Brevet FR2950688A1 — publié le 20110401

La présente invention concerne les projectiles pour arme à létalité réduite, aptes à impacter une cible comme le ferait un violent coup de poing tout en limitant les dommages ou les traumatismes induits par cet impact, notamment sur les zones sensibles et non protégées d'un individu (en particulier la tête). Les projectiles ALR (pour Arme à Létalité Réduite) sont classiquement utilisés par les forces de maintien de l'ordre et les forces armées en opérations extérieures, en vue de neutraliser ou de faire fuir certains individus, en évitant de les blesser ou en minimisant les blessures ou lésions occasionnées. Ces projectiles sont tirés au moyen de lanceurs à tube rayé dont les plus courants sont au calibre de 40 mm (désignation OTAN : 40 mm X 46). Très généralement, ces projectiles ALR ont une forme générale cylindrique dont la longueur est de l'ordre de 50 à 70 mm et dont le diamètre, comme précisé précédemment, est de l'ordre de 40 mm, avec une extrémité avant en forme de calotte en général demi sphérique. Ils sont classiquement réalisés par moulage de mousse thermoplastique. Aujourd'hui l'état de la technique est assez pauvre dans le domaine des munitions cinétiques à létalité réduite (LR) et notamment dans l'amélioration de l'effet terminal des projectiles correspondants. En effet, les réalisations antérieures se sont efforcées de rendre plus ductiles les matériaux constitutifs de ces projectiles en pensant que plus le projectile est « mou » moins il est létal. A la connaissance des demandeurs, aucune réflexion concrète n'a été menée sur la compréhension des relations entre paramètres physiques et effets lésionnels lors de l'impact d'un projectile LR sur cible humaine. L'identification du « bon » paramètre physique permet de rechercher des solutions technologiques pertinentes. Pour répondre à cet objectif, une étude a été réalisée et a démontré et validé par des essais et stimulations : - que l'énergie n'est pas le paramètre mécanique universel de sévérité - que ce paramètre est en fait la force à l'impact. II est rappelé que la maîtrise de la faible probabilité de provoquer une issue fatale avec un projectile à létalité réduite, des blessures graves ou des lésions permanentes sur un individu n'est pas facile à obtenir du fait d'un phénomène physique bien connu des balisticiens qui est la perte de vitesse sur trajectoire du projectile, causée par la résistance de l'air à l'avancement de ce dernier. Ainsi, avec les projectiles actuels, on pourrait avoir un niveau d'efficacité très faible à une distance de 50 m et un niveau d'effets délétères important à 10 m, ce qui pose d'énormes problèmes d'emploi pour les forces de l'ordre et les forces armées. Comme il a été dit précédemment, le paramètre physique important à l'impact du point de vue des effets lésionnels est la force à l'impact exercée sur la cible Pour améliorer l'efficacité et la non létalité des projectiles à létalité réduite, l'objectif principal de l'invention est de transmettre à l'impact une force programmée qui est toujours la même, ou sensiblement la même, quelle que soit la vitesse terminale et corrélativement quelle que soit la distance de tir (ceci dans les plages de vitesse classiques au moment de l'impact (à savoir environ entre 50 et 100 m/s). Pour cela, le projectile ALR selon l'invention, qui a une forme générale cylindrique d'axe longitudinal L, comprenant une extrémité arrière munie d'une cavité débouchante axiale et une extrémité avant en forme de calotte sphérique ou approximativement sphérique, est caractérisé par le fait qu'il comprend : - un culot comportant une paroi tubulaire cylindrique centrée sur ledit axe longitudinal L, laquelle paroi tubulaire est fermée par une paroi avant disposée transversalement audit axe L, ladite paroi tubulaire et ladite paroi transversale avant délimitant ladite cavité arrière débouchante, - un noyau réalisé en mousse d'aluminium, lequel noyau a une forme globalement cylindrique centrée sur ledit axe L, comprenant une extrémité arrière et une extrémité avant, laquelle extrémité arrière est assemblée avec ladite paroi avant du culot et laquelle extrémité avant est en forme de calotte sphérique ou sensiblement sphérique. - une enveloppe externe venant recouvrir au moins l'extrémité avant dudit noyau. Le culot du projectile est déformé lors du tir par les rayures du tube de l'arme ce qui permet la mise en rotation du projectile. Le noyau en mousse d'aluminium est très léger et il offre des caractéristiques d'écrasement et d'absorption d'énergie très intéressantes, homogènes et indépendantes de la vitesse de déformation dans toutes les directions ; l'enveloppe externe permet d'optimiser le vol balistique du projectile et d'atténuer au moment du choc le premier contact projectile-cible. La force d'impact de ce projectile est constante ou quasi constante quelle que soit sa vitesse (dans les plages de vitesse d'impact classiques, notamment comprises entre 50 et 100 m/s). Cette force d'impact est notamment fonction de la densité de la mousse d'aluminium, paramètre choisi en fonction de la force d'impact recherchée. De préférence, la densité de la mousse d'aluminium utilisée pour le noyau du projectile ALR conforme à l'invention est comprise entre 30 et 300 kg/m3. Le culot du projectile