Brevet FR2712586A1 — publié le 19950524

La présente invention concerne un train pyrotech- nique, convenant en particulier mais non exclusivement à des systèmes à retard à train unique ou multiple. Elle s'applique aussi aux détonateurs à fil de pontage et peut en outre être adaptée à la réalisation de revêtements émettant un rayonnement infrarouge et destinés à des sys- tèmes de piège ou de leurre. On connaît déjà des systèmes pyrotechniques à retard à train multiple, destinés à déclencher des séquences com- plexes d'événements, par exemple dans un engin. Ces sys- tèmes à retard sont normalement réalisés à partir de cor- dons retardateurs connus comprenant des tubes de plomb qui sont d'abord remplis d'une composition pyrotechnique et granulaire préparée, constituée de matériaux qui sont choi- sis, préparés et mélangés avec des rapports particuliers afin qu'ils donnent les vitesses voulues de combustion. Les tubes remplis sont d'abord étirés à une faible dimension, coupés à la longueur, mis à la configuration voulue et assemblés manuellement avec des éléments convenables d'ac- couplement. L'exécution de l'opération est longue et dépend de l'opérateur, nécessite des coûts élevés d'outillage, implique un montage en salle dépoussiérée, et peut présen- ter des dangers. Le train multiple résultant présente aussi des inconvénients en ce qu'il comporte un nombre élevé d'interfaces indésirables et présente des temps non repro- ductibles de combustion. En outre, des problèmes se posent lors de l'utilisation de ces systèmes à train multiple dans une capsule fermée car l'enveloppe de plomb, qui fond pendant la combustion, est projetée alentour et peut dété- riorer d'autres éléments placés dans la capsule, par exemple des boîtiers de matière plastique. De plus, la pression des gaz dégagés pendant la combustion d'un volume assez important de composition pyrotechnique peut être élevée de manière embarrassante, surtout lorsque la capsule est utilisée à une pression ambiante très faible. La présente invention remédie à ces inconvénients par réalisation d'un train pyrotechnique capable de donner une précision accrue et une résistance mécanique propre plus importante que celles qui peuvent être obtenues avec des compositions granulaires, et réalisé par un procédé qui se prête à une automatisation. En outre, dans un premier aspect de l'invention, celle-ci concerne un train à retard qui peut être totale- ment étanche. Dans un second aspect, l'invention concerne un train pyrotechnique qui peut être exposé et qui, lorsqu'il est amorcé, rayonne dans un spectre prédéterminé de longueurs d'ondes et, dans un troisième aspect, l'invention concerne une amorce de pontage ayant un temps de réaction comparable à celui d'un fil explosif de pontage mais donnant une plus grande fiabilité. Selon l'invention, un train pyrotechnique comporte un stratifié réactif constitué par une couche de substrat d'un matériau donneur d'électrons sur laquelle un film d'un matériau accepteur d'électrons a été déposé en phase va- peur, les deux matériaux pouvant conjointement présenter une réaction exothermique lorsqu'ils sont soumis à un chauffage. Le stratifié peut comporter en outre d'autres films des deux matériaux, chacun déposé en phase vapeur sur le film déposé précédemment, dans une séquence qui alterne. De préférence, chaque film est déposé successivement par dépôt sous vide ou pulvérisation cathodique, l'opéra- tion de dépôt étant réglée de manière que l'épaisseur de chaque film soit sensiblement moléculaire afin que le mé- lange moléculaire des matériaux des films soit maximal dans toute l'épaisseur du stratifié. L'amorçage des films conjoints donneur et accepteur d'électrons, à un emplacement choisi quelconque, déclenche une réaction exothermique qui s'entretient d'elle-même, entre les molécules, et qui progresse latéralement le long des interfaces des films. Le nombre et l'épaisseur des films sont choisis de manière qu'ils donnent une caracté- ristique fiable et reproductible de progression latérale. Le stratifié réactif peut en outre comprendre un ou plusieurs films d'un matériau modérateur disposé sélective- ment