Brevet FR2725782A1 — publié le 19960419

L'invention concerne un procédé de pilotage en temps réel de l'exécution d'un plan de tir de charges explosives. Les charges explosives sont largement utilisées dans le domaine du génie civil, des travaux publics, du bâtiment ou de l'exploitation minière et de plus en plus, leur emploi doit satisfaire un certain nombre de contraintes tenant à la protection de l'environnement, du champ de tir, à la nature de la fragmentation souhaitée, à la protection des opérateurs.. Jusqu'à présent ces contraintes étaient prises en compte a priori, en fonction de l'expérience de l'opérateur pour déterminer le plan de tir. Celui-ci exécuté, on ne pouvait que constater que sa conformité avec les prévisions ou au contraire les écarts entre la réalité et cette prévision, écarts qui étaient analysés pour enrichir l'expérience des opérateurs afin d'affiner l'élaboration des plans de tirs ultérieurs. Les conséquences sur l'environnement ou sur la qualité du travail ne pouvaient pas bien entendu être maîtrisées. I1 existe donc un besoin de pouvoir exécuter un plan de tirs pouvant être modifié dans le cours même de son déroulement afin de tenir compte des effets immédiats des tirs et de corriger ces effets s'ils s'écartent des valeurs dans lesquelles il est nécessaire de les maintenir. Par exemple dans le cas de la destruction d'un ouvrage, l'opérateur dispose des charges sur l'ossature de celui-ci et programme une séquence de mise à feu pour que, selon son expérience, l'ouvrage s'écroule sur lui-même sans dommages pour les constructions voisines. Si la réalité est différente de ce que laissait prévoir l'expérience, rien ne permet d'intervenir pour corriger l'opération et l'ouvrage peut s'abattre dans une zone qui était normalement à protéger. Dans d'autres applications, la contrainte princi pale consiste à protéger une zone voisine d'un chantier de travaux publics, d'une carrière, d'une mine. ., de l'effet des vibrations engendré par les explosions. Cette protection peut consister à agir sur l'amplitude et/ou la fréquence et/ou la phase des vibrations émises et, compte tenu de la nature du sol et de l'expérience acquise, on propose un plan de tir qui devrait pouvoir répondre à ces exigences. Mais la réalité est souvent différente de la prévision. En outre, pour éviter le risque de catastrophe, il est appliqué des coefficients de sécurité aux opérations qui sont au détriment de la qualité ou du rendement de celles-ci. La présente invention entend proposer un procédé par lequel soit le plan de tir est élaboré au fur et à mesure de l'explosion des charges de manière à ajuster son déroulement à l'observation instantanée de ses effets en fonction d'un certain nombre de contraintes, soit un plan de tirs initial conçu traditionnellement est modifié afin d'en corriger le déroulement si son exécution produit des effets indésirés. A cet effet l'invention a donc pour objet un procédé d'exécution contrôlée d'un plan de tir de charges explosives dont on connaît la disposition spatiale, la puissance, le type d'amorçage et une séquence de mise à feu, certaines au moins de ces données étant variables, procédé qui consiste à recueillir après la mise à feu de chaque charge au moins un paramètre d'une information caractéristique de l'explosion à traiter, à analyser la valeur de ce paramètre en fonction d'un critère prédéterminé et, en réponse au résultat de cette analyse,avant la mise à feu de la charge suivante, à agir sur au moins l'une des variables du plan de tir pour maintenir le paramètre surveillé au plus près de sa valeur optimale au regard du critère. I1 faut noter que les variables d'un plan de tir tel que mentionné plus haut ont des capacités à varier plus ou moins grandes. La séquence de tir peut être modifiée à volonté. I1 s'agit de régler des dates de mises à feu les unes par rapport aux autres. Plusieurs types d'amorçages peuvent être prévus pour une charge - ponctuel et dans ce cas à la partie supérieure ou à la partie inférieure de la charge ou non ponctuel et latéral ou une combinaison des deux types. La variabilité de l'amorçage est alors discrète et limitée. La puissance de l'explosif dépend de sa nature et de sa quantité. I1 est possible de prévoir une charge pouvant présenter plusieurs caractéristiques pyrotechniques qui peuvent être sélectivement