Brevet FR2934042A1 — publié le 20100122

-1- DISPOSITIF DE MISE A FEU POUR ENGINS PYROTECHNIQUES Domaine technique L'invention se rattache au domaine des dispositifs de mise à feu pour engins pyrotechniques, et plus particulièrement au dispositif de ce type réalisé à base de systèmes micro-électromécaniques ou MEMS. Elle vise plus particulièrement une architecture de ce type de dispositif destiné à conférer une grande fiabilité et une sécurité d'emploi. Techniques antérieures De manière générale, les dispositifs de sécurité et de mise à feu pour engins pyrotechniques ont pour fonction d'autoriser l'énergie dégagée par un initiateur à atteindre une section explosive, qui peut elle-même ensuite amorcer l'explosion de la charge principale. Le principe général de ce dispositif consiste , lorsque la mise à feu doit avoir lieu, à escamoter un écran formant barrière qui obture un canal reliant l'initiateur et la section explosive. Dès lors, l'énergie dégagée par l'initiateur peut atteindre la section explosive et provoquer l'explosion souhaitée. On conçoit que ce type de dispositif doit présenter une grande sécurité et une fiabilité qui prémunissent le déclenchement intempestif. Ceci est tout particulièrement sensible dans la mesure où les engins pyrotechniques sont soumis à de très nombreuses vibrations et autres accélérations d'amplitude extrême. Des systèmes ont d'ores et déjà été mis au point pour assurer un fonctionnement sécuritaire, en nécessitant la combinaison de conditions multiples pour autoriser une mise à feu. Ainsi, le document US 6 167 809 décrit un dispositif essentiellement mécanique qui permet d'obtenir un déplacement de l'obturateur uniquement dans les cas de figures souhaités. Cependant, ce dispositif est de conception exclusivement mécanique, de sorte qu'il requière une très grande précision de fabrication. Par ailleurs, les conditions de mise à feu dépendent de paramètres dimensionnels des différents organes constituant le dispositif. Autrement dit, ce type de dispositif est quasiment impossible à régler et à faire évoluer de manière précise. 2934042 -2- On a également proposé de réaliser des dispositifs de mise à feu sous forme de systèmes micro électromécanique, famille de composant également connue sous l'abréviation �MEMS �. Ainsi, le document EP 1 784 196 décrit un dispositif réalisé selon ce type de technologie. Cependant, ce dispositif résulte de la 5 combinaison de différents éléments assemblés qui nécessitent donc des opérations de fabrication complexes et coûteuses. En outre et surtout, la sécurité du déclenchement n'est pas réellement assuré, dans la mesure où le dispositif présente une grande sensibilité aux vibrations, et aux aléas dans les signaux de commande. 10 L'objectif de l'invention est de proposer un dispositif qui fournisse à la fois une grande sécurité dans la commande du déclenchement, et qui soit également d'une conception mécanique simple, autorisant la fabrication industrielle à coût réduit. 15 Exposé de l'invention L'invention concerne donc un dispositif sécurisé de mise à feu pour engin pyrotechnique, formant un système micro électromécanique. Ce dispositif comporte un canal de transmission reliant un initiateur et une section explosive. Ce canal peut être obturé ou libéré par une barrière solidaire d'un équipage mobile par rapport à un 20 châssis. Conformément à l'invention, ce dispositif comporte d'une part des moyens pour désolidariser l'équipage mobile du châssis sous l'effet d'un premier signal de commande, afin d'autoriser son déplacement. D'autre part, il comporte des moyens 25 pour assurer le déplacement progressif de cet équipage mobile sous l'effet d'un second signal de commande. Autrement dit, le dispositif conforme à l'invention assure une double sécurité, puisque le déclenchement de la mise à feu ne peut intervenir que lorsque deux 30 actions de nature différente sont réalisées. Il convient en effet que l'équipage mobile soit tout d'abord libéré de la position de blocage par rapport au châssis, et qu'il soit ensuite déplacé pour ouvrir le canal caractéristique. 