sous forme de couche intermédiaire placée entre les films réactifs pendant l'opération de dépôt afin que la caractéristique de progression latérale soit modérée, et donne ainsi une vitesse voulue de combustion. Le matériau modérateur peut aussi être choisi de manière qu'il injecte des fréquences voulues dans le spectre résultant de rayon- nement. Dans le premier aspect de l'invention, c'est-à-dire dans un train étanche à retard, la couche formant le substrat peut être portée par un organe de support d'un matériau inerte, de préférence un mauvais conducteur de la chaleur, afin que la diminution de la réaction exothermique soit réduite au minimum, et il peut s'agir avantageusement d'un verre, d'une céramique ou d'une matière plastique. Cependant, lorsqu'une modération supplémentaire ou une variation de la caractéristique de progression est souhai- table, la conductibilité thermique de l'organe de support peut être réglée de manière convenable. Lors de l'utilisa- tion d'un organe de support, la couche formant le substrat peut elle-même être déposée en phase vapeur. Dans une variante, la couche formant le substrat peut elle-même avoir une résistance mécanique suffisante pour qu'elle supporte le stratifié et elle peut avoir une épaisseur suffisante pour qu'elle conserve son intégrité pendant l'utilisation, la réaction ne se propageant qu'à sa surface formant une interface. Un matériau convenant à cet effet est un polytétrafluoréthylène, ce matériau ayant toutes les caractéristiques nécessaires à la mise en oeuvre de l'invention, c'est-à-dire jouant le rôle d'un donneur d'électrons, ayant une résistance mécanique élevée et une faible conductibilité thermique, et pouvant être déposé en phase vapeur. Dans un arrangement préféré, du magnésium est utilisé comme matériau accepteur d'électrons en coopération avec un matériau donneur à base de polytétrafluoréthylène, mais on peut aussi utiliser tout autre matériau réactif convenable du type mnetal-halogénure. Dans le second et le troisième aspect de l'inven- tion, c'est-à-dire dans la réalisation d'un émetteur d'un rayonnement et d'une amorce de pontage, la couche formant le substrat n'a pas à conserver son intégrité mais elle peut être suffisamment mince pour être totalement consommée par la réaction exothermique du stratifié réactif. Les dimensions latérales du stratifié réactif sont choisies afin que la largeur et la longueur d'un trajet voulu de progression de la réaction soient déterminées. Ces paramètres peuvent être déterminés par la configuration de l'organe de support ou de la couche formant le substrat elle-même, par exemple un trajet tubulaire résultant du dépôt sur une fibre de verre ou de polytétrafluoréthylène. Dans une variante, les films peuvent être déposés sur une surface entière d'une couche plane d'un substrat et peuvent être ensuite traités par des techniques connues pour cir- cuits intégrés, afin que toute configuration plane voulue d'un trajet de progression soit obtenue. Dans un autre procédé, la couche plane formant le substrat peut avoir un masque placé avant le dépôt afin que les films réactifs ne soient déposés sur la couche du substrat qu'avec la confi- guration voulue. L'un ou l'autre de ces deux derniers procédés, réa- lisés dans un plan, est particulièrement avantageux pour la fabrication de systèmes complexes à plusieurs trains, car le dépôt de tous les trajets de propagation du système sous forme d'un seul élément, qui est ainsi rendu possible, élimine la nécessité de la réalisation de connexions indé- sirables. Un arrangement plan doit aussi être préféré dans le premier aspect de l'invention, lorsque les trajets de pro- pagation doivent être confinés de manière étanche, une couche externe de recouvrement de polytétrafluoréthylène ou d'un matériau inerte, ayant de préférence une faible con- ductibilité thermique, pouvant facilement coopérer de ma- nière étanche avec la couche du substrat ou un organe de support. Ce confinement assure à la fois le confinement de la réaction et le réglage de la pression de la réaction et en conséquence de la vitesse de combustion. En conséquence, l'étroitesse du confinement peut varier afin qu'il permette un réglage supplémentaire de la caractéristique de propagation. Dans le troisième aspect de l'invention, c'est-à- dire une amorce de pontage, le stratifié réactif est uti- lisé afin qu'il forme un trajet de propagation d'une réac- tion brisante entre deux électrodes adjacentes à une charge détonante, le stratifié étant formé par dépôt en phase vapeur directement sur un support isolant classique des électrodes. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre de modes de réalisation et de procédés de fabrication selon l'invention, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en plan d'un train pyrotech- nique multiple plan et étanche; la figure 2 est une élévation, en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1; la figure 3 est une coupe en élévation d'un autre arrangement terminal du train multiple de la figure 1; la figure 4 est une coupe axiale d'une amorce de pontage; et la figure 5 est une perspective d'un tronçon de cordon de transmission d'un éclair. Le train pyrotechnique multiple représenté sur les figures 1 et 2 comporte une plaque céramique 1 de support sur laquelle est superposé un réseau de trajets 2 de propa- gation d'un stratifié réactif, assurant des interconnec- tions diverses entre des extrémités 3 à 7 placées au bord et rejoignant ces extrémités. Le réseau formé par les trajets 2 est recouvert d'un couvercle 8 de configuration correspondante, formé d'une céramique et qui est fixé de manière étanche à la plaque 1 de support à sa périphérie, sauf aux extrémités 3 à 7. Chaque trajet 2 comporte un empilement de films 9 et qui peuvent réagir mutuellement et qui sont déposés en alternance, et il comporte un film modérateur intermédiaire 11. Les films 9 et 10 sont constitués respectivement de matériaux donneur et accepteur d'électrons, et le matériau utilisé dans l'exemple considéré étant le polytétrafluoré- thylène dans le cas des films 9 (le film 9 inférieur cons- tituant la couche précitée de substrat), et du magnésium pour les films 10. Le film 11 est purement éventuel et il peut être constitué d'un matériau inerte, par exemple de silicium. De nombreux autres matériaux de dépôt peuvent être utilisés pour la formation des films réactifs, un autre exemple étant l'oxyde de plomb pour les films donneurs 9 et le titane pour les films accepteurs 10. Les trajets 2 sont formés sur la plaque 1 par mise en oeuvre d'un procédé de fabrication décrit dans la suite. Une face entière de la plaque 1 de support est d'abord préparée de manière convenable puis totalement recouverte des films 9, 10 et 11, au cours d'une séquence convenable, à l'aide d'un-appareillage classique de dépôt sous vide (non représenté). Les matériaux des sources de dépôt, par exemple du polytétrafluoréthylène, du magnésium et du silicium, sont placés chacun dans des nacelles sépa- rées de vaporisation et sont vaporisés tour à tour par un faisceau d'électrons, en atmosphère d'argon. Les épaisseurs des films déposés 9, 10 et 11 ne dépassent pas de préférence chacune 2 Nm, afin que la caractéristique de propagation de la réaction soit repro- ductible, car les films de plus grande épaisseur sont indésirables étant donné que leur absorption de chaleur peut suffire pour que la nature exothermique de la réaction entre les couches soit supprimée. Le nombre total de films réactifs 9 et 10 qui est nécessaire dépend de l'épaisseur et de la conductibilité thermique de la plaque de support, c'est-à-dire de son efficacité comme radiateur. Lors de l'utilisation d'une plaque de support d'alumine de 1 mm d'épaisseur ayant une conductibilité thermique de 17 W/m, un dépôt de 100 films 9 et de 100 films 10 ayant chacun 0,5 gm d'épaisseur, a été déterminé comme étant efficace. (Quelques films seulement sont représentés sur les dessins par raison de clarté). Le nombre de films nécessaires peut être plus faible lorsqu'une plaque de support de polytétra- fluoréthylène est utilisée car elle contribue elle-même à la réaction et assure ainsi la compensation des pertes de chaleur. Les films ainsi déposés 9, 10 et 11 ont chacun une structure à réseau cristallin colonnaire, coopérant