obtenues par exemple en liaison avec la nature de l'amorçage.Enfin, la disposition spatiale des charges peut également être une variable si on prévoit pour un plan de tir plus de charges que nécessaire afin, lors de son déroulement, de pouvoir procéder à l'allumage sélectif de certaines des charges parmi la totalité installée. Pour des raisons de simplification de l'exposé, on limitera dans ce qui va suivre l'explication de linven- tion à l'exécution d'un plan de tir à séquence variable. C'est ainsi que, appliqué au contrôle de l'énergie vibratoire engendrée par le tir dans une zone déterminé, le procédé selon l'invention consiste à détecter les vibrations engendrées par la mise à feu de la première charge ou du premier groupe de charges au moyen d'un capteur de vibrations situé au voisinage immédiat de la zone de tir, à traiter le signal de sortie de ce capteur en fonction de son éloignement de la zone à protéger, à créer un signal identique au signal traité, à procéder à la simulation d'une pluralité de seconds tirs, chaque simulation consistant à ajouter le signal créé au signal traité avec un intervalle de temps déterminé différent de l'intervalle de temps des autres simulations, à analyser chacune des simulations en fonction d'un critère déterminé, à retenir la simulation qui répond au mieux à ce critère pour en déduire l'intervalle de temps séparant les deux tirs, à commander la mise à feu de la seconde charge ou du second groupe de charge à l'instant correspondant à l'intervalle de temps sélectionné, à détecter les vibrations résultant du premier et du second tirs, traiter à nouveau le signal de sortie, procéder à une seconde pluralité de simulations en additionnant au signal traité le signal créé à des intervalles de temps variables pour déterminer l'instant de mise à feu de la troisième charge ou du troisième groupe de charge et procéder ainsi jusqu'à la fin du plan de tir après chaque mise à feu. I1 existe plusieurs types de critères auxquels on peut confronter chacun des signaux de la simulation. Ce peut être par exemple un critère portant sur l'amplitude. Cette amplitude peut être analysée soit globalement soit selon une direction de l'espace. En effet les capteurs de vibrations ou sismographes peuvent délivrer trois signaux selon les axes d'un repère orthogonal, chaque signal étant émis sur une voie d'exploitation. Le critère d'amplitude peut alors être simplement le maximum des maxima d'amplitudes constatées sur les trois voies, ou le maximum de la racine carrée de la somme des carrés des amplitudes constatées sur chacune des voies, ou encore le maximum de la racine carrée de la somme des maximums des carrés des amplitudes constatées sur chacune des voies. Ce critère peut également être un critère en fréquences, chacun des signaux de la simulation étant alors analysé du point de vue des fréquences. Un autre critère peut être un critère combiné amplitudes-fréquences qui est à comparer avec des valeurs de consignes. A chaque boucle de simulation qui est réalisée entre deux mises à feu, on enregistre la caractéristique du signal correspondant au critère choisi et à la fin de la boucle de simulation, l'examen des valeurs enregistrées permet de déterminer l'instant auquel la mise à feu suivante doit être réalisée, cet instant correspondant à l'instant de la mise à feu précédente, augmenté de l'inter valle de temps qui correspond à la valeur minimale ou maximale de la caractéristique enregistrée parmi toutes celles qui ont été mémorisées. Enfin appliqué au contrôle de la destruction d'un ouvrage par explosifs, le procédé selon l'invention consiste à placer des capteurs de déplacement sur cet ouvrage, à déterminer au préalable des zones de présence de chaque capteur après l'explosion de chacune des charges, à surveiller chacune de ces zones et à déclencher la mise à feu de la charge appropriée suivante lorsque, après l'explosion de la charge précédente, les capteurs de déplacement se trouvent dans l'une des zones de présence déterminée. Ces capteurs peuvent être des réflecteurs de télémétrie laser dont on peut repérer les déplacements et la position ou des capteurs de déplacement du genre sismographe dont on peut calculer au moyen des signaux qu'ils émettent à partir d'une position d'origine la trajectoire et les positions atteintes en fin de déplacement. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description donnée ci-après de deux modes de réalisation l'invention. I1 sera fait référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est un schéma illustrant une application du procédé selon l'invention, - la figure 2 est un organigramme du traitement des informations opéré pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention dans son application de la figure 1, - la figure 3 illustre une deuxième application possible de l'invention, - la figure 4 est un organigramme du déroulement d'un plan de tir dans l'application de la figure 3, conformément à l'invention. La figure 1 est un schéma vu de dessus d'une zone d'abattage 1 comportant un front 2 et une pluralité de charges explosives 3. A l'arrière de la zone d'abattage, mais à proximité de celle-ci, la référence 4 représente un capteur de vibrations, par exemple un sismographe. On supposera une zone 5, située à quelques centaines de mètres de la zone d'abattage, dans laquelle une ou plusieurs habitations sont à protéger des vibrations que provoqueront les charges en explosant. Un capteur 6 de vibration est disposé dans cette zone 5 à protéger. I1 faut noter que la description donnée ici avec un capteur 4 et un capteur 6 vaut si on utilise plusieurs capteurs 4 et 6 avec une unité de traitement adaptée. La zone à protéger dans l'exemple décrit est éloignée de la zone d'abattage d'une distance qui est parcourue par les vibrations dans un temps très nettement supérieur à celui moyen séparant deux explosions successives. I1 s'ensuit que le capteur de vibrations 6 ne peut pas être utilisé pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention car il est trop éloigné des charges. C'est pourquoi on utilise un capteur 4 à proximité de celle-ci en apportant une correction au signal qu'il délivre pour que ce signal soit comparable à celui que le capteur 6 délivrerait. Pour établir le coefficient correctif à appliquer au signal délivré par le capteur 4, on procède préalablement à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, à la mise à feu d'une charge d'essai (étape notée 10) sur l'organigramme de la figure 2, et qui va provoquer une vibration en réponse de laquelle le capteur 4 va émettre un signal S1 et le capteur 6, plus tard, un signal S2. La comparaison (étape 11) de ce signal S1 et S2 permet d'établir une fonction de correction (étape 12) appelée fonction de transfert FT qui, appliquée au signal issu du capteur 4, modifie ce signal pour le rendre semblable à celui qu'aurait émis le capteur 6. Cette fonction de transfert sera ensuite appliquée à tous les signaux qu'émettra le capteur 4 au cours du déroulement du plan de tirs. Dans le cadre de l'explication ci-dessous on supposera que toutes les charges du plan de tir sont identiques. I1 faut noter que pour le capteur 6 qui est éloigné de la zone de tirs, l'incidence des vibrations quelle que soit la charge qui explose, est pratiquement constante. Ce n'est pas le cas pour le capteur 4 qui est voisin des charges et on comprend que l'incidence de la vibration issue de l'explosion d'une charge telle que 3a située à gauche de ce capteur n'est pas du tout la même que celle de l'explosion 3b située à droite. C'est pourquoi la fonction de transfert comportera un élément variable au cours du tir pour prendre en compte la variation de l'incidence des vibrations sur le capteur 4 en fonction de la charge alors que sur le capteur 6 cette variation est négligeable. L'exécution du plan de tir commence par la mise à feu (étape 13 de la figure 2) d'une première charge. Le capteur 4 réagit aux vibrations engendrées par cette explosion en émettant un signal ou plus exactement trois signaux X, Y, Z selon trois directions orthogonales de l'espace. A ces trois composantes du signal est appliquée la fonction de transfert FT si bien que les signaux tels que FTX sont assimilables à ceux qu'aurait émis le capteur 6. L'intérêt de cet artifice réside dans le fait que le signal est disponible très rapidement après l'explosion. Chacun des signaux FTX, FTY, FTZ constitue la donnée au moyen de laquelle, conformément à l'invention, il sera possible après traitement, de déterminer l'instant de l'explosion de la charge suivante pour obtenir l'effet désiré en ce qui concerne les vibrations. Un exemple de traitement est décrit en regard