2934042 -3- Ces deux actions sont déclenchées par deux signaux différents. Ces signaux qui peuvent être soit des signaux de commande élaborés de façon distincte par des dispositifs indépendants, soit encore deux signaux élaborés à partir d'un même signal de base, mais déphasés l'un par rapport à l'autre. Différentes architectures peuvent être employées pour réaliser les divers organes intervenants dans le dispositif. Ainsi, concernant la barrière obturant le canal caractéristique, celle-ci peut être 10 dans un premier mode de réalisation formée d'un élément monolithique, qui assure à lui seul l'obturation totale du canal. Dans une variante de réalisation, la barrière peut être réalisée à partir de deux éléments séparés qui se déplacent dans des sens opposés lors des mouvements 15 d'obturation et de libération du canal. Dans ce dernier cas, l'amplitude de mouvement de chacun des éléments est réduite par rapport à la solution où la barrière est monolithique, et ce en contrepartie d'une architecture plus sophistiquée. 20 Dans le cas, où la barrière est constituée de deux éléments distincts, ceux-ci peuvent présenter des faces en regard qui s'interpénètrent lorsque le canal est obturé. Ceci permet de former un ensemble de chicanes empêchant, ou à tout le moins limitant très fortement les risques de passage de matière ou de rayonnements 25 entre les deux éléments, dans le cas où ceux-ci ne sont pas totalement en contact l'un de l'autre. Concernant les moyens pour assurer le déplacement progressif de l'équipage mobile, ceux-ci peuvent, par exemple, inclure au moins deux actionneurs agissant 30 alternativement et successivement pour maintenir et déplacer cet équipage mobile, selon un enchaînement de déplacements élémentaires. Autrement dit, le déplacement se fait selon un mouvement pas à pas, dans lequel un premier actionneur assure une poussée de l'équipage mobile et en 5 2934042 -4- provoque le déplacement. Puis le second actionneur bloque l'équipage mobile pendant que le premier actionneur vient prendre appui sur une autre zone de l'équipage mobile. Le second actionneur peut ensuite être relâché de manière à ce que le premier exerce son effort de poussée pour entraîner l'équipage mobile, et 5 ainsi de suite. Avantageusement en pratique, le dispositif peut comporter des moyens de rappel mécanique aptes à exercer une force tendant à déplacer l'équipage mobile dans une position où le canal est obturé. Autrement dit, pour éviter que l'équipage 10 n'ait une tendance naturelle à se déplacer dans un sens de l'ouverture du canal, les moyens de rappel agissent dans un sens sécuritaire pour obturer ce canal. Les efforts développés par les actionneurs pour déplacer l'équipage mobile doivent donc contrer ces forces de rappel, ce qui évite une ouverture inopinée de la barrière. 15 En pratique, le dispositif peut également comporter des moyens aptes à contrarier l'effet des moyens de rappel, tant que les moyens de déplacement ne sont pas commandés pour provoquer le retour de l'équipage mobile dans une position où le canal est obturé. 20 Ainsi, dans une situation où les moyens de déplacement peuvent agir dans les deux sens, c'est-à-dire provoquer soit l'ouverture, soit la fermeture du canal, des mécanismes générant des frottements peuvent être prévus pour empêcher des déplacements de l'équipage mobile sous sa propre inertie. 25 En pratique, dans le cas où la barrière est formée en une seule partie, l'équipage mobile peut comporter une poutre sensiblement centrale à laquelle est reliée la barrière et sur laquelle agissent les moyens de déplacement. Dans le cas où la barrière est constituée de deux portions distinctes, l'équipage 30 peut en outre comporter deux poutres latérales auxquelles sont reliées une des portions de la barrière, l'autre portion de la barrière étant reliée à une poutre centrale. 