Brevet FR2877720A1 — publié le 20060512

La présente invention concerne un procédé de réalisation d'une interface électro-pyrotechnique entre un pont électrothermique et une composition primaire au sein d'un initiateur électro-pyrotechnique ainsi que l'initiateur obtenu par le procédé. Elle a des applications dans le domaine de la pyrotechnique dans lequel on provoque la mise à feu de charges (explosives, fusantes, incendiaires ou autres) par l'intermédiaire d'un signal électrique. Les initiateurs électro-pyrotechniques sont des dispositifs dont la fonction est de transformer un signal d'entrée de type électrique en un effet pyrotechnique. Ces dispositifs permettent de générer des effets de flamme, de particules incandescentes, de gaz ou autres; ces effets pouvant éventuellement être combinés selon les cas. Les initiateurs permettent par exemple l'amorçage des explosifs d'abattage dans le domaine industriel des mines carrières et travaux publics, l'allumage de générateurs de gaz pour la sécurité automobile (systèrnes de protection passive de type pré-tensionneurs de ceintures, enrouleurs pyrotechniques, coussins gonflables, etc. ), l'activation de pyromécanismes ou l'allumage de dispositifs de type missile ou fusée. Classiquement, les initiateurs électro-pyrotechniques comportent un pont électrothermique destiné à fournir de la chaleur (élévation de température) sous l'effet d'un courant électrique à une composition primaire qui, sous l'effet de la chaleur, est amenée à une réaction de décomposition combustive et/ou explosive. Le transfert de la chaleur entre le pont électrothermique et la composition primaire peut s'effectuer, selon les cas, par conduction ou convexion thermique. Le cas de la conduction thermique est bien connu et peut être modélisé selon le modèle dit de Rosenthal. On connaît ainsi des initiateurs dits à fil chaud qui sont des ponts électrothermiques de type filament métallique réalisés en général avec des alliages métalliques mais, parfois, avec un métal pur. D'autres initiateurs comportent des ponts électrothermiques à type de couches (films) ou feuillards pouvant être métalliques purs ou non (alliages), voire semi-conducteurs. On comprend que l'état de l'interface entre le pont électrothermique et la composition primaire peut influencer d'une manière importante les caractéristiques de l'initiateur, notamment en ce qui concerne les seuils de déclenchement (niveau d'énergie électrique entraînant la décomposition de la composition primaire), leur rapidité (vitesse de transfert de la chaleur du pont vers la composition), leur homogénéité (tous les initiateurs d'un lot ont sensiblement les mêmes caractéristiques). Traditionnellement, on peut distinguer deux grandes familles d'initiateurs en fonction du mode d'obtention de l'interface pyrotechnique entre le pont électrothermique et la composition primaire: les initiateurs de technologie dite comprimée par voie sèche et les initiateurs de technologie trempée ou goutte par voie humide . La technologie de type trempée ou goutte par voie humide présente certains avantages notamment en matière de sécurité de mise en oeuvre. Elle est maintenant bien connue et elle utilise généralement des compositions primaires à base de tri-nitrorésorcinate de plomb qui sont toutefois appelées à disparaître dans le futur du fait de la présence de plomb. Outre le fait que toutes les compositions primaires disponibles ne peuvent être mises sous une forme qui permette la mise en oeuvre de la technologie par voie humide, cette dernière n'est pas propice à l'obtention de seuils de réaction pyrotechnique optimisés tant en terme de vitesse de réaction (temps de transfert de l'effet thermique du pont électrothermique vers la composition primaire) que de reproductibilité (niveaux des variations normales prévisibles). Le principal avantage de la technologie comprimé par voie sèche est qu'elle permet une optimisation (minimisation) de la vitesse de transfert thermique entre le pont électrothermique chauffé sous l'effet du signal électrique de mise à feu et la composition primaire. En effet, la compression de la composition primaire permet d'obtenir une meilleure intimité (contact) de celle-ci avec le pont électrothermique. Toutefois, cette technique est plus contraignante du point de vue de la sécurité et elle ne peut pas utiliser une composition primaire qui a besoin de l'air pour que la décomposition se fasse de manière satisfaisante. La présente invention propose une méthode utilisable aussi bien avec une technique par voie humide ou voie sèche, quel que soit le type de pont électrothermique (fil, couche ou feuillard notamment) et qui permet d'améliorer le contact entre la composition primaire et le pont notamment afin d'améliorer les qualités de