Brevet FR2852387A1 — publié le 20040917

L'invention concerne le domaine de la détection et de la destruction des mines et a plus particulièrement pour objet une sonde de déminage. Dans le cadre des opérations de déminage terrestre, l'un des principaux 5 problèmes rencontrés par les démineurs est la recherche d'objets explosifs divers, et notamment les mines ne contenant pas de métal. Le moyen le plus utilisé à ce jour consiste à fouiller le sol à l'aide d'une sonde de déminage. Cette sonde basée sur une pointe métallique de quelques millimètres de section, permet lorsqu'elle entre en contact avec un objet inconnu, de le localiser, éventuellement de définir son format 10 par sondages multiples, mais ne permet pas de le reconnaître comme étant une mine ou un simple galet par exemple. Le démineur doit alors, après avoir fait évacuer les personnels présents à distance de sécurité, de l'ordre d'une centaine de mètres, déterrer l'objet afin de s'assurer qu'il s'agit d'un objet explosif, tel une mine, et dans l'affirmative, préparer une opération d'enlèvement après désamorçage, ou de 15 destruction. Durant cette opération le démineur est en contact quasi direct avec l'objet potentiellement piégé. Si la solution du pétardage est retenue, il place une charge explosive puis déroule le câble d'initiation et, après s'être placé à distance de sécurité, déclenche l'explosion. Cette opération implique non seulement une explosion violente mais également un fort déplacement de la matière environnant la 20 mine, généralement de la terre et des pierres. Le but de l'invention est de résoudre cet inconvénient en proposant une sonde de déminage apte à permettre la suppression des effets néfastes collatéraux dus aux pétardages. La solution apportée est une sonde de déminage comportant une poignée prolongée par une tige se terminant par une pointe, et caractérisée en ce que la tige comporte une âme amovible sur toute sa longueur. Selon une caractéristique particulière, l'âme amovible comporte tout ou partie de ladite pointe à l'une de ses extrémités. Selon une caractéristique permettant de 30 faciliter la maintenance de la sonde ainsi que sa pénétration dans un matériau tel que de la terre, un embout est fixé à l'extrémité de la tige. Selon une caractéristique additionnelle, l'âme comporte une extrémité taillée en pointe et l'extrémité de l'embout comporte un biseau dont l'angle est égal à celui de la pointe de l'âme. - 2' Selon une autre caractéristique, l'âme est fixée sur la tige avec une goupille demi-lune. Selon une autre caractéristique, la poignée est solidaire de l'âme amovible et ces derniers sont rendus solidaires au tube creux par exemple par une goupille demi5 lune ou par filetage. L'invention concerne aussi une pièce d'adaptation pour sonde de déminage selon l'invention, comportant un premier raccord apte à permettre la fixation de la pièce d'adaptation sur l'une des extrémités de la tige de la sonde de déminage ou de la poignée, un premier alésage aboutissant d'une part au niveau du premier 10 embout et d'autre part au niveau de la périphérie de la pièce et un deuxième alésage aboutissant d'une part au niveau du premier embout et d'autre part au niveau de la périphérie de la pièce. Selon une caractéristique particulière le premier alésage est rectiligne tandis que le deuxième alésage forme un coude, le premier débouchant dans le coude du second. Selon une autre caractéristique, le deuxième alésage comporte les éléments femelles d'un raccord rapide. L'invention concerne aussi une sonde de déminage selon l'invention à laquelle ont été retirées l'âme et la poignée et sur laquelle est fixée une pièce d'adaptation selon l'invention. Selon une caractéristique particulière, le deuxième alésage est connecté à une alimentation en au moins un fluide, par exemple un gaz ou un liquide acide, et au moins une fibre optique est disposée à l'intérieur de la tige et du premier alésage de la pièce d'adaptation. Selon une caractéristique préférentielle permettant de simplifier 25 considérablement l'invention et de la rendre transportable par une seule personne, le gaz est constitué par un gaz oxydant, tel par exemple de l'oxygène pur ou de l'air comprimé. Selon une autre caractéristique, au moins deux fibres optiques sont disposées à l'intérieur de la tige et du premier alésage. Selon une caractéristique additionnelle, lesdites au moins deux fibres optiques s'étendent au-delà dudit premier alésage et l'une d'entre elle est disposée à proximité d'un générateur de lumière, par exemple un générateur laser tel par exemple des diodes laser et/ou un générateur de lumière blanche tel un halogène, tandis que l'autre est relié à des moyens d'analyse du spectre réfléchi par un objet disposé à l'extrémité libre de la tige, ces moyens pouvant être constitués par un spectrophotomètre. Selon une caractéristique particulière, la puissance du rayonnement laser émis est inférieur à 50 Watt et/ou ce spectrophotomètre consiste en un dispositif de mesure du spectre optique visible proche infrarouge. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 présente un schéma d'une sonde de déminage selon l'état de la technique. - Les figures 2a et 2b présentent une sonde mécanique de déminage selon un mode de réalisation de l'invention, - La figure 3a, 3b et 3 c et 3d présentent la sonde mécanique de déminage ainsi que des détails de cette dernière selon ledit mode de réalisation de l'invention et dans une configuration de sonde optique, - La figure 4 présente des exemples de réflectivité spectrale de différents matériaux de couleur verte constitutifs de l'enveloppe d'une mine ainsi que de l'herbe. Comme le montre la figure 1, les sondes de déminage actuellement utilisées comportent une poignée 1 et une tige cylindrique 2 terminé par une pointe 3. Dans le cadre de l'invention, une sonde de déminage! comme montrée sur les 20 figures 2a, comporte des éléments d'apparence similaire à ceux d'une sonde selon l'état de la technique avec toutefois les modifications suivantes. La tige 4 est constitué d'un tube creux métallique 5, d'un embout 5a disposé à l'extrémité du tube creux 5 opposée à la poignée et d'une âme 6 amovible. L'extrémité opposée à la poignée de l'embout 5a et de l'âme 6 sont biseautées de façon complémentaire et 25 forment ainsi une pointe lorsqu'ils sont positionnés correctement l'un par rapport à l'autre. Ce dernier positionnement est obtenu à l'aide d'une goupille demi-lune 23 insérée au niveau d'une gorge pratiquée dans le tube creux 5 et l'âme 6. La poignée 1 est solidaire de l'âme 6. Ainsi le retrait de la goupille demi-lune permet de retirer l'âme 6 et la poignée par translation du côté opposé à celui de 30 l'embout 5a. Les figures 3a à 3e présentent la sonde de déminage selon l'invention dans une configuration de détection, reconnaissance et/ou destruction d'un objet tel une mine ainsi que des détails de cette dernière. Cette sonde comporte le tube creux métallique sur l'extrémité opposée à l'embout duquel est fixée une pièce d'adaptation 7 par l'intermédiaire d'un raccord rapide 8 pour tuyau flexible. Cette pièce d'adaptation 7 comporte un premier alésage rectiligne 9 5 aboutissant d'une part au niveau du raccord rapide 8 et d'autre part à la périphérie de la pièce 7 et un deuxième alésage 10 aboutissant d'une part au niveau du raccord rapide 8 et d'autre part au niveau à la périphérie de la pièce 7. Ce deuxième alésage comporte un coude 11 de sorte que les deux alésages forment entre eux, à la périphérie de la pièce 7, un angle de 2t/2 Rd. Il comporte aussi des éléments io femelles 12 d'un raccord rapide situés à la périphérie de la pièce 7 et destinés à être raccordés à un dispositif d'alimentation en gaz comportant, dans cette variante de réalisation une bouteille d'oxygène sous pression 13, une bouteille d'azote 14 sous pression, deux détendeurs 15 et deux robinets d'arrêt 16. Un petit tuyau souple 32 est placé dans le tube pour éventuellement recueillir les gaz et vapeurs émises par 15 l'objet pour leur analyse chimique avec des moyens d'analyse chimique de gaz comme, par exemple, un spectromètre de masse. Par ailleurs, une gaine 17 est disposée à l'intérieur du tube creux 5 et du premier alésage 9 et s'étend d'une part au-delà de la pièce d'adaptation 7 et d'autre 20 part jusqu'à l'extrémité de l'embout 5a. A l'intérieur de cette gaine 17 et sur toute sa longueur ainsi qu'au-delà du côté de la pièce d'adaptation 7, sont disposées deux fibres optiques 30,31 dont l'une est reliée à un dispositif 19 de génération de rayonnements tandis que l'autre est connectée à un spectrophotomètre 20. Dans cet exemple de réalisation, deux capillaires 32,33 sont aussi introduits dans la gaine 17, 25 l'un destiné à l'injection d'un liquide acide apte à attaquer