2934042 -5- Pour améliorer la fiabilité du dispositif, on peut prévoir que l'équipage mobile comporte des organes permettant de fermer ou ouvrir des contacts électriques, lorsque le canal est en position obturée ou ouverte. Autrement dit, c'est l'équipage mobile lui-même qui comporte des moyens permettant de détecter la bonne 5 ouverture, ou l'état de fermeture du canal. Avantageusement en pratique, le dispositif peut également comporter des butées mécaniques, pour limiter les mouvements de l'équipage mobile en dehors du plan de déplacement principal. Autrement dit, pour éviter toute déformation non 10 souhaitée de l'équipage mobile, ces butées visent à confiner les déplacements de l'équipage mobile dans des mouvements de translation. En pratique, le dispositif peut également comporter des moyens pour déplacer l'équipage mobile d'une position dite � de fabrication �, et une position dite 15 � active �. Les moyens pour assurer le déplacement de l'équipage mobile requiert une moindre énergie pour déplacer l'équipage mobile lorsque ce dernier est en position active que lorsqu'il est en position de fabrication. Autrement dit, du processus de fabrication, les portions des actionneurs 20 destinées à venir au contact de l'équipage mobile peuvent être agencées en regard de certaines zones de l'équipage mobile, de manière à pouvoir être nettement séparées de ce dernier lors des différentes opérations d'enlèvement de matière. Ceci permet de définir une forme maîtrisée. 25 L'équipage mobile peut être ensuite déplacé de telle sorte que les portions des actionneurs agissant sur lui se retrouvent à une distance moindre de ce dernier. Dans ce cas, l'amplitude des mouvements nécessaires à l'actionneur pour agir sur l'équipage mobile est réduite, et avec elle l'énergie nécessaire pour l'opération 30 demiseàfeu. En pratique, les actionneurs peuvent être réalisés de différentes manières, et en particulier fonctionner selon des phénomènes électrothermiques, sans y être toutefois limité. 2934042 -6- Le dispositif peut être réalisé par des procédés connus dans le domaine de la fabrication des MEMS, permettant d'aboutir à un composant mono puce, en éliminant ainsi toutes les opérations d'assemblage qui soit induisent des défauts de 5 précision, soit nécessitent des précautions extrêmes de manipulation. Description sommaire des figures La manière de réaliser l'invention ainsi que les avantages qui en découlent ressortiront bien de la description des modes de réalisation qui suivent, à l'appui des 10 figures annexées dans lesquelles : La figure 1 est une vue de dessus d'une première forme de réalisation de l'invention, montrée avec le canal de transmission obturé. La figure 2 est une vue analogue à la figure 1 dans laquelle le canal est en position libérée. 15 Les figures 3 et 4 sont des vues de détail, montrant l'actionneur assurant la désolidarisation de l'équipage mobile, par rapport au châssis, montré respectivement dans des positions avant et après actionnement. Les figures 5 et 6 sont des vues de détail montrant les extrémités de l'actionneur assurant le déplacement de l'équipage mobile, montré respectivement 20 au début et à la fin d'un déplacement élémentaire. Les figures 7 et 8, sont des vues de détail montrant le mécanisme assurant le prépositionnement de l'équipage mobile, passant d'une position respectivement de fabrication, à une position active. La figure 9 est une vue de détail analogue aux figures 5 et 6 illustrant 25 l'équipage mobile des actionneurs dans leur position respective, correspondant à une position de fabrication. Les figures 10 et 11 sont des vues de dessus globale d'un dispositif selon un second mode de réalisation, montré respectivement en position fermée et ouverte. La figure 12 est une vue de détail montrant le mécanisme de solidarisation de 30 l'équipage mobile par rapport au châssis du dispositif de la figure 10. La figure 13 est une vue de détail montrant un mécanisme assurant l'opposition aux forces exercées par les moyens de rappel du dispositif de la figure 10. 