Brevet FR2853872A1 — publié le 20041022

DISPOSITIF DE MISE EN îUVRE D'UN ÉLÉMENT DE SÉCURITÉ POUR LA PROTECTION DES BIENS ET/OU DES PERSONNES La présente invention se rapporte au domaine des 5 dispositifs du type comportant un système de génération de gaz pour la mise en òuvre, en particulier, d'un élément de sécurité, pour la protection de biens et/ou de personnes. La présente invention se rapporte plus particulièrement à un dispositif de mise en oeuvre d'un élément de sécurité notamment pour la protection d'au moins un occupant d'un véhicule, du type comportant un système de génération de gaz raccordé audit élément de sécurité, par exemple à un coussin gonflable de sécurité et comportant 15 une charge explosible formée au moins par un composé pyrotechnique primaire et un composé secondaire. L'art antérieur connaît déjà la demande de brevet WO 0189885, déposée au nom de la demanderesse, qui décrit 20 un dispositif de mise en oeuvre d'un élément, en particulier de sécurité, pour la protection de biens et/ou de personnes et notamment pour la protection d'au moins un occupant d'un véhicule, du type comportant un système de génération de gaz raccordé audit élément de sécurité, par exemple à un 25 coussin gonflable de sécurité, et comportant une charge explosible formée au moins par un composé pyrotechnique primaire et un composé secondaire. Dans ce système, le composé pyrotechnique primaire est destiné à piloter la décomposition d'un composé secondaire et permet au moins 30 une interaction des produits de combustion des composés primaire(s) et secondaire(s) dans au moins un volume d'interaction non confiné ou faiblement confiné, dudit système de génération de gaz, ladite interaction pouvant être en particulier au moins partiellement une réaction d'oxydoréduction. La composition envisagée dans cette demande de brevet 5 donne satisfaction mais ce dispositif présente l'inconvénient principal de dégager un taux assez important d'oxydes d'azote. Par ailleurs, cette composition, ou une composition de ce type, engendre la formation de beaucoup d'eau qui est préjudiciable au rendement gazeux après 10 recondensation. En outre, cette composition nécessite la consommation de tout l'oxygène présent dans le nitrate d'ammonium, ce qui oblige à inclure dans la composition au moins 40% de propergol. La présente invention entend remédier à ces inconvénients en proposant une composition particulière pour un dispositif du type comportant un système de génération de gaz en particulier pour la mise en oeuvre d'un élément de sécurité présentant une composition particulière 20 pour le secondaire de sorte que, de manière surprenante, les émissions de l'oxyde d'azote sont réduites drastiquement, sans que pour autant des particules solides soient émises et en garantissant un dégagement de monoxyde de carbone faible. Cette composition particulière pour le composant secondaire permet en outre de diminuer le pourcentage de propergol et limite la quantité d'eau formée. Pour ce faire, la présente invention propose à cet effet un dispositif du type comportant un système de génération de gaz en particulier pour la mise en oeuvre d'un élément de sécurité pour la protection des biens et/ou des personnes, notamment pour la protection d'au moins un occupant d'un véhicule, le système de génération de gaz raccordé audit élément de sécurité, par exemple à un coussin gonflable, et comportant une charge explosible 5 formée au moins par un composé pyrotechnique primaire, dans une première chambre, initié par au moins un initiateur muni d'une charge renforçatrice et un composé secondaire, le composé primaire comportant au moins un propergol, par exemple un propergol double base ou ceux du type à base de 10 nitrocellulose, les nitramites, de type lova ou tous ceux utilisés classiquement pour les coussins gonflable de sécurité dont la balance oxygène a été éventuellement ajustée, caractérisé en ce que le composé secondaire, dans une chambre secondaire, comprend un composant oxydant 15 apte, par décomposition, à délivrer uniquement du gaz, au moins un additif réducteur présentant une fonction d'apport en azote, ledit additif étant présent dans une proportion massique inférieure à 70% de la masse de l'ensemble