déclenchement/mise à feu (augmentation de la rapidité et amélioration de la reproductibilité) de l'initiateur. La méthode proposée peut être qualifiée de finition électrothermique d'interface pyroélectrique et elle consiste dans ses grandes lignes à mettre en oeuvre une composition primaire présentant des qualités thermoplastiques (se ramollissant et devenant plastique ou fluide sous l'effet d'une augmentation de la température) et à entraîner un échauffement du pont thermique de l'initiateur, sans toutefois que le pont thermique ne soit dégradé, de manière à réaliser temporairement ce ramollissement/plasticité/fluidité (ces termes étant ici équivalents) de la composition primaire au moins dans l'environnement proche du pont thermique tout en ne provoquant pas la réaction de décomposition de ladite composition (absence de mise à feu). La durée du maintien de l'échauffement du pont électrothermique est adaptée à l'importance du ramollissement obtenu par ledit échauffement afin que la composition primaire se réarrange autour du pont électrothermique et permette un contact intime et définitif de la composition primaire avec le pont électrothermique. De préférence, l'échauffement et/ou la composition est/sont tel/s que la composition devient fluide afin que la finition soit relativement courte dans le temps, une composition simplement ramollie ou plastifiée prenant plus de temps pour son réarrangement. On comprend qu'en dehors de cette finition, dans des conditions normales d'environnement, la composition est essentiellement solide. L'invention concerne donc un procédé de réalisation d'une interface électro-pyrotechnique entre un pont électrothermique et une composition primaire au sein d'un initiateur électropyrotechnique, l'initiateur étant destiné à produire un effet pyrotechnique lorsqu'une énergie électrique supérieure à un seuil d'énergie électrique de déclenchement est envoyée dans le pont électrothermique. Selon l'invention, on utilise une composition primaire qui présente des propriétés thermoplastiques, on assemble le pont électrothermique et la composition primaire à propriétés thermoplastiques au sein de l'initiateur et on envoie une énergie électrique de ramollissement dans le pont électrothermique qui provoque un chauffage et un rarnollissement de la composition primaire au moins dans sa partie au contact du pont électrothermique, l'énergie électrique de rarnollissement étant d'un niveau inférieur au seuil d'énergie électrique de déclenchement. Dans divers modes de mise en oeuvre de l'invention, les moyens suivants pouvant être utilisés seuls ou combinés selon toutes les possibilités techniquement envisageables, sont employés: - l'assemblage du pont électrotherrnique et de la 25 composition primaire est effectué par voie sèche en comprimant la composition à l'air ou sous atmosphère contrôlée, l'assemblage du pont électrotherrnique et de la composition primaire est effectué par voie humide par trempage ou réalisation de goutte à l'air ou sous atmosphère contrôlée, - le pont électrothermique est porté à une température telle que la composition primaire passe dans un état de ramollissement (= plasticité = fluidité) tout en étant à une température n'entraînant pas la dégradation dudit pont, - la composition primaire est dans un état de ramollissement (= plasticité = fluidité) pour une température approximativement supérieure ou égale à 150 , - la composition primaire à une température de mise à feu 5 approximativement supérieure à 300 et de préférence approximativement comprise entre 300 et 500 C, - le pont électrothermique est porté à une température comprise entre 150 et 250 , ledit pont étant réalisé pour supporter une telle température sans dégradation, - les propriétés thermoplastiques de la composition primaire sont obtenues par la mise en oeuvre d'un liant thermoplastique au sein de la composition, - on utilise un liant à base d'élastomère, - on utilise un liant à base de polybutadiène, - on utilise de préférence un liant fluoré, - on utilise un liant à base d'élastomère fluoré, - on utilise (par exemple) du VITON pour le liant, - en outre, lors de l'envoi de l'énergie électrique de ramollissement dans le pont électrothermique, on contrôle au moins un paramètre électrique dudit pont électrothermique qui est la résistance électrique, - lors de l'envoi de l'énergie électrique de ramollissement dans le pont électrothermique on estime la température dudit pont électrothermique par mesure de la résistance électrique dudit pont en fonction de l'énergie, au moins une première mesure préalable de résistance étant faite à un niveau d'énergie électrique réduit tel qu'il ne provoque pas d'élévation significative de la température dudit pont, l'énergie électrique de ramollissement