par imbrication moléculaire avec le réseau adjacent, avec for- mation d'un stratifié réactif qui, après amorçage, entre- tient une réaction exothermique entre les réseaux. Après la fin de l'opération de dépôt, les surfaces nécessaires du stratifié déposé, c'est-à-dire le réseau des trajets 2, sont masquées par un revêtement résistant à l'acide (non représenté) et les zones restantes des films sont retirées par attaque par un acide, comme dans les techniques connues de fabrication de plaquettes de circuits imprimés. La plaque 8 est alors placée par dessus et est soudée à ses bords à la plaque 1 de support, à l'aide d'un matériau compatible d'étanchéité (non représenté). Les hommes du métier peuvent noter qu'un réseau semblable de trajets 2 peut aussi être obtenu par masquage de la plaque de support avant dépôt des films 9, 10 et 11. Lors de l'utilisation, le réseau formé par les tra- jets de propagation est amorcé électriquement ou par frot- tement ou à l'aide d'une source qui dégage de la chaleur, à une extrémité choisie telle que l'extrémité 3, et la réac- tion exothermique provoquée progresse suivant les trajets 2 avec une vitesse uniforme et constitue une source d'amor- çage à chaque extrémité restante 4 à 7, à des intervalles déterminés avec précision par la longueur des trajets in- termédiaires. Lors de l'utilisation, toutes les extrémités 4 à 7 ou certaines seulement peuvent être utilisées pour le déclenchement d'autres retards ou d'évènements. Un autre procédé de fabrication nécessite l'utilisa- tion d'un verre photosensible comme plaque de support 1, un type bien connu dans la fabrication des circuits imprimés, ce verre étant rendu moins résistant à l'exposition au rayonnement ultraviolet. La plaque 1 de ce matériau peut d'abord recevoir un masque ayant la configuration voulue de trajet de propagation, puis peut être exposée au rayonne- ment ultraviolet, puis attaquée chimiquement afin qu'elle forme un gabarit percé représentant le réseau des trajets de propagation, le gabarit étant ensuite soumis à un dépôt sous vide du stratifié réactif, comme décrit précédemment. La fermeture étanche des trajets de propagation fabriquée de cette manière peut être réalisée par enrobage du gabarit revêtu entre le couvercle 8 et une plaque supplémentaire de base (non représentée). La figure 3 représente un autre arrangement des extrémités, destiné à être utilisé lorsque l'accès au train multiple doit être réalisé à travers la plaque 1, dans la direction de l'épaisseur. Dans cet arrangement, des trous 12 de forme convenable sont formés dans la plaque 1 avant le début de l'opération de dépôt, les bords des trous étant revêtus du stratifié réactif lors du dépôt ultérieur, en même temps que la surface plane de la plaque. Les hommes du métier peuvent noter que d'autres réseaux plus complexes de train à retard peuvent être réalisés selon l'invention. Par exemple, des inducteurs spécialisés d'évènements peuvent être rendus solidaires des trajets au niveau des extrémités choisies, pendant la fabrication. En outre, d'autres chemins peuvent être réalisés dans un train mul- tiple particulier afin qu'ils permettent la sélection des temps de retard. Ce premier aspect de l'invention s'applique aussi à la fabrication de plaques de liaison destinées à assurer l'amorçage multiple simultané de dispositifs explosifs ou pyrotechniques ayant des configurations géométriques très diverses. Le stratifié réactif déposé en phase vapeur selon l'invention est plus résistant que les compositions pyro- techniques granulaires, de par sa nature, et est donc avantageux dans ce second aspect de l'invention car aucun revêtement externe protecteur n'est nécessaire. Dans cet aspect, les matériaux réactifs et modérateurs utilisés dans le stratifié peuvent être choisis afin qu'ils forment un train dégageant de la chaleur ayant un spectre particulier de rayonnement. Un autre avantage est dû au large choix des matériaux qui peuvent être facilement déposés en phase vapeur, si bien qu'une très large gamme de longueurs d'ondes peut être sélectionnée dans le spectre de rayon- nement. Dans son troisième aspect, l'invention