Brevet FR2914056A1 — publié le 20080926

Le domaine technique de l'invention est celui des initiateurs pyrotechniques pouvant être déclenchés à partir de l'énergie lumineuse. On connaît déjà des composants pyrotechniques utilisant 5 l'énergie lumineuse pour assurer l'initiation de la composition. L'initiation par voie optique présente de nombreux avantages. Le signal optique peut être véhiculé par des fibres optiques et il est insensible aux perturbations 10 électromagnétiques. La sécurité de tels initiateurs est donc optimale. Le brevet PR2692346 décrit un tel type d'initiateur comportant une alvéole renfermant une composition pyrotechnique et disposée à :L'extrémité d'une fibre optique. 15 Le brevet FR2669724 décrit par ailleurs un détonateur à initiation optique dans lequel l'énergie lumineuse provoque la vaporisation d'une couche métallique qui se trouve ainsi projetée sur une composition explosive. L'inconvénient des solutions connues est que le transfert 20 d'énergie lumineuse de la fibre à la composition pyrotechnique n'est pas optimal. En effet cette énergie se disperse dans le matériau de la fibre et ne parvient pas à assurer l'initiation. On est alors conduit à mettre en oeuvre des générateurs 25 optiques fournissant une énergie importante, par exemple des lasers de 1 à 3J. Pour réduire l'énergie nécessaire i1 a été également proposé de mettre en oeuvre une interface optique permettant de focaliser l'énergie lumineuse. Le brevet EP10673S décrit 30 ainsi un initiateur comportant un barreau en verre à gradient d'indice qui permet la focalisation du rayonnement fourni par la fibre. ne telles solutions sont complexes, coûteuses et encombrantes. Le barreau à gradient d'indice a ainsi une longueur de l'ordre de 5 mm qui s'ajoute à la longueur de la partie pyrotechnique de l'initiateur ainsi qu'à celle du connecteur pour la fibre optique. Pour améliorer le couplage énergétique il a aussi été proposé (par le brevet EP1742009) de doper la composition pyrotechnique à l'aide d'un matériau métallique. Une telle solution est associée à un barreau de focalisation et elle complique encore la réalisation de l'initiateur. L'invention a pour but de proposer un initiateur de structure simple et peu encombrante et permettant néanmoins d'assurer une fonction pyrotechnique à partir d'une source d'énergie lumineuse de puissance réduite, par exemple d'une diode laser de 1 à 10 watts. L'initiateur selon l'invention peut être conçu pour assurer une fonction d'inflammateur. L'initiateur selon l'invention peut par ailleurs être conçu pour assurer une fonction de détonateur. La structure de l'initiateur selon l'invention pourra comporter une partie commune permettant de réaliser au choix un inflammateur ou bien un détonateur. Cette structure permet ainsi d'optimiser la production des composants pyrotechniques en réduisant le nombre de pièces à mettre en oeuvre. Ainsi l'invention a pour objet un initiateur comportant au moins une composition pyrotechnique ou un explosif initiable à partir de l'énergie lumineuse transmise par une fibre optique, initiateur caractérisé en ce qu'il comprend une alvéole renfermant la composition pyrotechnique ou l'explosif et fixée de façon étanche à l'extrémité d'un connecteur recevant la fibre optique, cette dernière comportant une partie avant dénudée et scellée dans une bague intermédiaire fixée au connecteur ou monobloc avec celui ci, l'extrémité de la partie avant de la fibre se trouvant directement en contact avec la composition pyrotechnique ou l'explosif. La bague intermédiaire pourra être réalisée en céramique ou en matériau métallique. La partie avant de la fibre optique aura de préférence un diamètre compris entre 50 et 150 micromètres_ L'alvéole sera de préférence soudée sur l'extrémité du connecteur. L'alvéole renfermera une composition pyrotechnique ou bien un explosif secondaire susceptible d'adopter un régime déflagrant. Selon un autre mode de réalisation, l'alvéole pourra être disposée dans un alésage d'un corps qui sera fixé à l'extrémité du connecteur, l'alésage renfermant par ailleurs 15 au moins un explosif secondaire récepteur qui est disposé à distance de l'alvéole. L'alvéole aura alors un fond défini de manière à se découper sous la pression des gaz générés par la composition pyrotechnique ou l'explosif secondaire. 