correspond à un courant 30 continu, - l'énergie électrique de ramollissement correspond à un courant alternatif, - l'énergie électrique de ramollissement correspond à un courant alternatif basse fréquence d'environ 50Hz ou 60Hz ou de leurs 35 multiples jusqu'à trois fois, - l'énergie électrique de ramollissement correspond à un courant alternatif haute fréquence supérieure ou égale à 100KHz, - l'énergie électrique de ramollissement correspond à une combinaison d'un courant continu et alternatif, - le chauffage est progressif, (on augmente progressivement l'énergie dans le pont électrothermique) - pendant le chauffage on vibre l'initiateur, - lorsque l'assemblage du pont électrothermique et de la composition primaire est effectué par voie sèche, on comprime la composition tout en envoyant l'énergie électrique de ramollissement dans le pont électrothermique pour provoquer le chauffage et le ramollissement. L'invention concerne également un dispositif à type d'initiateur électropyrotechnique comportant une interface électro-pyrotechnique entre un pont électrothermique et une composition primaire, l'initiateur étant destiné à produire un effet pyrotechnique lorsqu'une énergie électrique supérieure à un seuil d'énergie électrique de déclenchement est envoyée dans le pont électrothermique. Selon le dispositif, la composition primaire présente des propriétés thermoplastiques et il est obtenu selon l'une ou plusieurs des caractéristiques précédentes. Le seuil d'énergie électrique de déclenchement peut être différent entre un même initiateur avant et après la mise en oeuvre du procédé puisque le contact fonctionnel entre le pont électrothermique et la composition primaire de l'interface est amélioré. On comprend donc que l'énergie électrique de ramollissement qui est envoyée est d'un niveau inférieur au seuil d'énergie électrique de déclenchement le plus bas, c'est-à-dire celui qui est normalement obtenu après la mise en oeuvre du procédé. De préférence, le procédé est mis en oeuvre lors de la fabrication de l'initiateur et on livre des initiateurs qui ont déjà subi le procédé de l'invention. On envisage cependant que le procédé soit mis en oeuvre sur le terrain avant l'utilisation (mise à feu). Dans ce dernier cas on envisage même de mettre la composition primaire dans un état de ramollissement juste avant la mise à feu (que le procédé ait ou non précédemment déjà été mis en oeuvre sur l'initiateur). On comprend que ces possibilités sur le terrain où généralement plusieurs initiateurs sont utilisés, nécessitent des conditions très particulières permettant d'agir précisément sur chacun des initiateurs, la mise en parallèle ou série sur une même ligne de commande de mise à feu rendant cette possibilité plus difficile. En outre, le procédé permet en une seule opération, en plus de l'amélioration de l'interface, un contrôle de la qualité du pont électrothermique car il est possible de mesurer les caractéristiques électriques, notamment la résistance électrique, du pont électrothermique pendant l'envoi de l'énergie de chauffage pour ramollissement de la composition primaire. La présente invention va maintenant être exemplifiée par la description qui suit, sans en être pour autant limitée, et en relation avec: la Figure 1 qui représente en coupe schématique un initiateur 20 venant d'être réalisé avant mise en oeuvre du procédé de l'invention, la Figure 2 qui représente en coupe schématique un initiateur dans lequel une énergie électrique de ramollissement est injectée, la Figure 3 qui représente en coupe schématique un initiateur obtenu après mise en oeuvre du procédé de l'invention. Dans le cas le plus classique de mise en oeuvre de l'invention, la composition primaire comporte généralement des grains de matériaux sensibles à la chaleur (ceux qui font une réaction) qui sont liés entreeux par au moins un liant. Les propriétés thermoplastiques de la composition primaire sont alors données par le liant qui présente de telles propriétés. L'invention, par un échauffement contrôlé et maîtrisé du pont et de la composition primaire voisine, permet d'obtenir la mise en contact intime et définitive (le ramollissement disparaît une fois que l'échauffement est supprimé et que la composition baisse en température) des grains avec le pont électrothermique. En d'autres termes, on applique à un Initiateur électropyrotechnique dont la composition primaire est à base de liant thermoplastique, un stimuli électrique calibré de sorte à obtenir localement au niveau de l'interface entre le pont électrothermique et la composition primaire, un échauffement suffisant, permettant d'assurer une mise en contact intime et définitive de la composition primaire avec le pont. Du fait de ce meilleur contact, les caractéristiques