2934042 -7- Manière de réaliser l'invention De façon générale, le dispositif illustré à la figure 1 comporte un canal 2, séparant un initiateur 4 et une section explosive 5. Ce canal 2 est dans la forme illustrée à la figure 1 obturé par une barrière 5 réalisée de façon monobloc, et qui 5 s'étend en dessous du plan de la figure. De façon simplifiée, la barrière 5 est solidarisée à un équipage mobile 7, incluant une poutre centrale 6 apte à coulisser selon la flèche A. Cette poutre 6 coopère avec un premier actionneur 9, assurant la désolidarisation de l'équipage 10 mobile 7 par rapport au châssis 9. Cette poutre 6 coopère également avec un ensemble d'actionneur 10,11 assurant le déplacement de la poutre lorsque le premier actionneur a rempli sa fonction. Des moyens de rappel 13, 14 sont ménagés entre des parties 16, 17 du châssis 15 fixe et certaines portions 20, 21 de l'équipage mobile, de manière à exercer un effort sur ce dernier dans le sens opposé à la flèche A. L'ensemble de la surface du composant peut servir à réaliser les pistes d'amenée de courant au niveau des actionneurs électrothermiques. Dans le principe, 20 ces actionneurs comportent deux segments de géométrie légèrement différentes, de telle sorte que le courant qui les traversent et qui les échauffent provoque des dilatations différenciées, et donc une flexion dans un sens prédéterminé. Des moyens de rappel sont prévus pour autoriser le déplacement d'une portion de l'actionneur et leur retour en position de repos lorsque les effets de la dilatation ont 25 disparus. Ainsi, en relation avec les figures 1 et 3, les moyens 8 de solidarisation de l'équipage mobile 7 par rapport au châssis 9 peuvent être formés de deux actionneurs 26, 27 bloquant la progression de la poutre centrale 6 en direction de la 30 flèche A, c'est-à-dire le sens de la libération du canal. Lorsque ces actionneurs 26, 27 sont commandés par un premier signal approprié, ils s'écartent latéralement, en autorisant le passage d'une zone renflée 29 2934042 -8- qui venait en butée contre les actionneurs 26, 27 en l'absence de ce premier signal de commande. Dès lors que cette zone renflée 29 a dépassé le niveau de l'extrémité 30, 31 des 5 actionneurs 26, 27 comme illustré à la figure 4, les actionneurs 10,11 assurant le déplacement de la poutre 6 peuvent alors entrer en action. Ainsi, comme illustré à la figure 5, les extrémités 40 des actionneurs 10 du deuxième type viennent en contact avec les faces latérales (42) de la poutre 6. Le 10 passage d'un courant, commandé par le second signal, provoque comme illustré à la figure 6 un déplacement qui repousse la poutre 6 selon la direction de la flèche A. Dans la mesure où les actionneurs 10, 11 ont un mouvement orienté sensiblement selon la flèche B. On distingue comme illustré à la figure 1, deux genres d'actionneurs de deuxième type. Ainsi, les actionneurs 10, 11, tels qu'illustrés à la 15 figure 5 provoquent le déplacement de la poutre 6 dans le sens de la flèche A, pendant une première phase élémentaire d'un mouvement. A la fin du déplacement élémentaire, les actionneurs 50 sont alors commandés de telle sorte que leurs extrémités 52, 53 viennent au contact de la poutre 6, et en 20 bloque le mouvement en particulier en s'opposant aux forces de rappel exercée par les moyens de rappel 13, 14. Les extrémités des actionneurs 10,11 peuvent alors être relâchées, par une disparition du courant qui les traverse. Dans ce cas, ces extrémités 40 de bras viennent alors au contact d'une nouvelle zone de la poutre 6, située en arrière, selon leur sens de déplacement. 25 Dans ces conditions, les bras des actionneurs 50, 51 sont alors relâchés, de telle sorte que les actionneurs 10, 11 peuvent à nouveau provoquer un mouvement de poussée pour faire avancer la poutre 6 et donc l'équipage mobile d'un pas supplémentaire. Le mouvement peut être bien entendu enchaîné autant que 30 nécessaire pour aboutir à une amplitude souhaitée pour la libération du canal. L'enchaînement de ces différents mouvements successifs et alternés, permet d'acheminer l'équipage mobile jusque dans la configuration illustrée à la figure 2, où le canal se retrouve libéré. 