20 Selon un autre mode de réalisation, l'alvéole pourra comporter un fond obturé par un paillet, une rondelle étant interposée entre le paillet et l'explosif secondaire récepteur. L'invention a également pour objet un procédé de 25 fabrication d'un initiateur, procédé caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes - dénudement d'une extrémité d'une fibre optique, - scellement de l'extrémité dénudée de la fibre dans une bague, 30 -fixation éventuelle de la bague à une extrémité d'un connecteur, -fixation étanche d'une alvéole renfermant une composition pyrotechnique ou un explosif à l'extrémité du connecteur l'extrémité de la partie avant de la fibre se trOUvant directement en contact avec la composition pyrotechnique ou l'explosif. Avantageusement, pour fabriquer un détonateur on placera l'alvéole dans l'alésage d'un corps renfermant au moins un explosif secondaire récepteur, le corps étant fixée à l'extrémité du connecteur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la de La bague intermédiaire 9 peut être une pièce céramique ou métallique et elle porte un perçage, au diamètre du coeur 7 de la fibre 4. Ce perçage est réalisé par exemple par usinage laser. Le scellement du cour 7 de la fibre 4 dans la bague 9 est 10 réalisé par un ajustement serré. Le montage est réalisé de telle sorte que l'extrémité du coeur 7 de la fibre 4 soit affleurante au niveau de la face avant 10 de la bague 9, ensuite l'ensemble de la face avant 10 est poli. On est ainsi assuré de pouvoir amener le cour 7 15 de la fibre 4 directement en contact avec la composition pyrotechnique 3. La bague 9 est fixée au connecteur 5 par un ajustement serré. Le connecteur 5 comporte par ailleurs une portée avant 11 20 cylindrique entourant la bague 9. Cette portée est réalisée au diamètre de l'alvéole 3. L'alvéole 3 est fixée de façon étanche au niveau de cette portée 11. La fixation sera par exemple réalisée par soudure laser de l'alvéole 3 sur la portée 11. 25 On voit que l'initiateur selon l'invention permet d'assurer un couplage optimal entre la fibre optique 4 et la composition pyrotechnique 2. Le cœur 7 de la fibre a un diamètre réduit (compris entre 50 et 150 micromètres). Il transmet l'énergie lumineuse d'une 30 façon concentrée sans déperdition ni réflexions parasites. Ce cœur 7 est également positionné d'une façon précise et fiable au contact de la composition 3 qui reçoit l'énergie transmise. La fixation étanche de l'alvéole 3 au connecteur 5 assure le confinement permettant le développement de la réaction pyrotechnique. Par ailleurs cette étanchéité assure la protection de la 5 composition pyrotechnique et donc garantit la tenue de l'initiateur lors des phases de stockage. Il n'est donc plus nécessaire de prévoir des moyens optiques intermédiaire permettant de concentrer le rayonnement lumineux. La structure de l'initiateur est donc ,0 simplifiée. Par ailleurs l'alvéole 3 est fixée d'une façon fiable sur un support métallique (le connecteur 5). On ne rencontre plus les aléas liés â un collage ou sertissage sur la fibre optique elle-même. L'étanchéité est donc assurée et le 15 fonctionnement est optimal. ta bague intermédiaire est par ailleurs réalisée en céramique, c'est à dire en un matériau rigide et ayant un fa_Lbl e coefficient de dilatation. Yl en résulte un positionnement stable du coeur de fibre 20 par rapport à la composition pyrotechnique quelles que soient les conditions d'emploi. Une telle caractéristique augmente la fiabilité de l'initiateur. A titre de variante on pourra réaliser la bague 9 en un matériau métallique. On pourra également réaliser un 25 connecteur 5 monobloc incorporant la bague 9. On pourra utiliser comme composition pyrotechnique une carrrdosition associant