une enveloppe métallique et l'autre à prélever des gaz lors de la destruction de la mine à l'aide d'un rayonnement laser. Le dispositif de génération de rayonnements 19 comporte d'une part des moyens de génération d'une lumière blanche et d'autre part des moyens de 30 génération d'un faisceau laser composé de diodes laser. Des pièces 21, 22 de centrage et de positionnement de la gaine 17 présentant de larges ouvertures longitudinales et dont le diamètre est sensiblement égal à celui de l'intérieur du tube creux métallique 5, sont fixées à la gaine. Cette dernière est donc insérée à l'intérieur du tube creux 5 en même temps que les pièces de centrage 2852387 et de positionnement 21,22 ce qui lui assure un positionnement radial et longitudinal correct, et assure donc, en même temps, un positionnement correct des fibres optiques 30,31 et des capillaires 32,33. Le déminage d'un champ de mines, utilisant une sonde selon le mode de réalisation décrit, peut comporter les étapes suivantes. Dans un premier temps, l'âme 6 est positionnée à l'intérieur du tube creux 5 à l'aide de la poignée 1 qui lui est solidaire. Lorsque l'âme 6 est positionnée correctement, c'est-à-dire lorsque la poignée 1 entre en contact avec la tige 4, la 10 goupille demi-lune 23 est positionnée au niveau des gorges présentes sur le tube creux 5 et sur l'âme 6 afin de les rendre solidaires. L'opérateur peut alors sonder le champ de mine. Lorsqu'un objet suspect est détecté, l'âme 6 est retirée en laissant en place le tube creux métallique 5 de la tige 4. Afin de déterminer la nature dudit objet, par exemple un caillou ou une mine à enveloppe métallique ou organique, un 15 dispositif de mesure du spectre optique visible proche infrarouge par réflexion est, en partie, introduit dans le tube creux métallique 5. Pour cela, la gaine 17, contenant les deux fibres optiques 30,31, ainsi que les pièces de centrage et de positionnement 21,22 qui lui sont associées, sont introduites dans le tube creux. Ensuite l'extrémité libre de la gaine 17 est introduite dans le premier alésage 9 de la pièce d'adaptation 20 7 qui est alors fixée sur le tube creux 5, puis les fibres optiques 30,31, qu'elle renferme, sont connectées l'une au dispositif de génération de rayonnements et l'autre à un spectrophotomètre portable. Le dispositif de génération de rayonnements est mis en fonctionnement de façon à générer une lumière blanche, à partir par exemple d'une lampe halogène, 25 tandis que le spectrophotomètre analyse le spectre optique de réflexion de l'objet dans le visible proche infrarouge. La mesure du spectre optique de réflexion de l'objet permet alors au minimum de discriminé les objets minéraux des objets organiques et au mieux après analyse fine de reconnaître la courbe de réflexion d'une mine à partir d'une base de données réalisée à partir des courbes de spectre 30 optique de réflexion des matériaux utilisés pour la construction de l'enveloppe des mines. A titre d'exemple la figure 4 représente, pour toute une gamme de longueur d'onde, d'une part le spectre optique de réflectivité relative de l'herbe SI et, d'autre part, le spectre optique de différentes mines de couleur verte, respectivement S2 à S6. Cette étape se déroule sous injection d'un gaz de couverture afin d'éviter que 6' des poussières ou graviers recouvre l'objet et ainsi le masque. Une des fibres sert ici à l'éclairage de l'objet à l'aide d'une lampe halogène et après connexion au laser sert ensuite à l'irradiation de l'objet soit pour analyse par fluorescence optique soit pour sa destruction. Le système de réflectométrie ayant été déconnecté ou pas (possibilité 5 de suivi de réaction durant la destruction laser) la fibre optique principale est connectée au système laser alimenté par batterie (laser de 10 à 20 W de puissance optique et la sonde est alimenté en gaz oxydant, en l'occurrence de l'oxygène pur. L'opérateur peut alors déclencher le tir laser. En présence de gaz oxydant, l'irradiation laser initie une combustion de l'objet, combustion qui est maîtrisée en 10 contrôlant la concentration en oxygène du gaz de couverture. L'analyse des gaz prélevés par le capillaire 33 permet de suivre l'évolution de cette combustion. Lorsque le détonateur de la mine est chauffé, il détone mais en présence d'une charge fortement réduite limitant ainsi les dégâts occasionnés. L'embout de cette sonde optique