Brevet FR2723115A1 — publié le 19960202

Claude Waitzenegger et Bernard Castagner ont déposé en Mars 1989 un brevet d'un système d'enfoncement d'ancrage dans le sol par utilisation de l'énergie délivrée par un générateur de gaz et dont l'équilibrage de recul est assuré par l'effet de la gravité sur la structure de lancement faisant office de protecteur acoustique (Le Pyro-Ancreur). Bernard Castagner a déposé en Décembre 1990 un brevet d'un système de mesure des caractéristiques de sol par enfoncement d'une tige sonde, dont la mise en vitesse est faite grâce à l'énergie délivrée par un générateur de gaz et dont l'évolution de la vitesse de pénétration dans le sol est mesurée en continu par un ensemble électro-magnétique (Le Pyvers). D'autres besoins ont été exprimés par différents métiers du bâtiment et des travaux publics, en particulier, relatif au compactage, au carottage, au creusement de fondations ponctuelles, etc ... La présente invention est relative à un système de projection pyrotechnique d'outils modulaire utilisant l'énergie délivrée par un générateur de gaz et dont l'équilibrage du recul est assuré par l'effet de la gravité sur la structure de lancement comme dans le brevet du système d'enfoncement d'ancrage, mais dont la conception mécanique et son adaptabilité, la conception des générateurs de gaz et leur modularité, la réduction des nuisances des gaz, le système de retombée de la structure de lancement et son amortissement, le système de chargement des outils lourds, la possibilité d'équipement de mesure de vitesse comme pour le pénétromètre dynamique pyrotechnique, présentent seuls ou combinés des innovations par rapport aux brevets existants. L'originalité de la conception du système de projection pyrotechnique d'outils par générateur de gaz, objet du présent brevet ressortira de sa description, de la justification des techniques utilisées. La présente invention a donc pour objet un matériel de projection pyrotechnique d'outils, équipé d'une interface piston à grande vitesse à partir d'un tube de lancement dans lequel se développe une pression créée par les gaz émis par un générateur de gaz à poudre propulsive. Selon l'invention, dans un souci de fiabilité et de sécurité, ce générateur de gaz est placé dans une chambre de combustion et son système d'initiation situés préférentiellement en dehors du tube de lancement et hors de l'outil projeté ou de son piston de lancement. Selon l'invention, la présence d'un boîtier culasse modulaire permet dans le même matériel, l'utilisation de générateurs de gaz de différents diamètres, donc de différentes masses de poudre propulsive, qui seront adaptés à l'énergie nécessaire au bon fonctionnement de chaque outil. La poignée de préhension du boîtier culasse modulaire facilite l'introduction et surtout l'extraction après fonctionnement du générateur de gaz dans sa chambre de combustion. Selon l'invention, le calibre du tube de lancement est adaptable au diamètre de l'outil projeté ou de son porte outil par introduction et blocage de tubes de plus petits diamètres. Afin de limiter les nuisances de bruit, les éventuelles projections de revêtement de sol et les efforts sur le portillon de fermeture du matériel, nécessaire pour la sécurité, le tube de lancement est, selon l'invention, équipé d'évents latéraux pour éjecter la partie principale des gaz vers le haut dans le silencieux formé par la bâti du matériel. Le tube de lancement et sa structure lest sont libres en recul vertical et celui-ci assure, grâce à l'effet de la gravité, l'équilibrage de la quantité de mouvement procurée à l'outil projeté. Selon l'invention, l'amortissement de la retombée du tube de lancement et de sa structure lest, est assuré par un vérin à gaz synchronisé qui se déploie à la suite du tube de lancement pour le rejoindre au sommet de sa trajectoire verticale et freiner sa redescente par transfert contrôlé des gaz entre les deux chambres du vérin. L'adaptation de la vitesse de montée du vérin, de la force de retenue appliquée sur le tube de lancement et sa structure lest, et la vitesse de descente de ceux-ci, est réalisée à l'aide d'évents calibrés simple ou double passage et de la pression de gonflement du vérin. Afin d'éviter les effets d'encrassage des gaz issus du générateur, sur le système de percussion, le système d'initiation par percussion est selon l'invention monté préférentiellement sur un ensemble de plots (63) permettant aux éventuels excès de gaz sortant de l'orifice de passage du percuteur, de se diriger vers l'extérieur du système - une membrane élastique