de mise à feu et leur reproductibilité sont améliorées, l'initiateur a moins de risque de voir ses caractéristiques évoluer suite à des chocs, manipulations, placement dans des environnements délétères (humidité notamment). Une telle méthode est possible dans le cas de compositions primaires contenant dans leur formulation une proportion de liant thermoplastique mais aussi dans le cas de compositions primaires intrinsèquement thermoplastiques. De nombreuses compositions pyrotechniques utilisées dans des applications de la pyrotechnie comportent des liants thermoplastiiques. A titre d'exemple on peut notamment signaler les liants fluorés comme le VITON . Dans le cas de compositions primaires ne contenant normalement pas de liant thermoplastique, il est généralement relativement aisé de modifier leur formulation de sorte à leur donner des propriétés thermoplastiques, notamment par utilisation d'un liant présentant de telles propriétés. Les liants sont préférentiellement mis en oeuvre dans la constitution des compositions pyrotechniques car ils assurent une cohésion entre les grains de la composition et permettent plus particulièrement d'éviter des écarts trop importants de stoechiométrie au sein de ces compositions. En l'absence de maîtrise des fluctuations de stoechiométrie des compositions pyrotechniques, on doit craindre des variations préjudiciables des caractéristiques de sensibilité (seuils de déclenchement) des initiateurs. Les liants ont donc, entre autres, pour fonction de contribuer à la maîtrise de la reproductibilité de la stoechiométrie au sein des compositions, d'autant plus que celles-ci peuvent être fabriquées et manipulées en vrac en quantités relativement importantes et donc mises en oeuvre dans des conditions parfois susceptibles de favoriser la migration et l'agrégation de certains des constituants entre eux. Les liants préférentiellement mis en oeuvre ont généralement une température de ramollissement relativement basse. Des élévations de température à de tels niveaux sont très faciles à atteindre et maîtriser de façon parfaitement reproductibles avec les ponts électrothermiques utilisés pour l'initiation électro-pyrotechnique et, cela, sans qu'ils ne subissent de dégradations. Ces ponts électrothermiques sont en effet utilisés pour la plupart depuis des décennies et on connaît assez précisément leur comportement électrothermique. Pour les ponts de type résistifs, on peut également simuler leur comportement avec le modèle de Rosenthal comme on l'a déjà indiqué. A titre d'exemple on peut provoquer un échauffement de la composition autour du pont électrothermique compris entre 150 et 250 , le seuil de déclenchement (mise à feu étant généralement supérieur à 300 ), cela correspondant à un courant de quelques centaines de mA (inférieur au seuil de courant de déclenchement!) pour un temps d'application de plusieurs dizaines à quelques centaines de ms (entre 100 et 200 ms par exemple). De préférence on choisit une intensité élevée et un temps d'application court plutôt qu'une intensité faible et un temps d'application prolongé afin d'obtenir effectivement une température permettant le ramollissement de la composition primaire. Ainsi, on évite d'endommager le pont électrothermique ou la composition primaire lors du processus de stimulation électrothermique de l'interface qui n'a pas besoin de se faire avec un échauffement trop important. Afin d'encore mieux expliciter l'invention on va maintenant détailler les Figures. Sur la Figure 1 on a représenté schématiquement en coupe un initiateur 1, la coupe passant par le pont électrothermique 2 symbolisé par une résistance disposée au sein d'une composition primaire 3 qui présente des propriétés thermoplastiques. Un tel initiateur aura pu être fabriqué par une technologie par voie humide ou sèche. Notons que les propriétés thermoplastiques auront pu éventuellement être mises en oeuvre lors de la fabrication Sur la Figure 2 on a représenté la mise en oeuvre du procédé de l'invention consistant à faire passer un courant produit par une source électrique 4 dans le pont électrothermique 2 d'une énergie électrique de ramollissement telle qu'un ramollissement 5 de la composition primaire 3 se produise dans l'environnement dudit pont. On laisse appliquée l'énergie électrique de ramollissement pendant un temps suffisant pour que la composition primaire se réarrange dans l'environnement et au contact du pont électrothermique. Sur la Figure 3 on a représenté le résultat final de la mise en oeuvre du procédé de l'invention sur l'initiateur après retour à des conditions de repos et de base. On note ainsi une zone remaniée 6 en relation avec le pont électrothermique et qui correspond sensiblement à la zone ayant précédemment subie le