est de type consommable et la nature même 15 des fibres utilisées est optimisée afin de réduire les coûts. Les premiers essais réalisés sur PVC enterré ont permis de valider ce processus de combustion d'un objet organique enterré après mise en place de la sonde. Le perçage d'une enveloppe de plusieurs millimètres d'épaisseur peut être réalisé par irradiation laser sous gaz à faible concentration en oxygène afin d'accéder à l'explosif contenu. Ce 20 dernier est ensuite vaporisé et éventuellement analysé par spectrométrie de masse en phase gazeuse (système portable connu et utilisé pour détecter les vapeurs d'explosif). La spectrométrie optique de réflexion IR peut également être utilisée, des fibres optiques infrarouge de 2 à 6 pm o des fibres à plus large bande de transmission (3 à 30 pm sachant qu'un spectre IR de 2 à 15 prm est considéré 25 comme un moyen d'analyse chimique caractéristique). Ce type de fibre peut bien évidemment être introduit dans une sonde optique selon l'invention. Le principal avantage de l'invention est d'améliorer la méthode de travail du démineur, celle-ci étant accessible à un démineur n'ayant pas effectuer une formation scientifique pointue. Elle limite fortement les problèmes connexes liés aux 30 charges de pétardage (transport, sécurisation, risque de détournement) puisqu'elle n'implique aucun explosif rapporté. L'ensemble des éléments utilisés étant facilement transportable, elle peut être optimisée sous forme de station de déminage non motorisée et portable dont le prix 7' de revient est faible. Au vu des premiers essais réalisés, une même sonde peut être utilisée de nombreuses fois, ce qui limite le prix unitaire de l'opération. Un autre avantage notable de cette solution réside dans l'accélération de l'opération de déminage, l'objet suspect étant localisé, le démineur peut l'analyser 5 par réflectométrie optique en quelques minutes sans avoir besoin d'évacuer les autres démineurs à distance de sécurité ni de prendre lui-même de risque. Des essais ont été réalisés lors desquels la sonde précédemment décrite a été utilisée d'abord comme sonde mécanique de déminage puis comme sonde de reconnaissance et de neutralisation ou destruction d'une pseudo-mine en 1o l'occurrence des blocs cylindrique de PVC (I: 40 mm; h: 55; e: 5mm) enterrés sous dix centimètres de sable. Le choix du sable comme milieu d'essai se justifie par la forte probabilité de rencontrer des problèmes liés à d'éventuels retours de sables pouvant endommager la sonde. En ce qui concerne la phase de détection mécanique par sondage manuel (ou motorisé), le corps de la sonde est muni de l'âme métallique 6 formant une pointe 3 en continuité avec l'embout 5a, de sorte qu'elle peut être utilisée comme une pointe de sonde de démineur. Une fois l'objet suspect localisé, cette âme dure 6 est retirée en laissant en 20 place le tube creux métallique 5 au contact de l'objet. La gaine 17, contenant les fibres optiques et les capillaires, est placée à l'intérieur du tube métallique 5 et de la pièce d'adaptation 7 comme décrit précédemment. L'étanchéité, au niveau de l'alésage 9 et de la gorge pratiquée dans le tube est réalisée avec tout moyen adéquat 24, 25 tel par exemple que des bouchons ou de l'adhésif. Le raccord 12 est 25 connecté à un tuyau d'alimentation. Durant cette opération, le gaz, sous une pression d'environ 3 bars, est présent afin de chasser d'éventuelles poussières introduites lors du retrait de la pointe métallique. Le laser peut alors être allumé et le comportement de la cible observé. Les blocs de PVC enterrées sous dix centimètres de sable ont 30 successivement été irradiés après avoir placé la sonde leur contact. Les conditions d'irradiations utilisées sont pour une puissance transmise par la fibre de 10 W (20 W à l'injection) et pour des durées d'irradiations de 40 secondes (première cible) puis de 30 secondes (seconde cibles) sous forme d'un puise unique. Dès l'ouverture du robinet d'arrêt du gaz de couverture, le sable a été mis en mouvement au-dessus de l'embout 5a de la sonde, phénomène comparable à celui utilisé dans les " lits fluidisés ". Après quelques secondes d'irradiation des fumées noires de pyrolyse du PVC ont été émises à la surface du sable. Le cendres émises 5 dans cette fumée sont rapidement devenues incandescentes sous l'action d'un emballement de la combustion du PVC. Cet emballement de