Brevet FR2887543A1 — publié le 20061229

COMPOSITION DU RDX ET PROCÉDÉ POUR SA FABRICATION ETAT DE L'ART La présente invention concerne en général des explosifs et des procédés pour fabriquer de tels explosifs. L'explosif hexahydro-1,3,5-trinitro-s-triazine est souvent dénommé RDX. Deux procédés ont été utilisés commercialement pour fabriquer du RDX. Le premier est une nitratation directe, qui produit du RDX de type A. Dans ce procédé, l'hexaméthylènetétramine réagit avec de l'acide nitrique à 30 C ou moins. La méthode par nitratation directe n'est pas couramment utilisée aujourd'hui pour des raisons économiques. Le second procédé, dénommé procédé Bachmann, est aujourd'hui la méthode la plus couramment utilisée pour fabriquer le RDX. Il produit du RDX de type B. Dans ce procédé, l'hexaméthylènetétramine réagit avec de l'acide nitrique en présence de nitrate d'ammonium et d'anhydride acétique. La principale différence entre les deux types de RDX est que le type A est essentiellement pur, alors que le type B est contaminé par du HMX. Cependant, pour des raisons pratiques, les deux procédés donnent du RDX ayant essentiellement la même utilité. Dans les deux procédés, le RDX brut est purifié et la morphologie des cristaux est modifiée par recristallisation. Le RDX est couramment fabriqué selon une grande variété de tailles de particules (qualités) allant de 25 microns à 600 microns de diamètre par recristallisation. Le RDX recristallisé peut également être broyé, par exemple dans une meule entraînée par un fluide, pour obtenir des particules plus fines comprises entre 2 et 25 microns de diamètre. Cependant, tout le RDX produit commercialement aujourd'hui est composé de cristaux orthorhombiques ayant une densité comprise entre 1,80 et 1,82 g/cm'. Cette forme de RDX a été dénommée polymorphe a, ou RDX(I). La densité cristalline exacte d'un lot donné de RDX est une fonction de la pureté (c'est-à-dire de la teneur en HMX) et de l'absence ou de la présence de défauts cristallins et d'inclusions. Un polymorphe R du RDX a été cité dans la littérature. La stabilité du (3RDX est inconnue et aucune mesure des propriétés physiques ou de la sensibilité n'a été reportée, hormis le fait que la morphologie des cristaux est dendritique. Le RDX est un matériau explosif et, par conséquent, est utilisé dans une variété d'applications dans lesquelles des explosions contrôlées sont utiles. Dans ces applications, il est nécessaire de déclencher la détonation du RDX, et naturellement, il est important de le faire de manière sûre. Un détonateur à percuteur est un dispositif qui offre un niveau relativement élevé de sécurité de mise à feu. Les détonateurs à percuteur fonctionnent par décharge rapide d'une tension à travers un circuit à faible inductance. Le circuit comprend un éclateur à haute tension (typiquement 500 3500 volts), un condensateur à haute tension et faible inductance (typiquement 500 3500 volts et 0,1 0,2 IaF) et un pont à initiateur à feuille explosive (IFE). L'inductance de l'ensemble du circuit est typiquement de 20-50 nH, et parfois moins (1-20 nH). La décharge d'un tel circuit donne naissance à un courant de plusieurs milliers d'ampères qui traverse le pont à IFE, lequel cause à son tour l'explosion du pont à IFE. L'explosion du pont accélère alors un éclat de polymère (typiquement un film de polyamide mince) à travers un petit espace, où il heurte un granulé d'un explosif secondaire, provoquant la détonation de l'explosif secondaire. De nombreux explosifs ont été mis à feu en laboratoire par des détonateurs à percuteur, tels HNS, PETN, CL-20, TNT, RDX, HMX et différentes formulations fabriquées à partir de tels explosifs. Cependant, de tels systèmes initiateurs de laboratoire fonctionnent typiquement à des tensions élevées avec de gros condensateurs et des énergies de décharge de 250 mJ à 1225 mJ. De tels systèmes sont en général inutilisables en dehors du laboratoire. Pour être utile à l'extérieur du laboratoire, l'expérience a montré qu'il est souhaitable de réduire de manière significative la tension de mise à feu et la taille du condensateur (énergie de mise à feu) du circuit. Bien que cela puisse être réalisé dans une certaine mesure en concevant le circuit électrique de mise à feu de manière à ce qu'il soit plus efficace, en fin de compte