Brevet FR2796142A1 — publié le 20010112

Détonateur optique à deux étages et à transition choc-détonation La présente invention concerne un détonateur optique à deux étages et à transition choc-détonation. Pour réaliser un détonateur optique avec des sources laser de faible puissance telles que les diodes laser envisagées dans les applications spatiales, on a recours à l'heure actuelle à un détonateur à deux étages: le premier étant utilisé pour l'allumage thermique par le laser d'une combustion et le second étage étant dédié à une transition déflagration- détonation. A l'interface entre les deux étages, est placée une membrane métallique qui sous l'action de la pression de combustion du 1er étage se découpe en paillet qui agit comme un piston et va compacter l'explosif poreux du 2ème étage et initier une combustion qui, compte tenu du confinement va déclencher un processus de transition déflagrationdétonation. Les inconvénients de ce concept sont liés à l'utilisation du processus de transition déflagration- détonation. Cela nécessite: - l'utilisation d'un explosif à basse densité de chargement (1.1 g/cm3), en fait proche de la densité de tassement pour avoir une porosité importante et aussi des grosses granulométries: ceci augmente la sensibilité du composant pyrotechnique et est peu favorable pour assurer une bonne reproductibilité de chargement dans ses petits composants; - une longueur suffisante du 2ème étage afin d'atteindre le point de transition à la détonation: ce qui en pratique augmente notablement la quantité d'explosif utilisé. 2 2796142 Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients ci-dessus. L'invention vise ainsi un détonateur optique à deux étapes et à transition choc-détonation, dans lequel le premier étage comprend une composition pyrotechnique et une fibre optique dont une extrémité est raccordée à une source de rayonnement laser, l'autre extrémité adjacente à la composition pyrotechnique étant engagée dans un connecteur, des moyens étant insérés entre l'extrémité de la fibre optique et la composition pyrotechnique pour transmettre le rayonnement laser vers la composition pyrotechnique, détonateur dans lequel le second étage comprend une composition pyrotechnique placée dans l'alignement de la composition pyrotechnique du premier étage et séparée de cette dernière par des moyens de transmission de l'onde de choc générée par l'allumage de la composition pyrotechnique du premier étage. Suivant l'invention, ce détonateur optique est caractérisé en ce que les moyens qui séparent la composition pyrotechnique du premier étage de celle du second étage comprennent une plaquette métallique dont une face est en contact avec la composition pyrotechnique du premier étage et dont l'autre face est adjacente à une cavité qui la sépare de la composition pyrotechnique du second étage et est en appui par sa périphérie contre l'extrémité d'un élément de confinement de la composition pyrotechnique du second étage. Grâce à la pression de la combustion vive générée lors de l'allumage de la combustion de la composition pyrotechnique du premier étage, la plaquette métallique ci-dessus est propulsée à grande vitesse sur la surface nue de la composition pyrotechnique du second étage. 3 2796142 Lors de son impact, cette plaquette amorce dans la composition pyrotechnique une transition choc- détonation. Cette transition choc-détonation est favorisée par un effet de focalisation de l'onde de choc. Cette transition choc-détonation permet de réaliser un détonateur moins long, contenant moins de composition pyrotechnique, plus insensible, plus reproductible et avec un temps de réponse plus court que dans le cas de la solution évoquée au début de cette description. De préférence, le diamètre de la cavité est supérieur à celui de la composition pyrotechnique, la face d'extrémité de la composition pyrotechnique adjacente à la cavité étant confondue avec la face constituant le fond de ladite cavité. De ce fait, la plaquette lors de son impact entre en collision simultanément avec la composition pyrotechnique et avec la face d'extrémité de la cavité. Cette disposition permet de focaliser l'onde de choc sur la composition pyrotechnique. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci- après. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un détonateur optique à deux étages selon l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale partielle, montrant une variante de réalisation de l'invention. La figure 1 représente un détonateur optique à deux étages et à transition choc-détonation, dans lequel le premier étage 1 comprend une composition pyrotechnique 2 et une fibre optique 3 dont une 4 2796142 extrémité est raccordée à une source de rayonnement laser telle qu'une diode laser. L'autre extrémité de la fibre optique 3 adjacente à la composition pyrotechnique 2 est engagée dans un connecteur 4. Des moyens qui seront décrits plus loin, sont insérés entre l'extrémité 3a de la fibre optique 3 et la composition pyrotechnique 2 pour transmettre le rayonnement laser vers la composition pyrotechnique 2. Le second étage 5 du détonateur comprend une composition pyrotechnique 6 placée dans l'alignement de la composition pyrotechnique 2 du premier étage 1 et séparée de cette dernière par des moyens de transmission de l'onde de choc générée par l'allumage de la composition pyrotechnique 2 du premier étage 1. Conformément à l'invention, les moyens qui séparent la composition pyrotechnique 2 du premier étage 1 de celle du second étage 5 comprennent une plaquette métallique 7 dont une face est en contact avec la composition pyrotechnique 2 du premier étage 1 et dont l'autre face est adjacente à une cavité 8 qui la sépare de la composition pyrotechnique 6 du second étage 5. Cette plaquette métallique 7 est en appui par sa périphérie contre l'extrémité 9a d'un élément de confinement 9 de la composition pyrotechnique 6 du second étage 5. La composition pyrotechnique 2 du premier étage 1 est confinée dans un élément de confinement 10 qui est raccordé axialement et de façon amovible à l'élément de confinement 9 de la composition pyrotechnique 6 du second étage 5. Dans l'exemple représenté, les deux éléments de confinement 9, 10 sont raccordés ensemble par vissage. On voit également sur la figure 1 que la face d'extrémité 6a de la composition pyrotechnique 6 adjacente à la cavité 8 est confondue avec la face 2796142 constituant le fond de la cavité 8 dont le diamètre est supérieur à celui de la composition pyrotechnique 6. A titre d'exemple, la plaquette 7 peut être en acier et présente une épaisseur comprise entre 100 et 250 micromètres. L'énergie laser transmise à la composition pyrotechnique 2 du premier étage 1 et les caractéristiques de cette composition doivent de préférence être telles que la plaquette 7 puisse être propulsée dans la cavité 8 à une vitesse au moins égale à 500 m/s sous l'effet de la pression développée après l'allumage de la composition pyrotechnique 2. De préférence également, la composition pyrotechnique 2 comprend de l'octogène présentant une densité de chargement de l'ordre de 1,65 g/cm3 et une granulométrie de l'ordre de 3 micromètres. L'octogène peut être mélangé avec environ 1% de noir de carbone ultra fin pour favoriser l'absorption dans le proche infra-rouge. De préférence, la composition pyrotechnique 6 du second étage 5 comprend de l'octogène ou de l'hexogène sous forme granulaire et présentant une densité supérieure à 1,4 g/cm3. La figure 1 montre d'autre part que les moyens pour transmettre le rayonnement laser depuis la fibre optique 3 vers la composition pyrotechnique 2 du premier étage 1 comprennent une bague 11 dans l'évidement de laquelle est logée une bille en verre 12. Cette bague 11 est en contact avec l'extrémité du connecteur 4 de la fibre optique 3 et avec une plaquette en verre 13 elle-même en contact avec la composition pyrotechnique 2 du premier étage 1. Cette disposition permet une transmission du rayonnement laser vers la composition pyrotechnique 2, sans perte d'énergie surfacique. 6 2796142 Dans la variante représentée sur la figure 2, les moyens pour transmettre le rayonnement laser entre la fibre optique 3 et la composition pyrotechnique 2 du premier étage 1 comprennent un barreau en verre 14 à gradient d'indice logé dans un élément 15 en matière peu conductrice thermiquement. Ce barreau en verre 14 est capable de focaliser le rayonnement laser issu de la fibre optique 3 sur la face de la composition pyrotechnique 2 du premier étage 1 avec laquelle ce barreau en verre 14 est en contact. Ce barreau en verre 14 peut être en deux parties. Le dispositif que l'on vient de décrire fonctionne de la façon suivante. Dans le cas du détonateur représenté sur la figure 1, le rayonnement laser véhiculé par la fibre optique 3 transmet son énergie à la composition pyrotechnique 2 et génère la combustion de celle-ci. La pression développée par la combustion de cette composition 2 propulse la plaquette 7 à une vitesse supérieure à 500 m/s dans la cavité 8 vers la surface nue 6a de la composition pyrotechnique 6 du second étage. L'onde choc engendrée à l'impact de cette plaquette 7 sur la surface 6a de la composition pyrotechnique amorce la détonation de celle-ci. L'ensemble des dispositions ci-dessus permet de réaliser un détonateur moins long, contenant moins de composition pyrotechnique, plus insensible, plus reproductible et avec un temps de réponse plus court que dans le cas de la solution évoquée au début de cette description. La réduction de la masse totale de la composition pyrotechnique est importante, notamment lors de l'application du détonateur selon l'invention pour commander la séparation de deux étages d'un vaisseau 7 2796142 spatial, car elle permet de réduire l'intensité des chocs pyrotechniques transmis à ce vaisseau. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple que l'on vient de décrire et on peut apporter à celui-ci de nombreuses modifications sans sortir du cadre de l'invention. 8 2796142 REVEND I CATIONS 1. Détonateur optique à deux étages et à transition choc-détonation, dans lequel le premier étage (1) comprend une composition pyrotechnique (2) et une fibre optique (3) dont une extrémité est raccordée à une source de rayonnement laser, l'autre extrémité adjacente à la composition pyrotechnique (2) étant engagée dans un connecteur (4), des moyens étant insérés entre l'extrémité de la fibre optique (3) et la composition pyrotechnique (2) pour transmettre le rayonnement laser vers la composition pyrotechnique (2), détonateur dans lequel le second étage (5) comprend une composition pyrotechnique (6) placée dans l'alignement de la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1) et séparée de cette dernière par des moyens de transmission de l'onde de choc générée par l'allumage de la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1), caractérisé en ce que les moyens qui séparent la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1) de celle du second étage (5) comprennent une plaquette métallique (7) dont une face est en contact avec la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1) et dont l'autre face est adjacente à une cavité (8) qui la sépare de la composition pyrotechnique (6) du second étage (5) et est en appui par sa périphérie contre l'extrémité (9a) d'un élément de confinement (9) de la composition pyrotechnique (6) du second étage (5). 2. Détonateur optique conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre de la cavité (8) est supérieur à celui de la composition pyrotechnique (6), la face d'extrémité (6a) de la composition pyrotechnique (6) adjacente à la cavité (8) 9 -2796142 étant confondue avec la face constituant le fond de ladite cavité (8). 3. Détonateur optique conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1) est confinée dans un élément de confinement (10) qui est raccordé axialement et de façon amovible à l'élément de confinement (9) de la composition pyrotechnique (6) du second étage (5). 4. Détonateur optique conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que les deux éléments de confinement (9, 10) sont raccordés ensemble par vissage. 5. Détonateur optique conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la plaquette (7) est en acier et présente une épaisseur comprise entre 100 et 250 micromètres. 6. Détonateur optique conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'énergie laser transmise à la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1) et les caractéristiques de cette composition sont telles que la plaquette (7) est propulsée dans la cavité (8) à une vitesse au moins égale à 500 m/s après l'allumage de la composition pyrotechnique (2) ci-dessus. 7. Détonateur optique conforme à l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1), comprend de l'octogène présentant une densité de chargement de l'ordre de 1,65 g/cm3 et une granulométrie de l'ordre de 3 micromètres. 8. Détonateur optique conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que l'octogène est mélangé avec environ 1% de poudre de noir de carbone ultra fin. 9. Détonateur optique conforme à l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la composition pyrotechnique (6) du second étage (5) comprend de l'octogène ou de l'hexogène sous forme granulaire et présentant une densité supérieure à 1,4 g/cm3. 10. Détonateur optique conforme à l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les moyens pour transmettre le rayonnement laser depuis la fibre optique (3) vers la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1) comprennent une bague (11) dans l'évidement duquel est logée une bille en verre (12), cette bague (11) étant en contact avec l'extrémité du connecteur (4) de la fibre optique (3) et avec une plaquette en verre (13) elle-même en contact avec la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1). 11. Détonateur optique conforme à l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les moyens pour transmettre le rayonnement laser entre la fibre optique (3) et la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1) comprennent un barreau en verre (14) à gradient d'indice logé dans un élément (15) en matière peu conductrice thermiquement, ce barreau en verre (14) étant capable de focaliser le rayonnement laser issu de la fibre optique (3) sur la face de la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1) avec laquelle ce barreau en verre (14) est en contact.