d'étanchéité peut compléter la protection. Selon l'invention, le chargement ou mise en place des outils lourds se fait à l'aide d'un câble traversant axialement le tube de lancement. Selon l'invention, les projeteurs d'outils lourds sont équipés d'une chambre de combustion désaxée pour permettre le passage de câble qui est préférentiellement enroulé sur un tambour à l'aide d'un moteur électrique. Le câble est équipé à son extrémité d'une pince débrayable soit mécaniquement sous l'effet de la traction due à la pression des gaz, soit électriquement, soit sous l'effet de la pression contenue dans le tube de lancement. Selon l'invention, le matériel peut être équipé d'un tube de mesure de vitesse selon le brevet Pyvers - en fixant le tube composite de mesure sur une structure rigide en matériaux composites amagnétiques et non conducteurs, elle fera la liaison entre le portillon et le tube de liaison. Selon l'invention, le système de projection pyrotechnique d'outils est préférentiellement monté sur un porteur chenillé, mais il peut, sans sortir de l'invention, être portable pour les petits modèles, être monté sur un porteur à roues motorisé ou non ou sur l'arrière d'un camion ou d'une camionnette ou sur un wagon. Selon l'invention, un système d'attache rapide sur des bras d'engin de travaux publics, telle que pelleteuse, permet d'en faire un outil interchangeable avec les godets. Selon l'invention, le système de projection pyrotechnique d'outils peut être chargé soit verticalement, soit horizontalement. Le repliement pour le chargement ou pour le transport est selon l'invention, fait préférentiellement par un système mécanique type roue et vis sans fin animée par un moteur électrique. Cependant, sans sortir de l'invention, tous systèmes de génération de mouvement peuvent être appliqués, tels que vérins et moteur hydrauliques, roue et chaine de transmission La description qui va suivre est purement illustrative et non limitative. Elle doit être lue en regard des dessins annexés. La figure 1 est une vue en coupe du système projeteur pyrotechnique d'outils. La figure 2 est une vue en coupe à 90" de la figure 1 du système projeteur pyrotechnique d'outils. Les figures 3 et 4 sont des vues en coupes agrandies du sous-ensemble chambre de combustion. La figure 5 et la figure 6 sont des vues en coupe du système projeteur pyrotechnique d'outils équipé du système de mesure "Pyvers" et de la tige sonde de mesure "Pyvers". La figure 7 est une vue en coupe du système projeteur pyrotechnique d'outils avec tube réducteur de calibre dans le tube de lancement. Les figures 8, 9, 10, 11, 12, 13 sont des vues en coupe du système projeteur pyrotechnique d'outils avec différents outils - compacteur à plateau, compacteur à poinçon, tube pour charge explosive, tube de carottage - tube guide de câblette de "terre". La figure 14 est une vue en coupe du système projeteur pyrotechnique d'outils lourds avec chargement par filin axial. La figure 15 est une vue en coupe du générateur de gaz. Description du matériel Le bâti (1) préférentiellement cylindrique du projeteur pyrotechnique d'outils est équipé d'un portillon (2). La structure de lancement est constituée de la masse lest (3) qui sert d'élément de guidage de la structure de lancement dans le bâti (1) lors du recul de celle-ci, du fond de chambre de détente (4) et du tube de lancement (5). Le vérin à gaz synchronisé (6) se déploie lors de la remontée de la structure de lancement et sert d'amortisseur lors de la redescente de la structure. Les évents (17) réalisés dans le tube de lancement (5) permettent aux gaz de propulsion de s'échapper vers le haut, avant la sortie de l'outil de son tube de lancement, dans le "silencieux" délimité par le bâti réduisant ainsi les nuisances dues au bruit et celles dues à d'éventuelles projections de revêtement du sol. Le tube de lancement (5) présente une gorge (20) dans laquelle est monté un anneau polygonal élastique (19) de blocage de l'outil à lancer. Le tube de lancement (5) peut recevoir des tubes de lancement (21) de diamètres plus faibles adaptés à l'éjection d'outils ou de porte-outils de plus petits diamètres. L'ensemble chambre de combustion recevant le générateur de gaz (9) est constitué d'un corps (7), d'une platine (8) percée d'orifices d'échappement (18) des gaz de combustion, d'un boîtier culasse d'aide au chargement (10) permettant à la fois l'utilisation de différents types de générateurs de gaz et leur extraction facile du corps (7) à l'aide de la poignée de préhension (11) en forme de bec. Le couvercle (15) assure la