Brevet FR2936795A1 — publié le 20100409

La présente invention se situe dans le domaine général des munitions pyrotechniques, plus particulièrement dans celui des munitions explosives. Elle a pour objets : - des compositions explosives renfermant une charge particulaire dense, - des chargements et munitions explosifs comprenant de telles compositions explosives. L'urbanisation des conflits a conduit à concevoir des, munitions à effets collatéraux réduits. Les bombes de faibles diamètre et masse (N 110 kg) (connue sous l'appellation SDB pour "Small Diameter Bomb") répondent à cet objectif. Une version améliorée de bombes à rayon de létalité réduit (connue sous l'appellation SDB FLM pour " SDB Focused Lethality Munition") a ensuite été développée en remplaçant, d'une part, l'enveloppe métallique des bombes SDB par des enveloppes légères composites et, d'autre part, la charge explosive classique par un explosif dense comportant une charge métallique dense (connu sous le nom d'explosif DIME pour "Dense Inert Material Explosives"). Les explosifs DIME renferment une charge explosive et une charge particulaire à forte densité composée de tungstène (dans un liant). D'autres métaux lourds (uranium, tantale, vanadium, nobium, osmium, rhénium, plomb) sont parfois cités, mais non utilisés pour des raisons de coûts et/ou de toxicité. La forte densité des formulations explosives contenant du tungstène est aussi un moyen d'augmenter la masse d'un pénétrateur, à volume constant, et donc d'accroître ses performances de pénétration. Une structure composite (pour l'enveloppe, plus légère et plus économique que le métal) est donc associée à un chargement explosif très dense. Ceci permet d'avoir la même masse, les mêmes encombrement et centre de gravité et donc les mêmes caractéristiques de traînée que la bombe SDB d'origine, mais sans éclats métalliques lors de la détonation. L'effet de tels explosifs denses est parfois qualifié de MPBX ("Multiple Phase Blast Explosive") : lors de la détonation, les effets sur la cible sont donnés par une impulsion multiphasique (gaz de détonation et particules de tungstène), réputée très intense localement mais à rayon d'efficacité limité à quelques mètres. Le brevet US 3 528 864 décrit de telles compositions explosives contenant une charge explosive (TNT, C3...) associée à une charge de tungstène. Le brevet US 5 910 638 propose aussi des compositions à liant énergétique contenant une charge énergétique explosive, une charge de tungstène et de la poudre d'aluminium. Il est précisé que la formulation de ces compositions peut être adaptée pour ajuster leur densité, et obtenir ainsi une tête militaire de masse ajustée aux spécifications de performances balistique et détonique de la munition. Pour une munition d'encombrement donné, il peut être souhaitable, pour des applications particulières, à contenu énergétique identique, d'augmenter la vitesse initiale des particules et/ou d'accroître leur freinage aérodynamique sur leurs trajectoires, afin par exemple de réduire encore le rayon de létalité de la munition, tout en maintenant une efficacité équivalente ou supérieure à l'intérieur de ce rayon. La demanderesse a atteint cet objectif en réduisant la densité de la charge particulaire métallique incorporée dans la composition explosive. L'objet de la présente invention est principalement de proposer de nouvelles compositions explosives, notamment de type DIME, comportant une charge particulaire métallique à densité ajustée afin de répondre aux besoins d'applications spéciales nécessitant un réglage du rayon d'efficacité de la munition. Le premier objet de l'invention concerne donc des compositions explosives renfermant une charge énergétique explosive et une charge particulaire métallique. De façon caractéristique, ladite charge particulaire métallique contient du carbure de tungstène. Dans le présent contexte, en référence au problème technique évoqué ci-dessus (réglage du rayon de létalité de munitions), la présence du carbure de tungstène est particulièrement avantageuse. Ledit carbure de tungstène a une masse volumique de 15,6 g/cm3, inférieure à celle du tungstène (qui est de 19,2 g/cm3) mais, il est, comme le tungstène, un matériau dur qui présente une température de fusion élevée (2785°C). Ledit carbure de