Brevet FR2775771A1 — publié le 19990910

La présente invention se situe dans le domaine des explosifs industriels et concerne un dispositif coupe- détonation pour circuit de pompage des explosifs industriels en vrac sous forme de bouillies ou d'émulsions. Le pompage des explosifs en vrac d'un réservoir de stockage vers des trous de mines en présence d'un détonateur en fond de trou présente un risque bien connu d'explosion avec remontée de la détonation vers le réservoir lorsque le diamètre des canules de chargement est supérieur au diamètre critique de l'explosif. Or, certains de ces explosifs ont un diamètre critique faible, par exemple inférieur à 25 mm, parfois même inférieur à 15 mm, et l'utilisation de canules de très faible diamètre serait très pénalisante au niveau du débit, et le temps de chargement des trous deviendrait inacceptable. Par ailleurs, il est de plus en plus fréquent de fabriquer les explosifs en vrac directement sur le site de façon continue au cours du pompage, par mélange des divers constituants, par exemple dans une unité mobile de fabrication. Cette façon d'opérer, qui présente un intérêt économique certain, n'est toutefois pas dénuée de risque d'explosion, avec descente de la détonation vers l'explosif déjà présent au fond du trou. L'homme du métier est donc à la recherche d'une solution permettant d'éviter les risques pyrotechniques résultant de ces opérations de fabrication et pompage de l'explosif en présence d'un détonateur en fond de trou, à savoir une solution permettant d'arrêter une remontée de la détonation résultant de la présence de détonateurs dans les trous de mine ou, mais de préférence et, une descente de la détonation résultant d'un incident au niveau de l'unité de fabrication sur le site ou de l'unité de stockage. Le brevet FR 2 584 179 propose un dispositif permettant l'arrêt d'une détonation remontant du trou de mine vers le réservoir de stockage de l'explosif. Ce dispositif comporte une canule de chargement divisée sur au moins une partie de sa longueur en plusieurs conduits de déviation de diamètre inférieur au diamètre critique de l'explosif. Ce dispositif présente de nombreux inconvénients. Tout d'abord l'augmentation importante des pertes de charges inhérentes au système peut entraîner une déstabilisation physique de l'explosif en émulsion ainsi qu'une modification de la rhéologie par effet de cisaillement qui provoque une augmentation de la viscosité des émulsions. Cet accroissement de viscosité aura de plus comme conséquence d'augmenter également les pertes de charges dans les canules situées en aval du système. Par ailleurs ce dispositif exclut en pratique les explosifs de diamètre critique faible, inférieur à mm, pour lesquels le diamètre des dérivations deviendrait beaucoup trop faible et ne permettrait plus l'écoulement de la plupart des explosifs en vrac chargés de granulés de nitrate d'ammonium. L'homme du métier est donc à la recherche d'une autre solution ne présentant pas les inconvénients précités. La présente invention propose une telle solution. Elle a pour objet un dispositif coupe-détonation qui, inséré dans le circuit de pompage, est efficace dans le sens amont - aval et/ou dans le sens aval 4 amont, de préférence dans les 2 sens, qui fonctionne parfaitement quel que soit le diamètre critique de l'explosif, notamment pour des diamètres critiques inférieurs à 25 mm, et qui ne présente pas les inconvénients précités, à savoir qu'til est sans influence sur le débit de pompage et sur les caractéristiques physiques et rhéologiques de l'explosif et qu'il n'entraîne pas de pertes de charges importantes. La présente invention a également pour objet un circuit de pompage comportant un tel dispositif coupe- détonation. Le dispositif coupe-détonation selon l'invention pour circuit de pompage d'explosifs en vrac sous forme de bouillies ou d'émulsions est caractérisé en ce qu'il comprend: - un tube déformable en forme de boucle délimitée par 2 portions de tube qui se croisent, - un marteau intercalé entre les 2 portions de tube qui se croisent, de manière à ce que ce marteau soit en contact avec