fermeture de la chambre par translation dans des rainures (16). Le système d'initiation est préférentiellement réalisé par percussion à l'aide d'un électro-aimant (12) équipé d'un percuteur fixe ou réglable (13). La liaison électrique (14) entre l'électro-aimant et la source d'énergie est réalisée, par exemple, par un fil spiralé extensible. L'électro-aimant peut être remplacé par un autre système de percussion tel que vérin pneumatique, ensemble ressort-vérin hydraulique, ressort bandé manuellement ou par moteur électrique ... Dans le cas d'un allumage par laser ou électrique, l'électro-aimant est remplacé par une source laser ou l'arrivée d'une source électrique. Le générateur de gaz est composé d'un boîtier (25) préférentiellement réalisé en matériaux composites tels que résine thermoplastique ou thermodurcissable chargée ou non de fibres, carton Ce boîtier comporte un étui (26) qui renfermera la poudre d'allumage (27) et une amorce à percussion (28), à allumage laser ou à allumage électrique. Le boîtier (25) renferme la poudre propulsive (31) génératrice de gaz. Un ergot détrompeur (30) permet de positionner le générateur dans son boîtier culasse d'aide au chargement (10). Le couvercle (29) présente selon le modèle de générateur, plus ou moins d'alvéoles pré-fragilisées (32) qui, par cisaillement dans les orifices (18) de la platine (8), permettront le passage calibré des gaz de propulsion en fonction de la masse de poudre propulsive (31). Selon l'invention, le câble (22) de chargement des outils lourds est équipé à son extrémité d'une pince débrayable (23) et d'une plaque d'appui (24) des gaz et d'étanchéité. Dans le cas d'une pince débrayable mécaniquement sous l'effet de la traction de l'outil sur le fil, on peut schématiser le phénomène d'éjection comme suit : la pression générée dans le tube de lancement (5) maintient la plaque d'appui (24) sur le fond du tube et pousse sur le fond du piston de l'outil, sous l'effet de la traction du fil ainsi tendu, la pince (23) s'ouvre. Sans sortir de l'invention, la pince peut aussi être munie d'un système d'ouverture à pression due aux gaz dans le tube de lancement. Selon l'invention, le projeteur pyrotechnique d'outils peut être équipé du tube de mesure (40) de l'évolution de la vitesse de l'outil équipé d'un aimant (44) tel que l'est la tige sonde (43) du pénétromètre dynamique pyrotechnique. Selon l'invention, ce tube de mesure (40) équipé des solénoïdes (42) est relié au portillon (2) par une structure composite (41) homogène ou type sandwich amagnétique et non conductrice. Les positions relatives de l'ouverture du tube, du portillon et de la charnière de rotation permettent de dégager, lors de l'ouverture du portillon, le tube de mesure fendu d'une tige sonde ou d'un outil incomplètement enfoncé. Selon l'invention, le projeteur pyrotechnique d'outils peut être équipé d'un outil compacteur à plateau (45). Cet outil est constitué d'un tube (46) de lancement fermé à son extrémité supérieure et portant à son extrémité inférieure un plateau de compactage (47) renforcé par des raidisseurs (48). La forme du plateau est préférentiellement circulaire, rectangulaire ou carrée, mais peut avoir tout autre forme sans sortir de 1 invention. Cet outil sert au compactage des sols et particulièrement des remblais et des tranchées.La haute énergie communiquée par le générateur de gaz permet un compactage très efficace. Selon l'invention, le projeteur pyrotechnique d'outils peut être équipé d'un outil compacteur à poinçon (49). Cet outil est constitué d'un tube de lancement (50) prolongé par un tube de compactage (51) préférentiellement cylindrique de même diamètre ou de diamètre différent, terminé préférentiellement par une pointe d'aide à la perforation (52). Sans sortir de l'invention, on peut avoir une autre géométrie pour le tube de compactage ou sa pointe. On peut aussi ne pas avoir de pointe mais un fond plat. Cet outil sert à réaliser des trous dont les parois sont compactées. Dans le cas de fondation ponctuelle en béton, la portance des plots en béton est significativement améliorée pour un même volume de fondation. Selon l'invention, le projeteur d'outil peut être équipé d'un tube de carottage (53). Cet outil est constitué d'un tube de lancement (54) clos supérieurement par un bouchon (55) à fermeture rapide (56) dont l'ouverture permet l'éjection du bloc de carottage. Le tube de lancement (54) est préférentiellement le tube de carottage, mais sans sortir de l'invention un tube de diamètre différent peut prolonger le tube de lancement pour réaliser