primaire-secondaire. De préférence, les susdits composés primaire et secondaire se présenteront sous forme solide. Ainsi, selon une possibilité offerte par l'invention, 25 les composés primaire et secondaire formeront une charge explosible monolithe homogène. Selon une autre possibilité offerte par l'invention, les composés primaire et secondaire forment une charge 30 explosible monolithe hétérogène et en ce que lesdits composés primaire et secondaire se présentent en vrac, pastillé ou non, ou sous la forme d'au moins une feuille, plate ou enroulée, ou d'au moins un brin. Avantageusement, le composé secondaire sera placé dans une chambre, ladite chambre présentant une pression efficace (intégrale P=Sf(t)/t) inférieure à 50 bars lors de 5 la combustion du composé secondaire; ladite pression étant obtenue par ajustement du diamètre d'une tuyère de la chambre secondaire. Avantageusement, selon un premier mode d'exécution de 10 l'invention, le composé secondaire sera placé dans une chambre, ladite chambre présentant une pression d'au moins 50 bars lors de la combustion du composé secondaire; ladite pression étant obtenue par ajustement du diamètre de la chambre secondaire. Avantageusement, selon un second mode d'exécution de l'invention, le composé secondaire, placé dans la chambre secondaire, présentera une pression inférieure ou égale à la pression de combustion du propergol; ladite pression 20 étant obtenue par ajustement du diamètre de la chambre secondaire. Il est important de noter ici que l'homme du métier est parfaitement à même de réaliser les pressions 25 envisagées ci-dessus dans les deux susdites chambres simplement en faisant varier le diamètre de la tuyère, selon des tables de variation de pression en fonction de l'ouverture de la tuyère. Ainsi, l'indication d'une mesure de pression pour chacune des chambres est le meilleur moyen 30 de définition pour la structure du dispositif, c'est-à-dire du diamètre de sa tuyère. Avantageusement, l'additif réducteur sera un dérivé de la guanidine, nitro guanidine, nitrate de guanidine ou un autre dérivé de la guanidine. Selon une possibilité offerte par l'invention, l'additif réducteur sera présent dans le composé secondaire dans une proportion massique comprise entre 20 et 60% de l'ensemble primaire-secondaire. Selon une autre possibilité offerte par l'invention, l'additif réducteur sera présent dans le composé secondaire dans une proportion massique comprise entre 35 et 50% de l'ensemble primaire-secondaire. Avantageusement, l'additif réducteur sera du polyester, présent dans le composé secondaire dans une proportion massique inférieure à 15% de l'ensemble primaire-secondaire. Avantageusement, l'additif réducteur sera de l'acétate d'ammonium, présent dans le composé secondaire dans une proportion massique inférieure à 20% de l'ensemble primaire-secondaire. Avantageusement, l'additif réducteur sera de l'oxamide et/ou de l'oxamide d'ammonium ou l'un de ses dérivés, présent dans le composé secondaire dans une proportion massique inférieure à 30% de l'ensemble primairesecondaire. Avantageusement, l'additif réducteur sera de l'urée ou un dérivé de l'urée, telle que la nitro-urée, présent dans le composé secondaire dans une proportion massique inférieure à 30% de l'ensemble primairesecondaire. Avantageusement, l'additif réducteur sera de 5 l'hexogène et/ou de l'octogène, présent dans le composé secondaire dans une proportion massique inférieure à 60% de l'ensemble primaire-secondaire. Avantageusement, l'additif réducteur sera de 10 l'aminotétrazole, dans une proportion massique inférieure à 70% de l'ensemble primaire-secondaire. Avantageusement, le propergol sera présent dans le composé primaire dans une proportion massique inférieure à 15 40% de l'ensemble primairesecondaire. Avantageusement, le propergol sera présent dans le composé primaire dans une proportion massique inférieure à 20% de l'ensemble primaire-secondaire. 