du signal FTX. Le même sera appliqué aux signaux FTY et FTZ. Lors de l'explosion de la première charge, le signal FTX est mémorisé en FTX1. La valeur FTX1 est considérée comme le signal émis par le capteur 6 lorsqu'il détecte l'explosion d'une quelconque des charges 3. Selon l'invention, on procède à une série de simulations du signal pondéré que le capteur 4 pourrait émettre lors de l'explosion d'une seconde charge. La première simulation correspond à la somme du signal FTX et de la valeur FTX1, celle-ci étant décalée par rapport à FTX d'un espace de temps AT. La seconde simulation est constituée par la somme de ce même signal FTX avec le même signal FTX1 mais décalé d'un ATl supérieur à AT et ainsi de suite jusqu'à ce qu'on ait balayé un intervalle de temps qu'il est commun d'adopter dans le domaine de la pyrotechnie entre l'explosion de deux charges successives. Chacun de ces signaux est donc élaboré pendant la phase 14 de l'organigramme de la figure 2 et en synchronisme avec le traitement des signaux issus des voies Y et Z du capteur 4. A l'étape 15, chacun de ces signaux successifs, recombinés ou non, est analysé en fonction d'un critère qui peut être sa fréquence, son amplitude ou une combinaison de ces deux variables. En regard du critère retenu, chaque signal de la pluralité de simulations réalisées est affecté d'un poids et est enregistré avec la valeur du décalage AT qui lui correspond. Lorsque l'étape 16 d'enregistrement est terminée, on extrait, en fonction de l'effet recherché, le signal de poids maximum ou minimum par exemple et le AT correspondant.Cette discrimination est faite au cours de l'étape 17 et le aTM correspondant à la valeur retenue sera l'écart de temps séparant la deuxième explosion de la première. Pour déclencher la seconde explosion, l'installation comportera des moyens de communication entre l'unité assurant la mise en oeuvre du procédé et les détonateurs de charge, communication codée transmise soit par radio soit par tout moyen qui ne sera pas perturbé par la ou les explosions précédentes. La vibration engendrée par la seconde explosion s'ajoute à celle détectée lors de la première par le dispositif 4 et le signal en réponse à cette détection est traité de la même manière que le signal émis en réponse à la première explosion. On procède également à toute une série de simulations du signal que devrait émettre le capteur 4 lorsqu'on ajoute une troisième explosion séparée de la seconde par des intervalles de temps variables et on détermine ainsi, comme précédemment, l'instant auquel doit se produire la troisième explosion. Cette manière de faire se poursuit jusqu'à la fin du programme de tir. Si le nombre des charges est important, il est possible d'acquérir du capteur 6 une première information, donc un signal réel qu'il est possible de comparer au signal émis par le capteur 4 et traité par la fonction de transfert (incorporant la variation d'incidence des vibrations). - Cette comparaison peut être donc faite au cours du déroulement du tir, après une première phase de celui-ci et permet de vérifier la justesse de la fonction de transfert pour au besoin la corriger. On comprend de ce qui précède que le procédé de l'invention permet une conduite d'un programme de tir beaucoup plus fine que celle résultant d'un programme préétabli et immuable. L'exemple représenté à la figure 3 illustre schématiquement une construction ou un ouvrage métallique 20 auquel on a fixé des réflecteurs 21 connus en télémétrie laser. Un émetteur-récepteur 22 permet de suivre le déplacement de ces cibles 21. La structure 20 représentée est équipée à des endroits judicieusement placés compte tenu de l'expérience des opérateurs de charges explosives. Le plan de tir est déterminé à l'avance, toujours en fonction de l'expérience de l'opérateur, et ce plan comporte notamment une chronologie de mise à feu des charges. L'invention est alors utilisée comme procédé correcteur d'une séquence de tir dans la mesure où cette séquence ne se déroule pas conformément au plan qui a été établi. Outre la chronologie de mise à feu des charges, le plan prévoit les zones dans lesquelles se trouveront chacun des réflecteurs 21 après l'explosion de chacune des charges. Le procédé de l'invention se résume alors à mettre à feu l'une des charge (étape 23), à acquérir par le système de