des carottages de diamètres différents au calibre du tube de lancement. Le tube de carottage est terminé par une section lisse (57) ou par un couteau débordant (58). Sans sortir de l'invention, il peut être équipé des différents systèmes d'aide au cisaillement de la carotte équipant les tubes de carottage standard. Cet outil sert à réaliser des carottages d'analyse de sol ou des trous préférentiellement cylindriques par prélèvement de la carotte du sol. Selon l'invention, le projeteur pyrotechnique d'outils peut être équipé d'un tube pour enfouissement de charge explosive ou propulsive (59). Ce tube (59) est constitué d'une tige (60) préférentiellement creuse fermée à sa partie supérieure, entourée d'un tube (61) préférentiellement en matériau plastique ou en carton et terminée par un embout conique (62) d'aide à la pénétration. Celui-ci est préférentiellement à section débordante. Après la pénétration dans le sol, on retire le tube (60). Le tube extérieur (61) et l'embout conique restent dans le sol. On introduit la charge pyrotechnique dans le canal rendu libre par l'extraction de la tige (60). Sans sortir de l'invention, le canal ainsi créé peut être utilisé pour enfouir d'autres éléments, matières ou équipements que des charges pyrotechniques. Selon l'invention, le projeteur pyrotechnique d'outils peut être équipé d'un outil tige (33) de câblette (34) de mise à la terre qui permet l'enfoncement de cette câblette. Préférentiellement, cette tige guide aura un profil en L ou en T, cependant, sans sortir de l'invention, tout autre profil pourra être utilisé. La surlongueur de liaison de la câblette (35) sera préférentiellement lovée dans la tête de piston (36). Sans sortir de l'invention, le projeteur pyrotechnique d'outils peut projeter des outils ou des outillages récupérables ou consommables dans le sol, dans des matériaux ou des structures, tels que des murs, des dallages, des revêtements routiers. Pour illustrer ces applications réalisables selon l'invention, avec le projeteur pyrotechnique d'outils, on prendra l'exemple non limitatif suivant : le projeteur pyrotechnique d'outils peut projeter dans un revêtement routier une tige creuse (37) fermée à son extrémité intérieure (39) et percée d'orifices latéraux (38). Cet outillage ainsi projeté peut servir de canal d'injection de résine ou béton de résine de scellement de câbles ou superstructures. REVENDICATIONS 1) Projeteur pyrotechnique d'outils à grande vitesse et haute énergie, caractérisé en ce que les différents outils équipés d'une interface piston sont projetés sous l'effet de la pression délivrée par un générateur de gaz (9) placé dans une culasse modulaire (10) à extraction aidée par un bec de préhension (11), et en ce que l'équilibrage de recul est assuré par l'effet de la gravité sur la structure de lancement, dont la retombée est amortie par un vérin à gaz à déploiement synchronisé (6). 2) Projeteur pyrotechnique d'outils selon la revendication 1 caractérisé en ce que le sous-ensemble générateur de gaz (9) et son système d'initiation sont extérieurs au tube de lancement (5) et à l'outil. 3) Projeteur pyrotechnique d'outils selon l'une des reven dications 1 et 2, caractérisé en ce que le tube de lancement comporte des évents latéraux (17) d'éjection des gaz avant la sortie de l'outil de son tube de lancement (5). 4) Projeteur pyrotechnique d'outils selon l'une des reven dications 1 à 3, caractérisé en ce que le tube de lancement (5) est modulaire par adjonction de tube sous calibré gigogne (21). 5) Projeteur pyrotechnique d'outils selon l'une des reven dications 1 à 4, caractérisé en ce que le système d'initiation par percussion du générateur de gaz est séparé de la culasse (10) recevant le générateur (9), par une pièce à évents (63) pour éjecter les gaz afin d'éviter l'encrassage du système d'initiation. 6) Projeteur pyrotechnique d'outils selon l'une des reven dications 1 à 5, caractérisé en ce que le système de chargement des outils lourds est assuré par un câble (22) traversant axialement le tube de lancement, équipé d'une pince de préhension (23) débrayable sous l'effet de la pression dans le tube de lancement et d'une plaque d'étanchéité (24) servant d'élément d'appui pour le débrayage. 7) Projeteur pyrotechnique d'outils selon l'une des reven dications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est équipé des outils suivants : compacteur à plateau (45), compacteur à poinçon (49), tube de carottage (53), tube d'enfouissement (59), injecteur (37), tige sonde de pénétromètre (43), tige porteuse de câble de "terre" (33).