tungstène (CW) peut être présent, au sein des compositions de l'invention, à l'état de carbure de tungstène ("pur") ou de carbure de tungstène fritté avec un liant métallique. Le cobalt et/ou le nickel conviennent à titre de tel liant métallique. La masse volumique du carbure de tungstène à l'état fritté avec un liant métallique est inférieure à celle du carbure de tungstène "pur". Par exemple, la masse volumique du carbure de tungstène fritté avec un liant cobalt dans les proportions (massiques) 91%CW/9%Co est de 14,6 g/cm3. La charge particulaire métallique des compositions explosives de l'invention est donc susceptible de comprendre des particules de carbure de 5 tungstène et/ou des particules de carbure de tungstène fritté avec un liant métallique tel le cobalt et/ou le nickel. Selon une première variante, la charge particulaire métallique des compositions explosives de l'invention est constituée à 100% de telles particules de carbure de tungstène et/ou particules de carbure de tungstène 10 fritté ; i.e. qu'elle est constituée à 100% de carbure de tungstène ("pur") ou de carbure de tungstène fritté avec un liant métallique. Selon une autre variante, la charge particulaire métallique des compositions explosives de l'invention renferme, outre le carbure de tungstène "pur" et/ou fritté, d'autres métaux et/ou des oxydes métalliques. Elle peut 15 notamment renfermer du tungstène (en référence, plus particulièrement, au réglage de sa densité) et/ou de l'aluminium (pour régler sa densité et/ou en tant qu'auxiliaire de fabrication, agent de combustion...) et/ou du magnésium (pour régler sa densité et/ou en tant qu'agent de combustion...) et/ou du titane (pour régler sa densité) et/ou au moins un oxyde de ces métaux. Elle est donc 20 susceptible de renfermer, outre des particules de carbure de tungstène et/ou des particules renfermant du carbure de tungstène fritté (avec un liant métallique), des particules d'autres métaux et/ou d'oxydes métalliques, notamment des particules de tungstène et/ou d'aluminium et/ou de magnésium et/ou de titane et/ou d'oxydes de ces métaux. Dans le cadre de cette variante, 25 la charge particulaire métallique des compositions explosives de l'invention est avantageusement constituée d'au moins 70% en masse de carbure de tungstène et/ou de carbure de tungstène fritté avec un liant métallique (tel que le cobalt et/ou le nickel). Elle est alors constituée de moins de 30% en masse d'au moins un autre métal, choisi, par exemple, parmi le tungstène et/ou 30 l'aluminium et/ou le magnésium et/ou le titane, et/ou d'au moins un oxyde métallique (d'un autre métal, notamment de l'un de ceux cités ci-dessus). La masse volumique de la charge particulaire métallique des compositions explosives de l'invention peut aisément être réglée dans une gamme de valeurs (inférieures à la valeur de la masse volumique du tungstène 35 (19,2 g/cm3)) intéressantes, notamment entre 12 et 18 g/cm3. On indique, de façon nullement limitative, que la présence de tungstène peut permettre de dépasser la masse volumique du carbure de tungstène ("pur") et que la présence d'aluminium et/ou de magnésium (et/ou de leurs oxydes) peut permettre d'abaisser la masse volumique par rapport à celle du carbure de tungstène ("pur") ou du carbure de tungstène fritté. Pour l'obtention d'une masse volumique inférieure à 12, ce qui n'est pas totalement exclu du cadre de l'invention, il ne parait toutefois guère judicieux de se situer dans ledit cadre de l'invention, i.e. de faire intervenir du carbure de tungstène. Avantageusement donc, la charge particulaire métallique des compositions de l'invention présente une masse volumique comprise entre 12 et 18 g/cm3. Les particules de la charge particulaire métallique des compositions explosives de l'invention présentent généralement un diamètre médian compris entre 0,5 pm et 100 pm, avantageusement entre 1 pm et 50 pm. Leur granulométrie est similaire à celle des particules de tungstène des explosifs DIME de l'art antérieur. La charge énergétique explosive des compositions explosives de l'invention n'est pas per se originale. Elle est du type des charges explosives DIME. Elle consiste avantageusement en de l'octogène (HMX), hexogène (RDX), nitroguanidine (NG), triaminotrinitrobenzène (TATB), oxynitrotriazole (ONTA) et leurs mélanges. Elle peut aussi consister en de tels explosifs en mélange avec une charge oxydante, telle que le perchlorate d'ammonium ou le nitrate d'ammonium. Les compositions explosives de l'invention renferment, de façon classique, leurs charges énergétique explosive et particulaire métallique (avec du carbure de tungstène (CW)) dans un liant polymérique inerte, tel qu'un liant polyuréthanne, ou un liant énergétique, tel qu'un liant polymérique azoté. Selon une autre variante, les compositions explosives de l'invention, sont des compositions coulables, constituées de la charge particulaire métallique en suspension dans un explosif fusible à l'état fondu (par exemple le TNT qui fond à 80°C), que l'on coule dans une forme et solidifie par abaissement de la température. Les compositions explosives de l'invention renferment, avantageusement, en masse: - de 9 % à 70 %, très avantageusement de 19 % à 50 %, de charge énergétique explosive (une telle charge peut être constituée d'une unique charge ou de plusieurs charges), - de 30 % à 91 %, très avantageusement de 50 % à 81 %, de charge particulaire métallique (avec CW), et - de 0 % à 10 % d'un liant inerte ou énergétique. Un tel liant, lorsqu'il est présent, l'est généralement entre 1 et 10 % en masse. Les compositions explosives de l'invention se présentent généralement sous la forme de composés solides de type grain, pastille ou bloc. Au sein desdits composés solides, les charges énergétique explosive et particulaire métallique sont intimement mélangées. Les procédés de fabrication mis en oeuvre pour l'obtention de tels composés sont connus de l'homme du métier et sont avantageusement optimisés en fonction de la composition exacte desdits composés. Il peut notamment s'agir d'un procédé par simple compression, d'un procédé dit coulé-fondu dans un moule, ou d'un procédé de coulée/polymérisation dans un moule. Selon son deuxième objet, l'invention concerne un chargement explosif au moins en partie (en partie ou en totalité) constitué d'une composition explosive de l'invention, telle que décrite ci-dessus. Ledit chargement est avantageusement, au moins en partie, constitué de grains, pastille(s) ou bloc(s) d'au moins une composition de l'invention. Selon son troisième objet, l'invention concerne une munition explosive contenant au moins un chargement explosif de l'invention. Une telle munition peut en fait renfermer un ou plusieurs chargements de ce type ou au moins un chargement de ce type et au moins un chargement d'un autre type. On se propose maintenant d'illustrer l'invention par les exemples (exemples de formulation de compositions de l'invention) ci-après. Exemple 1 La composition de référence de l'exemple 1 est une composition de l'art antérieur (composition A), communément référencée PBXN-109, comprenant, en masse, 64% d'hexogène, 20% d'aluminium, 16% de liant polyuréthanne 35 (PBHT). Cette composition présente une masse volumique de 1,67 g/cm3. Afin de préserver les performances énergétiques à isovolume (c'est-à-dire pour un même encombrement de munition) de la composition de référence, les compositions de l'invention (compositions la et lb) ont été formulées en conservant les rapports volumiques des ingrédients (plus particulièrement, celui des charges métalliques) de la composition de référence PBXN-109 (58,7% hexogène, 12,34 % Al, 28,97% de liant PU). Le tableau 1 ci-après montre les masses volumiques de compositions à même taux volumique d'hexogène et de liant (et aussi de charges métalliques), obtenues en remplaçant la charge métallique d'aluminium (de la composition A de référence), par une charge de tungstène (composition B) selon les formulations de l'art antérieur pour l'obtention d'une composition de type DIME, et selon l'invention, par une charge de carbure de tungstène (CW) de masse volumique 15,6 g/cm3 (composition la) ou de carbure de tungstène fritté avec un liant cobalt dans les proportions massiques 91%CW/9%Co, de masse volumique 14,6 g/cm3 (composition lb). La masse volumique de la composition B est de 3,71 g/cm3, elle est respectivement de 3,26 g/cm3 et de 3,13 g/cm3 pour les compositions la et lb. Exemple 2 La composition de référence de l'exemple 2 est une composition de l'art antérieur (composition C), communément référencée B2211D, comprenant