2934042 -9- On a illustré à la figure 7 l'extrémité arrière de la poutre 6 dans sa configuration où elle se trouve juste après la fabrication. Dans ce cas, chacune des portions du substrat sont suffisamment séparées pour que leur forme puisse être très 5 clairement définie par les opérations de gravure classique. Ainsi, et comme illustré à la figure 9, les extrémités 40 des actionneurs 10 se trouvent au regard d'une zone 41 de moindre section réalisée dans la poutre 6. Ceci permet de séparer lors du processus de fabrication ces actionneurs et la poutre avec 10 une distance permettant la définition de leur forme de manière suffisamment précise. Ainsi comme illustrée aux figures 7 et 8, la poutre 6 est avancée dans le sens de la flèche A d'une distance qui provoque le passage de la zone renflée 43 au-delà des becquets 44 grâce à la flexibilité des bras 47, et la venue en butée de la portion 15 arrière 45 de la zone renflée 43 sur l'avant desdits becquets 44. Ceci provoque le déplacement de la poutre également au niveau de la zone 41 de moindre section, comme illustré à la figure 5, avec la venue des extrémités 40 des actionneurs 10 au quasi contact de la poutre 6. Cette très grande proximité limite 20 donc l'énergie nécessaire pour provoquer des mouvements de l'actionneur. Cette grande proximité serait inaccessible avec des procédés classiques de fabrication sans le mouvement de prépositionnement. La figure 10 illustre un second mode de réalisation, dans laquelle la barrière 25 101 est constituée de deux éléments distincts 102, 103. Les deux éléments distincts 102, 103 possèdent des faces en regard qui présentent des échancrures 105 s'interpénétrant définissant des chicanes limitant voire annulant le risque de passage de matière ou de rayonnement à travers le canal dans sa position obturée. 30 Une première partie 102 de la barrière est destinée à s'écarter selon la flèche C, tandis que l'autre partie 103 se déplacera dans le sens opposé, selon la flèche D. La première partie 102 de la barrière est solidaire de deux poutres latérales 106, 107 se prolongeant de la barrière 102 jusqu'au niveau des actionneurs 110, 111. 2934042 -10- L'autre partie de la barrière 103 est solidaire d'une poutre centrale120, destinée à se déplacer dans le sens de la flèche D. Les mécanismes de déplacement des actionneurs 125-128 pour ce mode de 5 réalisation sont similaires à ceux exposés pour le premier mode de réalisation, en tenant compte du fait que pour le mouvement d'ouverture, les deux parties 102, 103 de la barrière se déplacent dans des sens opposés. Ainsi, et comme illustré à la figure 12, l'actionneur 110 assurant la désolidarisation de l'équipage mobile particulièrement de la poutre latérale par rapport au châssis se fait par la commande 10 des bras 130, 131 qui s'écartent et libèrent l'extrémité 144 de la poutre latérale 106. Par la suite, les actionneurs 125-128 agissent de manière alternée et successive. Ainsi, lorsque l'actionneur 125 vient au contact de la poutre latérale 106 et en assure la poussée, l'actionneur 127 situé en arrière possède son extrémité 135 15 qui est au contraire distante de la poutre latérale 106, et peut agir sur la poutre centrale 120 en la repoussant selon la flèche D. Lorsque l'extrémité 129 de l'actionneur 125 a terminé sa poussée, l'actionneur 127 est alors déplacé pour maintenir la poutre 106 pendant le réarmement du bras de 20 l'actionneur 125. Ce réarmement se fait par mouvement de recul, qui assure lui aussi une progression de la poutre centrale 120 dans la direction D, lorsque son extrémité 138 vient au contact de la poutre centrale 120. L'actionneur arrière 127 peut alors se déplacer à la fin du mouvement de 25 l'actionneur 125 pour venir au contact de la poutre centrale 120, afin d'assurer le blocage. Pour éviter tout mouvement inopiné de l'équipage mobile pendant la très courte phase où la poutre 106 peut ne pas être maintenue par les actionneurs 125 30 alors qu'elle ne subit pas non plus la poussée de la part de l'actionneur 127, des moyens sont prévus pour empêcher l'action des forces de rappel des ressorts. Ainsi, comme illustré à la figure 13, différents mécanismes constitués soit par des excroissances 150 soit par des languettes déformables 151 assurant un 2934042 -11- frottement qui s'oppose au déplacement de la poutre 106 et donc de l'équipage mobile sous le seul effet de leur masse soumis à différentes accélérations. L'enchaînement de ces différents mouvements successifs et alternés, permet 5 d'acheminer l'équipage mobile jusque dans la configuration illustrée à la figure 11, où le canal se retrouve libéré. Bien entendu, les