorce détonateur fonctionnant par claquage d'une tension électrique d'alimentation entre deux électrodes une première et une seconde le claquage provoquant le passage d'un courant dans une composition d'initiation, amorce caractérisée en ce que les deux électrodes (1,13) ont des surfaces (8,16) directement au contact de la composition d'initiation (14). 2. Amorce selon la revendication 1 caractérisée en ce que la composition d'initiation (14) est composée d'un mélange de poudre explosive et de poudres conductrices enrobées dans un diélectrique. 3. Amorce selon la revendication 2 caractérisée en ce que le diélectrique est du piton. 4. Amorce selon la revendication 3 caractérisée en ce que la composition d'initiation (14) comprend entre 5 et 10% de graphite. 5. Amorce selon la revendication 3 caractérisée en ce que la composition d'initiation (14) comprend entre 90 et 95% d'azoture de plomb. 6. Procédé de réalisation d'une composition explosive primaire présentant les caractéristiques électriques d'un diélectrique caractérisé en ce que: - on constitue une solution d'un diélectrique dans un solvant du diélectrique; - on met en suspension un mélange comportant des grains d'un explosif primaire et des grains d'un conducteur; - on prélève en phase liquide une quantité de cette suspension et on la dépose; - on laisse évaporer le solvant. 7. Procédé selon le revendication 1 dans lequel le solvant est du métyl iso butyl cétone (MIBK) et le diélectrique du Viton. 8. Procédé selon le revendication 7 dans lequel la solution est à 1% de Viton. 9. Procédé selon le revendication 7 dans lequel la solution est à 2% de Viton. 10. Procédé selon l'une des revendications 8 ou 9 dans lequel la masse de l'explosif primaire représente entre 90 et 95% de la masse en suspens ion. 11. Procédé selon l'une des revendications 8 ou 9 dans lequel la masse de grains conducteurs en suspension représente entre 5 et 10% de la masse en suspension. 12. Procédé selon l'une des revendications 6 à 11 dans lequel les grains d'explosif sont des grains d'azoture de plomb. 13. Procédé selon l'une des revendications 6 à 12 dans lequel les grains de conducteurs sont des grains de graphite. 14. Procédé de réalisation d'un éclateur électrique devant entrer dans la fabrication d'une amorce détonateur fonctionnant par claquage d'une tension électrique d'alimentation entre deux électrodes une première (1) et une seconde (13), procédé consistant à obtenir une composition explosive primaire selon l'une des revendications 6 à 12, la quantité prélevée étant de l'ordre de la goutte et étant déposée sur une surface comportant une surface (8, 16) de chacune des premières et secondes électrodes (1,13) la goutte formant un volume continu s'appuyant sur ces surfaces (8,16) de chacune de ces électrodes (1,13). 15. Procédé selon la revendication 13 dans lequel les surfaces (8,16) sur lesquelles est déposée la goutte comportent en outre une surface d'isolant (6), les surfaces (8,16) d'électrode et d'isolant (6) sur lesquelles s'appuie la goutte étant coplanaires. 16. Amorce détonateur comportant une composition d'initiation résultant du procédé selon l'une des revendications 6 à 13. 17. Amorce détonateur comportant un éclateur résultant du procédé selon l'une des revendications 14 ou 15.