ces 2 portions de tube, - une enclume située en contact avec l'une des 2 portions de tube qui se croisent, en regard du marteau, de façon à ce que cette portion de tube soit prise en sandwich entre le marteau et l'enclume. De façon particulièrement préférée, le dispositif selon l'invention comprend également une deuxième enclume située en contact avec l'autre portion de tube, en regard du marteau, de façon à ce que cette autre portion de tube soit prise en sandwich entre le marteau et cette deuxième enclume. Selon cette variante particulièrement préférée, le dispositif coupe- détonation selon l'invention comprend donc deux enclumes situées en contact avec chacune des 2 portions de tube qui se croisent, en regard du marteau, de façon à ce que chacune des 2 portions de tube qui se croisent soit prise en sandwich entre le marteau et l'enclume. Dans la présente demande, le terme être compris dans un sens large incluant le "quasi- contact". Il signifie donc aussi bien un contact rigoureux pour lequel les pièces se touchent qu'une situation de proximité inférieure à 5 mm environ. Ce contact peut être ponctuel, linéaire ou, de préférence, surfacique. De façon préférée le tube est cylindrique de révolution, avec de préférence un diamètre intérieur compris entre 25 mm et 75 mm, mais il peut aussi comporter une section autre que circulaire, par exemple une section elliptique, carrée, rectangulaire, triangulaire ou trapézoïdale. Lorsque le tube est cylindrique de révolution et que le marteau et les enclumes présentent une surface plane en contact avec le tube, les 2 portions de tube qui se croisent sont de préférence aplaties de façon à assurer un meilleur contact, à savoir un contact surfacique, entre ces portions de tube et le marteau et les enclumes. Selon une autre variante, les 2 portions de tube qui se croisent sont aplaties et droites ou approximativement droites. Selon une variante préférée, les 2 portions de tube qui se croisent le font en formant un angle compris entre 75 et 90 , limites incluses. De façon particulièrement préférée, ces 2 portions de tube se croisent en formant un angle droit. Selon l'invention, le tube en forme de boucle, dans lequel l'explosif en vrac est destiné à circuler, peut être un matériau déformable de nature quelconque, par exemple un caoutchouc armé, une matière plastique ou métallique. De façon particulièrement préférée, le tube est en aluminium. Le marteau et les enclumes peuvent avoir toute forme quelconque compatible avec la fonction de marteau ou d'enclume qu'ils sont susceptibles d'exercer. Ils comportent de préférence 2 faces planes parallèles situées en contact avec les 2 portions de tube qui se croisent. Ces pièces sont par exemple des cylindres, des cubes ou des parallélépipèdes, mais, de façon préférée, le marteau et les enclumes sont des plaques, de préférence métalliques, par exemple en acier. Ces plaques peuvent être en contact, ou mieux solidaires, d'un support massif, ou faire partie intégrante d'un tel support. Selon une autre variante préférée de l'invention, le marteau et les enclumes sont des plaques métalliques parallèles ou quasi-parallèles. Selon la variante particulièrement préférée précitée pour laquelle le dispositif selon l'invention comporte une deuxième enclume, les 2 enclumes sont de préférence maintenues solidaires par au moins un moyen de solidarisation, par exemple fixation sur un support commun, fixation par des pièces de liaison telles que des plats, fixation par des entretoises, lesdites fixations pouvant être par exemple réalisées par soudure ou par boulonnage. Les 2 enclumes peuvent également être solidaires du fait qu'elles résultent de l'usinage d'une pièce unique pour le passage des 2 portions de tube qui se croisent et le positionnement du marteau. Lorsque les 2 enclumes sont solidaires l'une de l'autre, le marteau peut, de préférence, coulisser en étant guidé par au moins un des moyens de solidarisation des 2 enclumes. Les caractéristiques, les avantages et le mode de fonctionnement du dispositif selon l'invention seront avantageusement explicités et illustrés par la description