principes montrés ci-dessus peuvent être adaptés aux différentes applications et aux géométries souhaitées. Par exemple pour ce qui 10 concerne l'orientation du canal, ou l'emplacement des différents actionneurs et leurs principes de fonctionnement. Il ressort de ce qui précède que le dispositif conforme à l'invention présente de multiples avantages, et notamment celui de pouvoir être réalisé à partir d'un unique 15 substrat pour fournir un composant monolithique de plus grande simplicité de fabrication. Cet avantage en termes de procédé de fabrication se combine avec une grande sécurité de fonctionnement, dans la mesure où l'opération de mise à feu nécessite la combinaison de plusieurs signaux indépendants, alignant donc le risque de commande non souhaitée. REVENDICATIONS1. Dispositif (1) sécurisé de mise à feu pour engin pyrotechnique formant un microsystème électromécanique, comportant un canal de transmission (2)reliant un initiateur (3) et une section explosive (4), ledit canal (2)pouvant être obturé ou libéré par une barrière (5) solidaire d'un équipage mobile (7) par rapport à un châssis (9), caractérisé en ce qu'il comporte : des moyens (26, 27) pour désolidariser l'équipage mobile (7) du châssis (9), sous l'effet d'un premier signal de commande afin d'autoriser son déplacement ; des moyens (10, 11, 50, 51) pour assurer le déplacement progressif dudit équipage mobile (9), sous l'effet d'un second signal de commande. 2. Dispositif sécurisé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la barrière (5) est formée d'un élément monolithique. 3. Dispositif sécurisé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la barrière (101) est formée de deux éléments séparés (102, 103), se déplaçant dans des sens opposés C, D lors des mouvements d'obturation/libération du canal. 4. Dispositif sécurisé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deux éléments de la barrière présentent des faces en regard (105) qui s'interpénètrent lorsque le canal est obturé. 5. Dispositif sécurisé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour assurer le déplacement progressif de l'équipage mobile incluent au moins deux actionneurs (10, 11, 50, 51) agissant alternativement et successivement pour maintenir et déplacer ledit équipage mobile (7), selon un enchaînement de déplacements élémentaires. 2934042 -13-- 6. Dispositif sécurisé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de rappel mécaniques (13, 14), aptes à exercer une force tendant à déplacer l'équipage mobile (7) dans une position où le canal est obturé. 5 7. Dispositif sécurisé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (150, 151) aptes à contrarier l'effet des moyens de rappel (13, 14), tant que les moyens de déplacement (10, 11, 50, 51) ne sont pas commandés pour provoquer le retour de l'équipage mobile (7) dans une position où le canal est obturé. 10 8. Dispositif sécurisé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'équipage mobile comporte une poutre sensiblement centrale (6), à laquelle est reliée tout ou partie de la barrière, et sur laquelle agissent les moyens de déplacement (10, 11, 50, 51). 9. Dispositif sécurisé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'équipage mobile comporte deux poutres latérales (106, 107), auxquelles est reliée une portion (102) de la barrière. 20 10. Dispositif sécurisé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'équipage mobile comporte des organes (160) permettant de fermer ou ouvrir les contacts (161, 162) électriques lorsque le canal est en position obturée ou ouverte. 11. Dispositif sécurisé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il 25 comporte des butées mécaniques pour limiter les mouvements de l'équipage mobile en dehors du plan de déplacement. 12. Dispositif sécurisé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (44) pour déplacer l'équipage mobile (7) d'une position de 30 fabrication à une position active, les moyens (10, 11, 50, 51) pour assurer le déplacement de l'équipage mobile requérant une moindre énergie pour déplacer l'équipage mobile lorsqu'il est en position actifs que lorsqu'il est en position de fabrication. 15