télémétrie laser le signal de déplacement des capteurs au réflecteur 21 (étape 24), à vérifier que ces capteurs ou réflecteurs sont dans des zones correspondant à celles prédéterminées lors de la conception du plan de tir (étape 25) et si tel est le cas mettre à feu la charge suivante ou, dans le cas contraire, déclencher l'arrêt du tir (étape 26). Ainsi, la mise à feu d'une charge ne peut se réaliser que si le comportement de l'ouvrage est conforme à ce qui était prévu lors de l'explosion des charges précédentes. REVENDICATIONS 1. Procédé d'exécution contrôlée, d'un plan de tir de charges explosives (3) dont on connaît la disposition spatiale, la puissance, le type d'amorçage et une séquence de mise à feu, certaines au moins de ces données étant variables, caractérisé en ce qu'il consiste à recueillir après la mise à feu (13) de chaque charge, au moins un paramètre d'une information caractéristique de l'explosion à traiter et analyser (14, 15, 16, 25) la valeur de ce paramètre en fonction d'un critère prédéterminé et, en réponse au résultat de cette analyse, avant la mise à feu de la charge suivante, à agir sur au moins l'une des variables du plan de tir pour maintenir le paramètre surveillé au plus près de sa valeur optimale en regard du critère. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la variable modifiée est la séquence de mise à feu successive des charges. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes appliqué au contrôle de l'énergie vibratoire engendré par le tir dans une zone déterminée (5), caractérisé en ce qu'il consiste à détecter les vibrations engendrées par la mise à feu (13) de la première charge ou du premier groupe de charge au moyen d'au moins un capteur (4) de vibrations situé au voisinage immédiat de la zone de tirs (1), à traiter le signal (X, Y, Z) de sortie de ce capteur en fonction de la distance entre le capteur et la zone à protéger, à créer un signal (FTX1) identique au signal (FTX) émis par le capteur (4), à procéder à la simulation d'une pluralité de seconds tirs, chaque simulation consistant à ajouter le signal (FTX1) créé au signal (FTX) traité avec un intervalle de temps déterminé différent de l'intervalle de temps des autres simulations, à analyser (15) chacune des simulations en fonction d'un critère déterminé, à retenir la simulation (17) qui corres pond au mieux à ce critère pour en déduire l'intervalle de temps (ATM) séparant les deux tirs, à commander la mise à feu de la seconde charge ou du second groupe de charges à l'instant correspondant à l'intervalle de temps sélectionné, à détecter les vibrations résultant du second tir et du tir précédent, à traiter à nouveau le signal de sortie du capteur (4), à procéder à une seconde pluralité de simulations par addition du signal créé au signal traité avec différents décalages dans le temps pour déterminer l'instant de mise à feu de la troisième charge ou du troisième groupe de charges et à procéder ainsi jusqu'à la fin du plan de tir, après chaque mise à feu. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le traitement du signal émis par le capteur (4) préalablement à chaque pluralité de simulations consiste à lui affecter une fonction (FT) correctrice qui prend en compte l'éloignement de la zone surveillée (5) par rapport au capteur 4 susdit. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la fonction correctrice (FT) comprend une première composante établie expérimentalement par comparaison du signal émis par le capteur (4) susdit et du signal émis par un capteur (6) situé dans la zone (5) à protéger en réponse à l'explosion d'une charge d'essai et une autre composante variable destinée à prendre en compte la variation de l'incidence des vibrations sur le capteur (4) en fonction de l'emplacement des charges (3) qui explosent. 6. Procédé selon la revendication 1, appliqué au contrôle de la destruction d'un ouvrage par explosif, caractérisé en ce qu'il consiste à placer des capteurs (21) de déplacement sur l'ouvrage (20), à déterminer au préalable des zones de présence de chaque capteur après l'explosion de chacune des charges, à surveiller chacune de ces zones et à déclencher la mise à feu de la charge appropriée suivante lorsque, après l'explosion de la charge précéden te, les capteurs de déplacement se trouvent dans l'une des zones déterminées de présence.