qui va suivre à titre d'exemple non limitatif, en référence aux 2 figures annexées. La figure 1 représente une vue de dessus d'un dispositif coupe- détonation selon l'invention. La figure 2 représente une vue de face en coupe partielle selon les flèches II-II de la figure 1. Le dispositif coupe-détonation selon l'invention représenté figures 1 et 2 comprend un tube 1 en aluminium, cylindrique de révolution, de longueur 2 m, de diamètre intérieur 46 mm et d'épaisseur 2 mm, en forme de boucle délimitée par 2 portions droites de tube 2,3 qui se croisent en formant un angle droit. Les portions de tube 2,3 sont aplaties sur environ 200 mm de longueur et 20 mm de largeur et présentent à ce niveau une hauteur extérieure de 39 mm et une largeur de 56 mm. L'aplatissement est progressif pour limiter les pertes de charge. Un marteau 4, en forme de plaque trapézoïdale d'épaisseur 20 mm en acier, est intercalé entre les 2 portions de tube 2,3 qui se croisent de manière à ce que ce marteau 4 soit en contact surfacique avec ces 2 portions de tube 2,3 au niveau de leur zone aplatie. Deux enclumes 5,6 comportant 2 plaques approximativement rectangulaires en acier sont situées en contact surfacique avec chacune des 2 portions de tube 2,3 qui se croisent, au niveau de leur zone aplatie, en regard du marteau 4, de façon à ce que chacune de ces 2 portions du tube 2,3 soit prise en sandwich entre le marteau 4 et une enclume 5,6. Plus précisément, les 2 enclumes 5,6 font partie de 2 U.P.N. 180 (fers en forme de U) renforcés par une plaque en acier de 10 mm d'épaisseur, soudés sur une platine support 8 en acier, et maintenus solidaires l'un de l'autre par 4 plats 7 en acier soudés sur toute leur périphérie. La plaque marteau 4 trapézoïdale peut ainsi coulisser en étant guidée par les plats 7. Deux plats 10 en acier renforcent la solidarisation des 2 enclumes 5,6, permettent le maintien de la plaque marteau 4, et contribuent également à son guidage. Le tube 1 comporte à chacune de ses 2 extrémités 11,12 un moyen de liaison 9 de type tube fileté, dont un seul est représenté figures 1 et 2, permettant de relier le dispositif au circuit de pompage. Tout autre type de raccord bien connu de l'homme du métier peut également convenir pour insérer le dispositif coupe-circuit dans une canule du circuit de pompage, par exemple le sertissage, la soudure, l'enclipsage et le manchonnage. En cas d'arrivée d'une onde de détonation par l'extrémité 12, elle provoque, lors de son passage dans le portion de tube 2, la compression ultra rapide du marteau 4 et de la portion de tube 3 contre l'enclume 6. Cette portion de tube 3 se trouve ainsi écrasée entre le marteau 4 et l'enclume 6 entre lesquels elle est en sandwich, ce qui provoque un rétrécissement important ou même l'écrasement complet de cette portion de tube 3. Ainsi, lorsque l'onde de détonation, poursuivant sont parcours dans le tube 1 en forme de boucle, parvient au niveau de cette portion de tube 3 écrasée et rétrécie, celle-ci est stoppée du fait que le diamètre du passage à ce niveau est devenu inférieur au diamètre critique de détonation de l'explosif. En cas d'arrivée d'une onde de détonation par l'extrémité 11, elle provoque, lors de son passage dans la portion de tube 3, la compression ultra rapide du marteau 4 et de la portion de tube 2 contre l'enclume 5. Cette portion de tube 2 se trouve ainsi écrasée entre le marteau 4 et l'enclume 5 entre lesquels elle est en sandwich, ce qui provoque un rétrécissement important ou l'écrasement complet de cette portion de tube 2. Ainsi, lorsque l'onde de détonation, poursuivant son parcours dans le tube 1 en forme de boucle, parvient au niveau de cette portion de tube 2 écrasée et rétrécie, celle-ci est stoppée du fait que le diamètre du passage à ce niveau est devenu inférieur au diamètre critique de détonation de l'explosif. On constate ainsi que ce dispositif coupe- détonation permet l'arrêt d'une détonation aussi bien dans le sens amont 4 aval que dans le sens aval 4 amont en se référant au sens de circulation de l'explosif dans le circuit de pompage. Comme déjà mentionné, ce dispositif