20 Selon une possibilité offerte par l'invention, le propergol sera présent dans le composé primaire dans une proportion massique inférieure à 10% de l'ensemble primaire- secondaire. Avantageusement, le composé secondaire comprendra au moins un catalyseur dans une proportion inférieure à 5% de l'ensemble primaire-secondaire. Le catalyseur pourra être choisi parmi les dérivés de cuivre II (degré d'oxydation), 30 tels que l'oxyde de cuivre ou le phtalocyanate de cuivre, et/ou les dérivés du chrome, chromates et bichromates, et/ou les dérivés du fer, tels que les oxydes de fer et des métaux de la première série de transition. Selon un aspect particulièrement intéressant de l'invention, l'ensemble primaire-secondaire forme une balance oxygène négative. Avantageusement, le composé primaire sera un composé présentant une balance oxygène négative ou nulle. Dans ce cas, le(s) composé(s) primaire et/ou secondaire comporte(ront) un apport en oxydant, tels que des 10 perchlorates alcalin alcalino-terreux ou d'ammonium, éventuellement associé avec un nitrate alcalin ou alcalinoterreux. On doit noter qu'une utilisation particulière du 15 dispositif selon l'invention consiste en la pressurisation d'enceintes ou de vérins. On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description, faite ciaprès à titre purement explicatif, de 20 plusieurs exemples de réalisation de l'invention. Les méthodes de mise en oeuvre et le dispositif de mise en oeuvre d'un élément de sécurité sont identiques à ce qui est décrit dans la demande de brevet WO 0189885 et ne 25 seront pas décrit plus avant ici. Les différences avec cette demande de brevet et la présente demande résident dans la composition particulière utilisée dans le présent dispositif selon l'invention. Exemple 1: Le primaire consiste en 4 g de propergol double base 1152 (nitrocellulose/nitroglycérine) et le secondaire consiste en 16 g d'un mélange nitrate d'ammonium 60%, nitro guanidine 40%, en vrac. Les résultats pour ce chargement dans l'élément de sécurité sont les suivants: - pression maximum dans une enceinte fermée de 60 L remplie d'azote sous un bar: 3,5 bars relatifs à 30 ms, - taux de monoxyde de carbone: 2% soit 500 PPM (Partie Par Million) après dilution dans un volume de 2 500 10 L, Taux d'oxydes d'azote 0,15% soit sensiblement 40 PPM après dilution dans un volume de 2 500 L. On notera par ailleurs que ces résultats sont sensiblement les mêmes lorsque le tir est effectué dans un sac de contenance de 90 litres tiré dans un tank de 2500 litres, soit 30 PPM de NOx 15 et 550 PPM de monoxyde de carbone. La pression dans la Chambre du composé primaire est bars, tandis que la pression efficace dans la chambre du composé secondaire est 50 bars. 20 Exemple 1 bis: Accroissement du ratio NA/SD Le primaire consiste en 4 g de propergol double base 1152 (nitrocellulose/nitroglycérine) et le secondaire consiste en 24 g d'un mélange nitrate d'ammonium 60%, nitro guanidine 40%, en vrac. Les résultats pour ce chargement dans l'élément de sécurité sont les suivants: - pression maximum dans une enceinte fermée de 60 L remplie d'azote sous un bar: 5,4 bars relatifs à 30 ms, - Les taux de monoxyde de carbone et d'oxydes d'azote sont sensiblement analogues au cas précédent Exemple 1 ter Influence de la quantité de matière et de la durée de fonctionnement pour des applications de durée de l'ordre de 0,5 seconde: Le primaire consiste en 12g de propergol double base 1131 (nitrocellulose/nitroglycérine) et le secondaire consiste en 48 g d'un mélange nitrate d'ammonium 60%, nitro guanidine 40%, en vrac. Les résultats pour ce chargement de l'élément de sécurité sont les suivants: - pression maximum dans une enceinte fermée de 60 L remplie d'azote sous un bar: 6,2 bars relatifs à 400ms, - taux de monoxyde de carbone 4,5% et Taux d'oxydes d'azote 0,2% La pression dans la Chambre du composé primaire est inférieure à 100 bars, tandis que la pression efficace dans la chambre du composé secondaire est inférieure à 50 bars. 20 Exemple 2 Cet exemple sert à illustrer en particulier l'efficacité de l'oxyde de Fer comme catalyseur de 25 réduction des oxydes d'azote: Le composé primaire consiste en 4 g de propergol double base 1152 (nitrocellulose/nitroglycérine) tandis que le composé secondaire consiste en 16 g d'un mélange 30 pastillé de nitrate d'ammonium 70 %, nitro guanidine 30%. Les résultats sont les suivants: - l'adjonction de 1,5% d'oxyde de Fer a permis de réduire de plus de 50% le taux de NOx (dioxyde d'azote) mesuré dans un volume de 2 5001, - le taux de monoxyde de carbone