l'énergie de mise à feu minimale est contrôlée par la sensibilité de l'explosif. La technologie actuelle correspond à l'initiateur à feuille à faible énergie (IFFE). Ces dispositifs fonctionnent typiquement avec des énergies de mise à feu inférieures à mJ. À cette fin, les explosifs qui ont été mis au point ont des particules de faible taille à surface active élevée, telles que HNSIV, PETN et CL-20, qui peuvent être mis à feu avec moins de 100 mJ. Cependant, chacun de ces explosifs présente de sérieux problèmes. HNS-IV est difficile à fabriquer et purifier, et est par conséquent onéreux. PETN a une excellente sensibilité et un prix acceptable, mais affiche une stabilité thermique marginale pour les applications en dehors du laboratoire. CL-20 est onéreux et ne peut pas être recristallisé en particules de très petite taille. Il est par conséquent juste suffisamment sensible pour une application à IFFE. Il existe un besoin pour de nouveaux matériaux explosifs qui peuvent être mis à l 0 feu par des dispositifs à IFFE, et qui résolvent au moins certains des problèmes décrits ci- dessus. SOMMAIRE DE L'INVENTION Un aspect de la présente invention est un procédé pour fabriquer un explosif. Le procédé comprend la dissolution de RDX dans un volume d'un premier solvant pour former une première solution, et l'addition d'un second solvant à la première solution. Le second solvant est miscible avec le premier solvant, mais RDX est soluble dans le second solvant à raison de pas plus de 1 g de RDX/100 g du second solvant. Les cristaux de RDX sont précipités et peuvent être récupérés. Un autre aspect de l'invention est un explosif préparé par le procédé cidessus. L'explosif comprend principalement du RDX, mais peut également contenir de plus petites quantités d'autres matériaux tels que du HMX. Un autre aspect de l'invention est que les cristaux de RDX ont une densité cristalline inférieure à 1,80 g/cm3. DESCRIPTION SOMMAIRE DES DESSINS La Figure l est une illustration agrandie de particules de RDX de type B. La Figure 2 est une illustration agrandie des particules de RDX de la présente invention. La Figure 3 est un diagramme schématique d'un système de perforation de la présente invention. DESCRIPTION DES RÉALISATIONS DONNÉES À TITRE D'ILLUSTRATION :5 La présente invention concerne une nouvelle forme de RDX qui peut être utilisée dans la perforation d'un tubage de puits, entre autres applications. La production de la nouvelle forme de RDX commence avec un composition particulaire de RDX. Cette composition de départ contient principalement du RDX (par exemple, au moins environ 90 % en poids de RDX sur une base de solides secs, et dans certaines réalisations, au moins environ 99 % en poids de RDX), mais elle peut également contenir de plus petites quantités d'autres substances explosives ou non explosives, telles que du HMX. Le RDX de type B est un matériau de départ convenable. Le RDX est dissous dans un premier solvant pour former une première solution. Le RDX doit être soluble dans ce premier solvant à raison de plus de 1 g de RDX/100 g 1:5 de solvant. Dans différentes réalisations de l'invention, la solubilité du RDX dans le premier solvant est supérieure à 5 g/100 g, 10 g/100 g ou 25 g/100 g. (Toutes les solubilités de ce brevet sont données à température ambiante, sauf indication contraire.) La concentration de RDX dans la solution sera en général d'environ 1-50 % en poids, bien que des concentrations supérieures ou inférieures puissent être utilisées dans certaines situations. Le premier solvant sera typiquement un solvant organique, par exemple un solvant ayant environ 2-10 atomes de carbone. Les cétones sont un groupe de solvants convenables. Des exemples spécifiques de premiers solvants convenables comprennent l'acétone, le diméthylsulfoxyde et le diméthylformamide. Un second solvant est alors ajouté à la solution afin de causer une précipitation brusque des particules de RDX. Le second solvant est miscible avec le premier solvant, mais le RDX est beaucoup moins soluble dans le second solvant que dans le premier solvant. Dans différentes réalisations de l'invention, le RDX est soluble dans le second solvant à raison de pas plus de 1g de RDX/100 g du second solvant, ou dans certains cas, à raison de pas plus de 0,1 g/100 g. Des exemples