ramollissement. Enfin, comme on l'a indiqué pour les ponts électrothermiques dont la valeur de résistance varie avec la température, il est possible de déterminer la température du pont électrothermique en connaissant la courbe de variation de résistance du pont en fonction de la température. Dans les cas où la formule suivante donnant la résistivité p en fonction de la température t s'applique et en connaissant les valeurs des paramètres, on peut également déduire la température par résolution de p=po(1+at.) où a est le coefficient de température. Cette détermination de la température permet une mise en oeuvre sécurisée du procédé en augmentant progressivement l'énergie envoyée dans la boucle électrothermique jusqu'à une température de consigne correspondant au ramollissement souhaité pour la composition primaire. Les exemples qui ont été donnés sont indicatifs et on comprend que l'homme du métier peut réaliser l'invention selon de nombreuses autres variations sans sortir de la portée de la présente invention. 12 REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'une interface électro- pyrotechnique entre un pont électrothermique (2) et une composition primaire (3) au sein d'un initiateur (1) électropyrotechnique, l'initiateur étant destiné à produire un effet pyrotechnique lorsqu'une énergie électrique supérieure à un seuil d'énergie électrique de déclenchement est envoyée dans le pont électrothermique, caractérisé en ce qu'on utilise une composition primaire qui présente des propriétés thermoplastiques, on assemble le pont électrothermique et la composition primaire à propriétés thermoplastiques au sein de l'initiateur et en ce que l'on envoie une énergie électrique de ramollissement (4) dans le pont électrothermique qui provoque un chauffage et un ramollissement (5) de la composition primaire au 1moins dans sa partie au contact du pont électrothermique, l'énergie électrique de ramollissement étant d'un niveau inférieur au seuil d'énergie électrique de déclenchement. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'assemblage du pont électrothermique et de la composition primaire est effectué par voie sèche en comprimant la composition à l'air ou sous atmosphère contrôlée. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'assemblage du pont électrothermique et de la composition primaire est effectué par voie humide par trempage ou réalisation de goutte à l'air ou sous atmosphère contrôlée. 4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le pont électrothermique est porté à une température comprise entre 150 et 250 , ledit pont étant réalisé pour supporter une telle température sans dégradation et la composition primaire étant dans un état de ramollissement pour une température approximativement supérieure ou égale à 150 . 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les propriétés thermoplastiques de la composition primaire sont obtenues par la mise en oeuvre d'un liant thermoplastique au sein de la composition. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le 5 liant est à base d'élastomère fluoré ou non, notamment un liant à base de polybutadiène. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on utilise du VITON pour le liant. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'en outre, lors de l'envoi de l'énergie électrique de ramollissement dans le pont électrothermique, on contrôle au moins un paramètre électrique dudit pont électrothermique qui est la résistance électrique. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lors de l'envoi de l'énergie électrique de ramollissement dans le pont électrothermique on estime la température dudit pont électrothermique par mesure de la résistance électrique dudit pont en fonction de l'énergie, au moins une première mesure préalable de résistance étant faite à un niveau d'énergie électrique réduit tel qu'il ne provoque pas d'élévation significative de la température dudit pont. 10. Initiateur (1) électro-pyrotechnique comportant une interface électropyrotechnique entre un pont électrothermique (2) et une composition primaire (3), l'initiateur étant destiné à produire un effet pyrotechnique lorsqu'une énergie électrique supérieure à un seuil d'énergie électrique de déclenchement est envoyée dans le pont électrothermique, caractérisé en ce que la composition primaire assemblée au pont électrothermique au sein de l'initiateur pour former l'interface présente des propriétés thermoplastiques et que l'interface a subi un chauffage et un ramollissement au moins dans la partie de la composition primaire au contact du pont électrothermique par envoi d'une énergie électrique de ramollissement dans le pont électrothermique et selon le procédé de réalisation de l'une quelconque des revendications précédentes.