représenté figures 1 et 2 est purement illustratif et aucunement limitatif. Un autre exemple de dispositif selon l'invention permettant l'arrêt d'une détonation dans les 2 sens amont 4 aval et aval 4 amont consiste en 3 plaques parallèles séparées par des entretoises, par exemple cylindriques, traversant ces plaques et servant de guidage. Les plaques extrêmes sont les 2 enclumes et la plaque intermédiaire est le marteau. Des vis ou écrous aux extrémités des entretoises permettent de solidariser les 2 enclumes et le marteau peut coulisser dans les entretoises. Les 2 portions de tube qui se croisent sont prises en sandwich entre le marteau et chacune des 2 enclumes. Ce montage permet, comme celui représenté aux figures 1 et 2, le croisement des 2 portions de tube selon n'importe quel angle. Comme exemple de dispositif selon l'invention ne permettant l'arrêt d'une détonation que dans un seul sens, on peut citer celui représenté aux figures 1 et 2 ne comprenant pas l'enclume 6. En cas d'arrivée d'une onde de détonation par l'extrémité 11, elle provoque, lors de son passage dans la portion de tube 3, la compression ultra rapide du marteau 4 et de la portion de tube 2 contre l'enclume 5, avec les mêmes conséquences que celles précitées à savoir l'arrêt de l'onde de détonation lorsqu'elle parvient au niveau de cette portion de tube 2 écrasée. Par contre, en cas d'arrivée d'une onde de détonation par l'extrémité 12, elle ne peut pas provoquer, lors de son passage dans la portion de tube 2, l'écrasement de la portion de tube 3, du fait de l'absence de la seconde enclume 6, et l'onde ne sera pas stoppée lorsqu'elle parviendra au niveau de cette portion de tube 3. La présente invention a également pour objet un circuit de pompage d'un explosif en vrac comportant: - des canules de chargement d'un trou de mine en relation avec un réservoir d'explosifs en vrac sous forme de bouillies ou d'émulsions, - une pompe apte à provoquer la circulation, dans les canules, de l'explosif contenu dans le réservoir vers le trou de mine, un dispositif coupe-détonation ayant les caractéristiques précitées selon l'invention, inséré dans le circuit de pompage. L'emplacement du dispositif coupe-détonation dans le circuit de pompage est indifférent. De façon générale, il se trouve situé entre la pompe et l'orifice du trou de mine, mais il pourrait se situer tout aussi bien entre le réservoir et la pompe. Lorsqu'on insère dans le circuit de pompage un dispositif selon l'invention ne comprenant qu'une seule enclume, c'est-à-dire qui ne permet l'arrêt d'une onde de détonation que dans un seul sens, ce dispositif est inséré de façon à provoquer l'arrêt dans le sens souhaité, c'est-à-dire qu'on connecte la portion de tube qui n'est pas prise en sandwich entre le marteau et l'enclume aux canules du circuit par lesquelles l'onde de détonation est susceptible d'arriver. Selon une autre variante de circuit de pompage selon l'invention, on insère dans le circuit deux dispositifs selon l'invention ne comprenant qu'une seule enclume. Pour l'un des dispositifs, la portion de tube qui n'est pas prise en sandwich entre le marteau et l'enclume est connectée aux canules vers le trou de mise, permettant ainsi l'arrêt d'une onde de détonation provenant du trou de mine. Pour l'autre dispositif, la portion de tube qui n'est pas prise en sandwich entre le marteau et l'enclume est connecté aux canules vers le réservoir permettant ainsi l'arrêt d'une onde de détonation provenant du réservoir. Un tel circuit permet donc l'arrêt de la détonation dans les 2 sens. Les 2 dispositifs peuvent être insérés bout à bout dans le circuit. Dans ce cas, les 2 dispositifs peuvent être constitués par un même tube comportant 2 boucles. Le circuit de pompage peut également comporter un enrouleur de canules facilitant leur mise en place dans le trou de mine puis leur remontée progressive au fur et à mesure que le trou se remplit. Des essais de validation du fonctionnement du dispositif coupe- détonation selon l'invention représenté figures 1 et 2 ont été réalisés avec l'explosif industriel en émulsion GEMULSITE 100 