convenables de seconds solvants comprennent l'eau et différentes solutions aqueuses diluées. Le second solvant peut être ajouté en excès par rapport au volume du premier solvant dans la solution. Par exemple, le second solvant peut être ajouté à raison d'un volume qui est environ 2-10 fois supérieur au volume du premier solvant. Une quantité encore plus importante du second solvant peut être utilisée, bien que ceci puisse être économiquement indésirable dans de nombreux cas. Par contraste, si la quantité du second solvant utilisé est trop faible, les cristaux produits n'auront pas les propriétés désirées et ne fonctionneront pas comme explosif à IFE. La solution peut être agitée pendant et/ou après l'addition du second solvant. L'addition du second solvant causera la précipitation des particules de RDX. Les particules peuvent être récupérées, par exemple par filtration, puis lavées et séchées. La composition finale du RDX peut être du RDX essentiellement pur, ou il peut contenir de plus petites quantités d'autres substances, telles que le HMX. Par contraste au RDX qui était commercialement disponible auparavant, le RDX a une densité cristalline inférieure à 1,80 g/cm3. Dans certains cas, le RDX a une densité cristalline d'environ 1,65-1,73 g/cm3. Dans certaines réalisations de l'invention, le RDX a une surface active supérieure à environ 1,15 m2/g. La détonation du RDX produit par le procédé décrit ci-dessus peut en général être déclenchée avec moins d'énergie que celle qui est requise pour mettre à feu les compositions de RDX connues auparavant. Dans certaines réalisations de l'invention, la détonation du RDX peut être déclenchée avec moins d'environ 100 mJ, ou dans certains cas, moins d'environ 75 mJ. La Figure 1 illustre un échantillon de RDX de type B à un grossissement de 100x, alors que la Figure 2 illustre un échantillon du RDX de la présente invention à un grossissement de 790x. La composition du RDX de la présente invention peut être utilisée dans une variété d'applications. Par exemple, elle peut être utilisée pour la perforation du tubage des puits souterrains, l'exploitation minière, l'abattage à l'explosif utilisé en construction et bien d'autres applications qui sont bien connues dans l'industrie des explosifs. La Figure 3 est une vue schématique de l'utilisation de la composition de RDX pour perforer un tubage de puits. Un puits 10 a été foré à partir de la surface de la terre dans une formation souterraine 12. Le puits a été recouvert avec un tubage 14, qui revêt en général la forme d'un tube cylindrique. À une certaine profondeur ou à certaines profondeurs dans le puits, la formation avoisinante 12 contient du pétrole et/ou du gaz. Pour que le pétrole et/ou le gaz puisse passer de la formation dans le puits et remonter jusqu'à la surface, il est nécessaire de perforer le tubage. Ceci peut être effectué avec un :5 perforateur 16, qui peut être descendu dans le puits à la profondeur souhaitée sur un câble métallique 18 ou en utilisant d'autres moyens qui sont connus dans l'industrie pétrolière. Le perforateur 16 comprend une pluralité de charges creuses 20, chacune contenant un matériau explosif. Ce matériau explosif peut être le RDX produit comme décrit ci-dessus, seul ou en combinaison avec d'autres matériaux qui sont convenables pour utilisation dans une composition explosive. La détonation du matériau explosif dans la charge creuse 20 peut être déclenchée par un initiateur à feuille à faible énergie 22. Quand un signal électrique est envoyé par l'intermédiaire d'une ligne de contrôle depuis un dispositif de contrôle en surface (non illustré à la Fig. 3), l'initiateur 22 cause la détonation de la charge creuse 20. La force explosive de la charge creuse 20 est dirigée principalement horizontalement vers la gauche à la Fig. 3, de manière telle qu'une perforation est formée dans le tubage, permettant au pétrole et au gaz dans la formation de s'écouler dans le puits. Il convient de comprendre que la disposition illustrée à la Fig. 3 est uniquement un exemple de la manière dont le RDX de la présente invention pourrait être utilisé dans la perforation d'un tubage de puits. Des réalisations spécifiques de la présente invention peuvent être mieux comprises à partir de l'exemple suivant. Exemple 1 2:5 Des cristaux de RDX ont été