en masse 20% d'hexogène, 43% de perchlorate d'ammonium (PA), 25% d'aluminium, 12% de liant polyuréthanne (PBHT). Cette composition présente une masse volumique de 1,81 g/cm3. Afin de préserver les performances énergétiques à isovolume (c'est-à-dire pour un même encombrement de munition) de la composition de référence, les compositions de l'invention (compositions 2a et 2b) ont été formulées en conservant les rapports volumiques des ingrédients de la composition de référence B2211D. Le tableau 2 ci-après montre les masses volumiques de compositions à mêmes taux volumiques, obtenues en remplaçant la charge métallique d'aluminium (de la composition C de référence), par une charge de tungstène (composition D) selon les formulations de l'art antérieur pour l'obtention d'une composition de type DIME, et selon l'invention, par une charge de carbure de tungstène (CW) de masse volumique 15,6 g/cm3 (composition 2a) ou de carbure de tungstène fritté avec un liant cobalt dans les proportions massiques 91%CW/9%Co de masse volumique 14,6 g/cm3 (composition 2b). La masse volumique de la composition D est de 4,58 g/cm3, elle est respectivement de 3,96 g/cm3 et de 3,80 g/cm3 pour les compositions 2a et 2b. A B l INVENTION PBXN- 109 (référence) DIME a I b masse volumique constituants %massique %volumique %massique %volumique %massique %volumique %nnssique %volumique (g/crn') _ 1.816 RDX 64 58,7 28,70 58,7 32,72 58,7 34,01 58,7 2,7 Aluminium 20 12,34 19,3 w 64,12 12,34 15,6 cw 59,09 12,34 14,6 CW/Co 91/9 57,48 12,34 0,92 PBHT 16 28,97 7,18 28,97 8,18 28,97 8,50 28,97 Masse 1,67 3,71 3,26 3,13 volumique (g/cm� Tableau 1 : exemple 1 C D INVENTION B2211 D (référence) DIME 2a 2b masse volumique constituants %massique %volumique %massique %volumique %massique %volumique %massique i %volumique (g/cn3 ) 1,816 RDX 20 19,89 7,88 19,89 9,11 19,89 9,52 19,89 1,95 PA 43 39,83 39,83 39,83 39,83 2,7 Aluminium 25 16,72 19,3 w 70,43 16,72 15,6 cw 65,82 16,72 14,6 CW/Co 91/9 64,31 16,72 0,92 PBI-rr 12 23,56 4,73 23,56 5,47 23,56 5,71 23,56 Masse 1,81 4,58 3,96 3,80 volumique (g/cm3) Tableau 2 : exemple 2 co REVENDICATIONS1. Composition explosive, renfermant une charge énergétique 5 explosive et une charge particulaire métallique, caractérisée en ce que ladite charge particulaire métallique contient du carbure de tungstène. 2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce ladite charge particulaire métallique comprend des particules de carbure de tungstène et/ou des particules de carbure de tungstène fritté avec un liant métallique, tel 10 que le cobalt et/ou le nickel. 3. Composition selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ladite charge particulaire métallique contient, en outre, du tungstène et/ou de l'aluminium et/ou du magnésium et/ou du titane et/ou au moins un de leurs oxydes. 15 4. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ladite charge particulaire métallique est constituée au moins à 70% en masse de carbure de tungstène et/ou de carbure de tungstène fritté avec un liant métallique. 5. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, 20 caractérisée en ce que ladite charge particulaire métallique a une masse volumique comprise entre 12 et 18 g/cm3. 6. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les particules de ladite charge particulaire métallique présentent un diamètre médian compris entre 0,5 pm et 100 pm, 25 avantageusement compris entre 1 pm et 50 pm. 7. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle renferme - de 9 % à 70 % en masse, avantageusement de 19 % à 50 % en masse, de ladite charge énergétique explosive, 30 - de 30 % à 91 % en masse, avantageusement de 50 % à 81 % en masse, de ladite charge particulaire métallique, et - de 0 % à 10 % en masse d'un liant inerte ou énergétique. 8. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle se présente sous forme de composés solides de type 35 grain, pastille ou bloc. 9. Chargement explosif caractérisé en ce qu'il est au moins en partie constitué d'une composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 ; en ce qu'il est avantageusement au moins en partie constitué d'une composition selon la revendication 8. 10. Munition explosive caractérisée en ce qu'elle contient au moins un chargement explosif selon la revendication 9.