concerne un dispositif de réalisation facile de détonateur sensible électriquement et d'inducteur provoquant un amorçage. Un arrangement cylindrique classique est représenté sur la figure 4, une première électrode sous forme d'une broche 40 étant maintenue coaxialement dans une seconde électrode cylindrique 41 par un manchon isolant 42, le stratifié réactif 43 étant déposé directement sur la face annulaire d'extrémité du manchon, près d'une charge 44 de détonateur, si bien qu'un trajet radial multiple de progression de la réaction qui est très fiable est formé entre deux élec- trodes et permet une réaction violente à une tension rela- tivement basse. De tels arrangements peuvent aussi être utilisés comme amorce, par simple réduction de la tension appliquée aux électrodes. Une autre application analogue de l'invention est la préparation de fusibles électriques à coupure rapide (non représentés). Une autre application du stratifié réactif est re- présenté sur la figure 5 qui représente un cordon de trans- mission d'éclair qui peut être utilisé à la place de cor- dite. Le cordon 50 a une âme interne 51 de polytétrafluoré- thylène sur laquelle un anneau coaxial 52 de magnésium a lu été déposé sous vide, avant enrobage ultérieur par un manchon externe 53 de polytétrafluoréthylène. L'amorçage par chauffage direct ou par compression par choc d'une première extrémité du cordon 50 transmet une réaction exo- thermique qui se propage rapidement et qui s'entretient automatiquement, sur un tronçon de cordon de longueur indé- finie. La sensibilité au choc du cordon peut être accrue par incorporation d'anneaux coaxiaux supplémentaires (non représentés) de magnésium et de polytétrafluoréthylène, selon l'invention. REVENDICATIONS 1. Train pyrotechnique comprenant un stratifié réac- tif, caractérisé par une couche de substrat d'un matériau donneur d'électrons (9, 51) sur lequel un film d'un maté- riau accepteur d'électrons (10, 52) a été déposé en phase vapeur, les deux matériaux pouvant conjointement donner une réaction exothermique lorsqu'ils sont soumis à de la chaleur. 2. Train pyrotechnique selon la revendication 1, caractérisé par l'incorporation de films supplémentaires (9, 10) des deux matériaux, chacun étant déposé en phase vapeur successivement sur le film déposé auparavant, en alternance. 3. Train pyrotechnique selon la revendication 2, caractrisé en ce qu'il comporte en outre au moins un film intermédiaire (11) d'un matériau modérateur. 4. Train pyrotechnique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque film à une épaisseur pratiquement d'ordre moléculaire. 5. Train pyrotechnique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le maté- riau donneur d'électrons (9, 51) est le polytétrafluoréthy- lène et le matériau accepteur d'électrons (10, 52) est le magnésium. 6. Train pyrotechnique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le matériau donneur d'électrons est l'oxyde de plomb et le matériau accepteur d'électrons est le titane. 7. Train pyrotechnique selon la revendication 5, comprenant un cordon (50) de transmission d'un éclair, caractérisé en ce qu'il comporte un anneau (52) de magné- sium déposé sous vide disposé coaxialement entre une âme interne (51) et une gaine externe (53) toutes deux formées de polytétrafluoréthylène. 8. Train pyrotechnique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il forme un pont entre deux électrodes (40, 41) placées près d'une charge (44) d'un détonateur. 9. Procédé de fabrication d'un train pyrotechnique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caracté- risé en ce qu'il comprend la formation d'une configuration voulue des trajets (2) de propagation de la réaction par enlèvement de régions indésirables du film déposé (10) sur la couche (9) du substrat, par un procédé d'attaque sélec- tive. 10. Procédé de fabrication d'un train pyrotechnique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caracté- risé en ce que la couche (9) de substrat est masquée sélec- tivement avant dépôt de manière que le film (10) soit déposé avec la configuration voulue pour les trajets (2) de propagation de la réaction.