Zirconium et perchlorate de potassium. Une. telle composition est classique et il n'est pas nécessaire de la décrire plus en détails. On pourra utiliser 30 d'autres types de compositions pyrotechniques telles que . Bore / Nitrate de potassium, Bore/Zirconium/Nitrate de potassium ... On pourra aussi remplacer la composition pyrotechnique par un explosif secondaire pouvant adopter un régime déflagrant. L'essentiel pour que l'allumage optique soit assurée est que la composition (ou l'explosif) ait une granulométrie parfaitement maîtrisée et relativement réduite (inférieure ou égale à É0 micromètres). Le procédé de fabrication de l'initiateur selon l'invention comprend donc les étapes suivantes (voir figure 10 4) Etape A . dénudement (flèche U') d'une extrémité d'une fibre optique 4, Etape B : scellement de l'extrémité dénudée de la fibre 4 dans une bague 9, 15 Etape C . fixation de la bague 9 à une extrémité d'un connecteur 5. Par ailleurs (étape D) on aura mis en place la composition pyrotechnique 2 dans une alvéole 3. On réalise enfin (étape E) la fixation étanche de 20 l'alvéole 3 chargée é l'extrémité du connecteur 5. On réalise par exemple un soudage laser (flèche S) en faisant tourner axialement l'ensemble devant une source laser (non représentée). A l'issue de ces différentes étapes on obtient donc un 25 initiateur 1 de type inflammateur. Bien entendu dans le cas où la bague est réalisée d'une façon monobloc avec le connecteur 5, l'étape C est inutile. L'extrémité dénudée de la fibre 4 est alors scellée à l'étape directement à l'extrémité percée du connecteur 5. 30 Grâce au procédé selon l'invention il est possible d'obtenir d'une façon simple un détonateur. En effet l'ensemble obtenu à l'issue de l'étape E peut être associé â des moyens assurant la transformation de l'énergie fournie par la composition pyrotechnique en onde de détonation. La figure 2 montre un mode de réalisation d'un tel détonateur. Ce détonateur lb est constitué par un initiateur la tel que décrit précédemment mais pour lequel l'alvéole 3 est disposée dans un alésage 12 d'un corps 13 qui est fixé à l'extrémité du connecteur 5. L'alésage 12 renferme un explosif secondaire récepteur 14 10 qui est disposé à distance de l'alvéole 3. Comme explosif secondaire on pourra mettre en oeuvre par exemple de l'Hexogène, de l'HNS (hexanitrostilbène). Le corps 13 est réalisé en un matériau métallique de même nature que celui du connecteur 5. Il est fixé au connecteur 5 15 au niveau d'un filetage 15 porté par ce dernier. L'ajustement de l'alvéole 3 dans l'alésage 12 assure un confinement radial de l'alvéole 3. Par ailleurs le fond 3a de l'alvéole 3 est défini de manière à se découper sous la pression des gaz générés par la composition pyrotechnique 2. 20 On pourra par exemple définir une alvéole en acier inoxydable et ayant un fond dont l'épaisseur est comprise entre 0,05mm et 0,5 mm. La pression des gaz confinés par le corps 13 provoque le cisaillement du fond 3a et sa projection vers l'explosif 25 récepteur 14, au travers de l'alésage 12. Cette projection génère une énergie suffisante pour assurer l'initiation de l'explosif récepteur 14 qui prend un régime détonant. On voit que, d'un point de vue production, toutes les 30 premières étapes de fabrication sont communes pour les détonateurs et les inflammateurs. Il en résulte une optimisation des moyens de production et une réduction du coût des composants. On notera par ailleurs que la structure du détonateur est ici particulièrement simple puisqu'il n'est pas nécessaire de réaliser, comme dans les détonateurs à projection (connus sous le nom de 'islappers"), un canon et une plaque à projeter. Le fond de l'alvéole 3 joue le rôle de la plaque et l'alésage 12 joue le rôle du canon. Ce fonctionnement est rendu possible grâce au confinement assuré par le corps 13 et grâce â la présence d'un espace entre l'alvéole 3 et l'explosif secondaire récepteur 14. A titre de variante on pourra bien entendu prévoir une alvéole comportant des zones fragilisées (par exemple