préparés par précipitation brusque. Du RDX de type B a été dissous dans de l'acétone pour donner une solution à 10 % en poids. Un excès important d'eau déionisée a été ajouté à cette solution avec agitation vigoureuse pour précipiter du RDX en fines particules. Les cristaux de RDX précipités ont été filtrés du liquide et lavés. Le RDX résultant a été séché à 50-55 C pendant la nuit dans un four. La surface BET mesurée du RDX précipité était supérieure à 1,2 m2/g. Lorsqu'il ont été examinés au microscope optique, les cristaux de RDX sont apparus être polycristallins et orthorhombiques. Cependant, quand la densité cristalline du RDX obtenu par précipitation brusque a été vérifiée avec un pyconomètre à hélium, la densité cristalline a été déterminée être de 1,69 g/cm3, valeur très différente du matériau de départ (environ 1,80-1,82 g/cm3). Les cristaux de RDX ont été mis à feu avec succès dans un initiateur à feuille explosive à faible énergie (IFFE) à 72 mJ (1300 volts, 0,085 F). La description précédente n'est pas conçue pour être une liste exhaustive de chaque réalisation possible de la présente invention. Les personnes versées dans l'art comprendront que des modifications peuvent être apportées aux réalisations décrites ci- dessus sans s'écarter de l'étendue des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Procédé pour fabriquer un explosif, comprenant: la dissolution de RDX dans un volume d'un premier solvant pour former une première solution; l'addition d'un second solvant à la première solution, caractérisée en ce que le second solvant est miscible avec le premier solvant, et caractérisée en ce que le RDX est soluble dans le second solvant à raison de pas plus de 1 g de RDX/100 g du second solvant; et la récupération des cristaux de RDX précipités. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le RDX est soluble dans le premier solvant à raison de plus de 5 g de RDX/100 g du premier solvant. 3. Procédé de la revendication 1, caractérisé en ce que le premier solvant est un solvant organique ayant environ 2-10 atomes de carbone. 4. Procédé de la revendication 1, caractérisé en ce que le premier solvant est l'acétone, le diméthylsulfoxyde ou le diméthylformamide. 5. Procédé de la revendication 1, caractérisé en ce que le second solvant est l'eau. 6. Procédé de la revendication 1, caractérisé en ce que le second solvant est ajouté à raison d'un volume qui est environ 2-10 fois le volume du premier solvant. 7. Procédé de la revendication 1, caractérisé en ce que les cristaux de RDX récupérés ont une densité cristalline inférieure à 1,80 g/cm3. 8. Procédé de la revendication 7, caractérisé en ce que les cristaux de RDX récupérés ont une surface active supérieure à environ 1, 15 m2/g. 9. Explosif préparé par un procédé comprenant: la dissolution de RDX dans un volume d'un premier solvant pour former une première solution; l'addition d'un second solvant à la première solution, caractérisée en ce que le second solvant. est miscible avec le premier solvant, et caractérisée en ce que le RDX est soluble dans le second solvant à raison de pas plus de 1 g de RDX/100 g du second solvant; et la récupération des cristaux de RDX précipités. 10. Explosif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le RDX est soluble dans le premier solvant à raison de plus de 5 g de RDX/100 g du premier solvant. 11. Explosif de la revendication 9, caractérisé en ce que le premier solvant est un solvant organique ayant environ 2-10 atomes de carbone. 12. Explosif de la revendication 9, caractérisé en ce que le premier solvant est l'acétone, le diméthylsulfoxyde ou le diméthylformamide. 13. Explosif de la revendication 9, caractérisé en ce que le second solvant est l'eau. 14. Explosif de la revendication 9, caractérisé en ce que le second solvant est ajouté à raison d'un volume qui est environ 2-10 fois le volume du premier solvant. 15. Explosif de la revendication 9, caractérisé en ce que les cristaux de RDX récupérés ont une densité cristalline inférieure à 1,80 g/cm3. 16. Explosif de la revendication 15, caractérisé en ce que les cristaux de RDX récupérés ont une surface active supérieure à environ 1, 15 m2/g. 17. Explosif de la revendication 9, caractérisé en ce que la détonation des cristaux de RDX peut être déclenchée avec moins d'environ 100 mJ.