n'augmente que de 10% à 400 PPM dans ces mêmes conditions. La pression de la chambre du composé primaire vaut bars, tandis que la pression efficace de la chambre du composé secondaire nitrate est 50 bars. Exemple 3 Ce troisième exemple sert à marquer l'influence de la pression dans la chambre de post combustion sur le taux de NOx Le composé primaire consiste en 4 g de propergol double base 1152 (nitrocellulose/nitroglycérine) tandis que le composé secondaire consiste en 16 g d'un mélange pulvérulent de nitrate d'ammonium 60%, nitro guanidine 20 40%. Les résultats pour ce chargement identique à l'exemple 1 sont les suivants: - pression maximum dans une enceinte fermée de 60 L 25 remplie d'azote sous un bar: 3,5 bars relatifs à 30 ms, - taux de monoxyde de carbone: 2% soit 500 PPM après dilution dans un volume de 2 500 L, Taux d'oxydes d'azote 0,10% soit 25 PPM (Partie Par Million) après dilution dans un volume de 2 500 L (litres). 30 La pression dans la Chambre du composé primaire est bars, tandis que la pression dans la chambre du composé secondaire nitrate est 120 bars. Exemple 4 Cet exemple sert à apprécier l'intérêt de l'adjonction d'un oxydant Le composé primaire consiste en 4 g de propergol double base 1152 (nitrocellulose/nitroglycérine) tandis que le composé secondaire consiste en 16 g d'un mélange pulvérulent de nitrate d'ammonium 55%, nitro guanidine 40%, 10 3% de perchlorate de potassium, 1,5% d'oxyde de Fer. Les résultats pour ce chargement sont les suivants - pression maximum dans une enceinte fermée de 60 L remplie d'azote sous un bar: 3,5 bars relatifs, - taux de monoxyde de carbone: 1% soit 250 PPM après dilution dans un volume de 2 500 L, Taux d'oxydes d'azote 0,20% soit 50 PPM après dilution dans un volume de 2 500 L. La pression dans la Chambre du composé primaire est bars, tandis que la chambre du composé secondaire nitrate est 120 bars. L'invention est décrite dans ce qui précède à titre 25 d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans pour autant sortir du cadre du brevet. REVENDICATIONS 1. Dispositif du type comportant un système de génération de gaz en particulier pour la mise en òuvre d'un 5 élément de sécurité pour la protection des biens et/ou des personnes, notamment pour la protection d'au moins un occupant d'un véhicule, le système de génération de gaz raccordé audit élément de sécurité, par exemple à un coussin gonflable, et comportant une charge explosible 10 formée au moins par un composé pyrotechnique primaire, dans une première chambre, initié par au moins un initiateur muni d'une charge renforçatrice et un composé secondaire, le composé primaire comportant au moins un propergol, par exemple un propergol double base ou ceux du type à base de 15 nitrocellulose, les nitramites, de type lova ou tous ceux utilisés classiquement pour les coussins gonflables de sécurité dont la balance oxygène a été éventuellement ajustée, caractérisé en ce que le composé secondaire, dans une chambre secondaire, comprend un composant oxydant 20 apte, par décomposition, à délivrer uniquement du gaz, au moins un additif réducteur présentant une fonction d'apport en azote, ledit additif étant présent dans une proportion massique inférieure à 70% de la masse de l'ensemble primaire-secondaire. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les susdits composés primaire et secondaire se présentent sous forme solide. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le composé secondaire est placé dans une chambre, ladite chambre présentant une pression efficace inférieure à 50 bars lors de la combustion du composé secondaire; ladite pression étant obtenue par ajustement du diamètre d'une tuyère du dispositif. 4. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le composé secondaire est placé dans une chambre, ladite chambre présentant une pression d'au moins 50 bars lors de la combustion du composé secondaire; ladite pression étant 10 obtenue par ajustement du diamètre de la chambre secondaire. 5. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le composé secondaire, placé dans la 15 chambre secondaire, présente une pression inférieure ou égale à la pression de combustion du propergol; ladite pression étant obtenue par ajustement du diamètre de la chambre secondaire. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'additif réducteur est un dérivé de la guanidine, nitro guanidine, nitrate de guanidine ou un autre dérivé de la guanidine. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'additif réducteur est présent dans le composé secondaire dans une proportion massique comprise entre 20 et 60% de l'ensemble primaire-secondaire. 8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que l'additif réducteur est présent dans le composé secondaire dans une proportion massique comprise entre 35 et 50% de l'ensemble primairesecondaire. 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'additif réducteur est du polyester, présent dans le composé secondaire dans une proportion massique inférieure à 15% de l'ensemble primaire-secondaire. 10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'additif réducteur est de l'acétate d'ammonium, présent dans le composé secondaire dans une proportion 10 massique inférieure à 20% de l'ensemble primairesecondaire. 11. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'additif réducteur est de l'oxamide et/ou de 15 l'oxamide d'ammonium ou l'un de ses dérivés, présent dans le composé secondaire dans une proportion massique inférieure à 30% de l'ensemble primaire-secondaire. 12. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé 20 en ce que l'additif réducteur est de l'urée ou un dérivé de l'urée, telle que la nitro-urée, présent dans le composé secondaire dans une proportion massique inférieure à 30% de l'ensemble primaire-secondaire. 13. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'additif réducteur est de l'hexogène et/ou de l'octogène, présent dans le composé secondaire dans une proportion massique inférieure à 60% de l'ensemble primaire-secondaire. 14. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'additif réducteur est de l'aminotétrazole, dans une proportion massique inférieure à 70% de l'ensemble primaire-secondaire. 15. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé 5 en ce que le propergol est présent dans le composé primaire dans une proportion massique inférieure à 40% de l'ensemble primaire-secondaire. 16. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé 10 en ce que le propergol est présent dans le composé primaire dans une proportion massique inférieure à 20% de l'ensemble primaire-secondaire. 17. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé 15 en ce que le propergol est présent dans le composé primaire dans une proportion massique inférieure à 10% de l'ensemble primaire-secondaire. 18. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé 20 en ce que le composé secondaire comprend au moins un catalyseur dans une proportion inférieure à 5% de l'ensemble primaire-secondaire. 19. Dispositif selon la revendication 18, caractérisé 25 en ce que le catalyseur est choisi parmi les dérivés de cuivre II (degré d'oxydation), tels que l'oxyde de cuivre ou le phtalocyanate de cuivre, et/ou les dérivés du chrome, chromates et bichromates, et/ou les dérivés du fer, tels que les oxydes de fer et des métaux de la première série de 30 transition. 20. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble primaire-secondaire forme une balance oxygène négative. 21. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composé primaire est un composé présentant une balance oxygène négative ou nulle. 22. Dispositif selon la revendication 21, caractérisé 10 en ce que le(s) composé(s) primaire et/ou secondaire comporte(nt) un apport en oxydant, tels que des perchlorates alcalin alcalino-terreux ou d'ammonium, éventuellement associés à un nitrate alcalin ou alcalinoterreux. 23. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits composés primaire et secondaire forment une charge explosible monolithe homogène. 24. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits composés primaire et secondaire forment une charge explosible monolithe hétérogène et en ce que lesdits composés primaire et secondaire se présentent en vrac, pastillé ou non, ou sous la forme d'au moins une 25 feuille, plate ou enroulée, ou d'au moins un brin. 25. Utilisation du dispositif selon l'une des revendications 1 à 24 pour la pressurisation d'enceintes ou de vérins.