des rainures circulaires). On pourra bien entendu remplacer l'explosif récepteur 14 par une chaîne pyrotechnique associent plusieurs couches 15 d'explosifs. La figure 3 montre un autre mode de réalisation d'un détonateur qui est plus proche structurellement des slappers connus. Ce mode diffère de celui selon la figure 2 en ce que 20 l'alvéole 3 est ouverte et son fond est obturé par un paillet 16, par exemple une feuille de métal ou de matière plastique. Une rondelle 17 est logée dans l'alésage 12 recevant l'alvéole. Cette rondelle est interposée entre le paillet 16 et l'explosif secondaire récepteur 14. Elle joue le rôle de 25 "canon" des slappers classiques. Le paillet est projeté au travers de la rondelle et assure l'initiation de l'explosif secondaire récepteur. La rondelle 17 assure la découpe du paillet et un confinement assurant une projection de ce paillet à une 30 vitesse optimale. Ce mode de réalisation est plus coûteux que le précédent. Il autorise cependant une fixation de l'alvéole 3 sur le connecteur 5 avant la mise en place de la composition pyrotechnique ou explosive 2. 35 REVENDICATIONS 1- Initiateur (1) comportant au moins une composition pyrotechnique ou un explosif (2) initiable à partir de l'énergie lumineuse transmise par une fibre optique (4), initiateur caractérisé en ce qu'il comprend une alvéole (3) renfermant la composition pyrotechnique ou l'explosif (2) et fixée de façon étanche à l'extrémité d'un connecteur (5) recevant la fibre optique (4), cette dernière comportant une l0 partie avant dénudée et scellée dans une bague intermédiaire (9) fixée au connecteur (5) ou monobloc avec celui ci, l'extrémité de la partie avant de la fibre (4) se trouvant directement en contact avec la composition pyrotechnique ou l'explosif (2). 15 2- Initiateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bague intermédiaire (9) est réalisée en céramique. 3- Initiateur selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la partie avant de la fibre optique (4) a un diamètre compris entre 50 et 150 micromètres. 20 4- Initiateur selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'alvéole (3) est soudée sur l'extrémité du connecteur (5). 5- Initiateur selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'alvéole (3) renferme une composition 25 pyrotechnique ou bien un explosif secondaire susceptible d'adopter un régime déflagrant. 6- Initiateur selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'alvéole (3) est disposée dans un alésage (12) d'un corps (13) qui est fixé à l'extrémité du 30 connecteur (5), l'alésage renfermant par ailleurs au moins un explosif secondaire (14) récepteur qui est disposé à distance de l'alvéole (3). 7- Initiateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'alvéole (3) a un fond (3a) défini de manière à sedécouper sous la pression des gaz générés par la composition pyrotechnique ou l'explosif (2). 8- Initiateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'alvéole (3) comporte un fond obturé par un paillet 5 (16), une rondelle (17) étant interposée entre le paillet (15) et l'explosif secondaire récepteur. 9- Procédé de fabrication d'un initiateur selon une des revendications précédentes, procédé caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : 10 - dénudement d'une extrémité d'une fibre optique (4), - scellement de l'extrémité dénudée de la fibre (4) dans une bague (9) , - fixation éventuelle de la bague (9) à une extrémité d'un connecteur (5), 15 -fixation étanche d'une alvéole (3) renfermant une composition pyrotechnique ou un explosif (2) à l'extrémité du connecteur (5) l'extrémité de la partie avant de la fibre se trouvant directement en contact avec la composition pyrotechnique ou l'explosif (2). 20 10Procédé de fabrication d'un initiateur selon la revendication 9, caractérisé en ce que pour fabriquer un détonateur on place l'alvéole (3) dans l'alésage (12) d'un corps (13) renfermant au moins un explosif secondaire récepteur (14), le corps (13) étant fixé à l'extrémité du 25 connecteur (5).