la combustion s'est poursuivi au point d'obtenir un phénomène similaire à une mini éruption volcanique projetant de nombreux fragments et grains de sable incandescents par un trou à la surface du sable. A l'arrêt de l'alimentation en oxygène, la combustion du PVC résiduel s'arrête rapidement. Toutefois, de part la forte température de combustion atteinte au niveau de la cible enterrée, le sable formant en quelque sorte un four thermiquement isolant, pratiquement tout le PVC, matériau connu pour être fortement ignifuge même à l'air 15 libre, a pu être brûlé sous le sable après quelques secondes d'irradiation et quelques minutes de combustion. Revendications 1. Sonde de déminage comportant une poignée (1) prolongée par une tige (4) se terminant par une pointe (3), caractérisée en ce que la tige (4) comporte une âme amovible (6) sur toute sa longueur. 2. Sonde de déminage selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'âme amovible comporte tout ou partie de ladite pointe à l'une de ses extrémités. 3. Sonde de déminage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'un embout (5a) est fixé à l'extrémité de la tige (4) . 4. Sonde de déminage selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'âme 10 (6) comporte une extrémité taillée en pointe et l'extrémité de l'embout (5a) comporte un biseau dont l'angle est égal à celui de la pointe de l'âme. 5. Sonde de déminage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la tige (4) comporte un tube (5) à l'intérieur duquel est disposée l'âme amovible (6). 6. Sonde de déminage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'âme est fixée sur le tube (5) avec une goupille demi-lune. 7. Sonde de déminage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la poignée (1) est solidaire de l'âme amovible (6). 8. Sonde de déminage selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'âme et la poignée sont rendus solidaires du tube creux par une goupille ou par filetage. 9. Pièce d'adaptation pour sonde de déminage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comportant des premiers moyens (8) aptes à 25 permettre la fixation de cette pièce sur l'une des extrémités de la tige (4) de la sonde de déminage, un premier alésage (9) aboutissant d'une part au niveau de ladite extrémité de la tige et d'autre part au niveau de la périphérie de cette pièce et un deuxième alésage (10) aboutissant d'une part au niveau de ladite extrémité de la tige et d'autre part au niveau de la 30 périphérie de cette pièce. 10. Pièce d'adaptation selon la revendication 9, caractérisée en ce que le premier alésage (9) est rectiligne tandis que le deuxième alésage (10) forme un coude (11), le premier (9) débouchant dans le coude (11) du second alésage (10). 2852387 11.Pièce d'adaptation selon l'une quelconque des revendications 9 et 10, caractérisée en ce que le deuxième alésage comporte les éléments femelles d'un raccord rapide. 12.Sonde de déminage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, 5 caractérisée en ce que l'âme (6) est remplacée par au moins deux fibres optiques dont l'une est connectée à un dispositif (26) de génération d'une lumière blanche tandis que la deuxième est connectée à spectrophotomètre. 13.Sonde de déminage selon la revendication 12, caractérisée en ce que le 10 spectrophotomètre est apte à mesurer un spectre optique visible proche infrarouge et infrarouge. 14.Sonde de déminage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que l'âme (6) est remplacée par au moins une fibre optique connectée à un dispositif (26) de génération d'un rayonnement 15 laser et en ce qu'il comporte des moyens d'alimentation en gaz oxydant de l'intérieur de la tige et de liquide acide permettant de percer des enveloppes de mines métalliques. 15. Sonde selon la revendication 14, caractérisée en ce que le dispositif (26) de génération d'un rayonnement laser est constitué de diodes laser. 16.Sonde de déminage selon l'une quelconque des revendications 14 et 15, caractérisée en ce que la puissance du rayonnement laser est inférieur à Watt. 17. Sonde selon l'une quelconque des revendications 12 à 16, caractérisée en ce qu'elle comporte une pièce d'adaptation selon l'une quelconque des 25 revendications 9 à 11. 18.Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisée en ce qu'elle comporte un petit tuyau souple relié à des moyens d'analyse chimique de gaz.