commercialisé par la Société NOBEL EXPLOSIFS FRANCE, à base de nitrate d'ammonium et de nitrate de sodium et qui comprend également de l'eau, des émulsifiants, de l'aluminium et un mélange huile-fuel. Cet explosif a été sensibilisé par gazage chimique. Diverses densités peuvent être obtenues en jouant sur la teneur en gaz. Le dispositif coupe-détonation utilisé, comporte, comme moyens de liaison 9, à chacune de ses extrémités 11,12, un tuyau en caoutchouc armé, de longueur environ 50 cm, manchonné sur l'extrémité du tube en aluminium et maintenu à l'aide d'un collier de serrage. Essai 1 L'explosif GEMULSITE 100 utilisé pour cet essai a une densité comprise entre 0,99 et 1,04, un diamètre critique inférieur à 15 mm, une vitesse de détonation d'environ 4500 m/s et une sensibilité au détonateur équivalente à celle d'un détonateur de 1 g d'azoture de plomb. Après chargement du dispositif coupe-détonation avec cet explosif, on a amorcé l'extrémité 11l du dispositif avec 50 g de plastic français chargé à 87% en poids de pentrite commercialisé sous la dénomination Plastrite initié par un détonateur de 0,8 g de pentrite, l'autre extrémité 12 comportant un cordeau détonant témoin (20 g/m) relié à une plaque en plomb témoin. On constate un arrêt de la détonation. Le cordeau témoin n'est pas initié et le manchon en caoutchouc armé auquel il est relié est retrouvé intact. Essai 2 Cet essai est rigoureusement identique au précédent sauf que les 2 extrémités 11,12 du dispositif ont été inversées, à savoir que l'extrémité 12 a été amorcée et que l'extrémité 11 comporte le cordeau détonant témoin. On constate également un arrêt de la détonation, que le cordeau témoin n'est pas initié et que le manchon auquel il est relié est également intact. Essai 3 L'explosif GEMULSITE 100 utilisé pour cet essai a une densité comprise entre 1,19 et 1,24, une vitesse de détonation d'environ 5000 m/s et un diamètre critique d'environ 25 mm. Apres chargement du dispositif coupe-détonation avec cet explosif, on a poursuivi cet essai dans les mêmes conditions que pour l'essai 1. On constate un arrêt de la détonation. Le cordeau témoin n'est pas initié et le manchon auquel il est relié est retrouvé intact. Essai 4 Cet essai est rigoureusement identique à l'essai 3, mais avec inversion des 2 extrémités. On constate également un arrêt de la détonation. Essais 5 à 8 Les essais 5 à 8 ont été réalisés avec le même explosifs GEMULSITE 100 pour valider le fonctionnement d'un dispositif coupedétonation selon l'invention ne comportant qu'une seule enclume, c'est-à-dire ne permettant l'arrêt d'une onde de détonation que dans un seul sens. Le dispositif utilisé comprend un tube en aluminium en forme de boucle identique à celui décrit précédemment et représenté figures 1 et 2. Le marteau, intercalé entre les 2 portions de tube qui se croisent, est constitué d'une plaque carrée en acier de 200 mm de côté et de 15 mm d'épaisseur. L'enclume, constituée par une plaque en acier identique au marteau, est située en contact avec l'une des 2 portions de tube qui se croisent, en regard du marteau, de façon à ce que cette portion de tube soit prise en sandwich entre le marteau et l'enclume. La plaque enclume repose sur un support en acier. Le dispositif comporte, à chacune de ses extrémités, un tuyau en caoutchouc armé, de longueur environ 50 cm, manchonné sur l'extrémité du tube en aluminium et maintenu à l'aide d'un collier de serrage. Après chargement du dispositif avec l'explosif, on a amorcé l'extrémité reliée à la portion de tube qui n'est pas prise en sandwich entre le marteau et l'enclume avec 50g de Plastrite initié par un détonateur de 0,8g de pentrite, l'extrémité reliée à la portion de tube prise en sandwich entre le marteau et l'enclume comportant un cordeau détonant témoin (20g/m) relié à une plaque en plomb témoin. Ces essais 5 à 8 ne se différencient que par la densité de l'explosif GEMULSITE 100 utilisé: Essai 5: 0,96 Essai 6: 1,03 Essai 7: 1,13 Essai 8: 1,20 Pour tous ces essais, on constate un arrêt de la détonation. Revendications 1. Dispositif coupe-détonation pour circuit de pompage d'explosifs en vrac, caractérisé en ce qu'il comprend: - un tube (1) déformable en forme de boucle délimitée par 2 portions de tube (2,3) qui se croisent, - un marteau (4) intercalé entre les 2 portions de tube (2,3) qui se croisent, de manière à ce que ce marteau (4) soit en contact avec ces 2 portions de tube (2,3), - une enclume (5) située en contact avec l'une (2) des 2 portions de tube (2,3) qui se croisent, en regard du marteau (4), de façon à ce que cette portion de tube (2) soit prise en sandwich entre le marteau (4) et l'enclume (5). 2. Dispositif coupe-détonation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend également une deuxième enclume (6) située en contact avec l'autre portion de tube (3), en regard du marteau (4), de façon à ce que cette autre portion de tube (3) soit prise en sandwich entre le marteau (4) et la deuxième enclume (6). 3. Dispositif coupe- détonation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le marteau (4) et l'enclume (5) sont des plaques métalliques. 4. Dispositif coupe-détonation selon la revendication 2, caractérisé en ce que le marteau (4) et les 2 enclumes (5,6) sont des plaques métalliques. 5. Dispositif coupe-détonation selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les plaques sont en acier. 6. Dispositif coupe-détonation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le tube (1) est en aluminium. 7. Dispositif coupe-détonation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le tube (1) est cylindrique de révolution, de diamètre intérieur compris entre 25 mm et 75 mm. 8. Dispositif coupe-détonation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les 2 portions de tube (2,3) qui se croisent sont droites et aplaties. 9 Dispositif coupe-détonation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les 2 portions de tube (2,3) qui se croisent le font en formant un angle compris entre 75 et 90 , limites comprises. 10. Dispositif coupe-détonation selon la revendication 4, caractérisé en ce que le marteau (4) et les 2 enclumes (5,6) sont des plaques métalliques parallèles ou quasi-parallèles et en ce que au moins un moyen de solidarisation (7) permet de maintenir solidaires les 2 enclumes (5,6). 11. Dispositif coupe-détonation selon la revendication , caractérisé en ce que le marteau (4) peut coulisser en étant guidé par au moins un des moyens de solidarisation (7) des 2 enclumes (5,6). 12. Dispositif coupe-détonation selon la revendication 11, caractérisé en ce que les 2 enclumes (5,6) font partie de 2 U.P.N. renforcés par une plaque métallique, fixés sur un support (8), et rendus solidaires l'un de l'autre par des plats (7), et en ce que le marteau (4) peut coulisser en étant guidé par les plats (7). 13. Dispositif coupe- détonation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le tube (1) en forme de boucle comporte à chacune de ses 2 extrémités (11,12) un moyen de liaison (9) permettant de le relier au circuit de pompage. 14. Circuit de pompage d'un explosif en vrac comportant d'une part des canules de chargement d'un trou de mine en relation avec un réservoir d'explosifs en vrac, et d'autre part une pompe apte à provoquer la circulation dans les canules de l'explosif contenu dans le réservoir vers le trou de mine, caractérisé en ce qu'un dispositif coupe- détonation selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 est inséré dans le circuit de pompage. 15. Circuit de pompage selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comporte deux dispositifs coupe- détonation selon la revendication 1 et ne comprenant qu'une enclume, insérés dans le circuit de pompage de façon à ce que l'un des dispositifs provoque l'arrêt d'une détonation provenant du trou de mine tandis que l'autre dispositif provoque l'arrêt d'une détonation provenant du réservoir. 16. Circuit de pompage selon la revendication 15, caractérisé en ce que les 2 dispositifs coupe-détonation sont insérés bout à bout dans le circuit de pompage. 17. Circuit de pompage selon la revendication 16, caractérisé en ce que les 2 dispositifs insérés bout à bout sont constitués d'un même tube comportant 2 boucles.