est avantageusement réalisé en matériau thermoplastique et son enveloppe en mousse thermoplastique. Selon une caractéristique intéressante, la paroi tubulaire du culot comporte une bague extérieure annulaire monobloc qui s'étend au moins en partie en regard de sa paroi transversale avant. Selon une forme de réalisation particulière, la paroi tubulaire du culot se prolonge au-delà la paroi transversale avant pour former un logement de réception de l'extrémité arrière du noyau en mousse d'aluminium. Selon encore une forme de réalisation particulière, la paroi transversale du culot se prolonge vers l'avant par un tenon axial permettant le centrage de la partie avant du projectile. Selon encore une autre particularité, l'enveloppe externe s'étend jusqu'au culot pour recouvrir l'intégralité de la face exposée du noyau. D'autre part, le noyau peut comporter un évidement axial débouchant dans sa face arrière en regard de la paroi transversale avant du culot. Cet évidement permet notamment de programmer deux niveaux de force de choc en sélectionnant deux densités de la mousse d'aluminium. Il peut rester en l'état ou être comblé par une mousse d'aluminium plus ou moins dense, pour programmer la sévérité du choc. Selon encore une forme de réalisation particulière, le projectile comporte un rétreint annulaire entre ses extrémités avant et arrière, correspondant à une diminution de diamètre, lequel rétreint s'étend vers l'avant à partir de l'extrémité avant du culot. Cette particularité a notamment pour objectif d'éviter le contact du culot en choc incliné avec la cible. Le culot, le noyau et l'enveloppe externe du projectile sont réalisés indépendamment et ils sont assemblés entre eux par tout moyen approprié, notamment par collage. L'invention sera encore illustrée, sans être aucunement limitée, par la description suivante de plusieurs formes de réalisation possibles, données uniquement à titre d'exemples et représentées sur les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un projectile ALR conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe axiale du projectile de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en coupe axiale d'une première variante de réalisation du projectile conforme à l'invention ; - la figure 4 est une vue en perspective d'une seconde variante du projectile conforme à l'invention ; - la figure 5 est une vue en coupe axiale du projectile de la figure 4 ; - les figures 6 et 7 sont des courbes illustrant la variation de la force pendant le choc en fonction du temps pour des projectiles selon l'invention. Le projectile ALR 1 illustré sur les figures 1 et 2 a une forme générale cylindrique d'axe longitudinal L. Sa longueur peut être de l'ordre de 50 à 70 mm et son diamètre de l'ordre de 35 à 45 mm. L'extrémité arrière 2 de ce projectile 1 se termine selon un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal L. A ce niveau, un évidement axial débouchant 3 permet la réception classique d'une cartouche pyrotechnique de propulsion, ou autre mode de propulsion. Son extrémité avant 4 est en forme de calotte sphérique ou approximativement sphérique. Ce projectile 1, symétrique autour de son axe longitudinal L, est constitué d'un culot arrière 5, prolongé vers l'avant par un noyau 6 dont la face externe est pratiquement entièrement recouverte par une enveloppe 7. Le culot arrière 5 comporte une paroi tubulaire cylindrique 8, centrée sur l'axe L, qui est fermée au niveau de son extrémité avant par une paroi transversale 9. La paroi tubulaire 8 n'est pas fermée vers l'arrière, et, avec la paroi transversale avant 9, elle délimite l'évidement axial 3 précité. En regard de cette paroi transversale avant 9, on remarque que la paroi tubulaire 8 comporte une bague annulaire monobloc 10 qui s'étend en saillie vers l'extérieur. La surface extérieure de cette bague 10, de forme générale cylindrique, définit l'encombrement extérieur maximal du projectile et elle constitue une face de guidage à l'intérieur du canon de l'arme de propulsion. La surface extérieure de la paroi tubulaire 5 a un diamètre inférieur de quelques millimètres à celui de la surface de guidage de la bague monobloc 10. Du côté de la face 11 orientée vers l'extrémité avant 4 du projectile, la paroi transversale 9 du culot 5 comporte un tenon monobloc cylindrique 12, centré sur l'axe L. Ce tenon 12 a un diamètre de l'ordre de la moitié du diamètre du projectile 1 ; sa hauteur est de quelques millimètres. Le culot 5, comprenant la paroi tubulaire 8, la paroi transversale 9, la bague 10 et le tenon 12, est réalisé monobloc par moulage de matière thermoplastique. La densité de la matière thermoplastique utilisée peut être de l'ordre de 1200 à 1600 kg/m3. II a pour fonction de donner au projectile une partie importante de sa masse, permettre sa propulsion et le raccordement à l'avant de la partie absorbant l'énergie et programmant la force d'impact. Le noyau 6 du projectile 1 a une forme générale globalement cylindrique centrée sur l'axe L. Son extrémité arrière 13 a un diamètre légèrement inférieur au diamètre de la surface de guidage de la bague 10 du culot 5, et sa face arrière 14 est structurée pour venir épouser la face avant de ce culot 5, avec le tenon 12. Pour cela, cette face arrière 14 s'étend dans le plan de la face avant 11 du culot 5, et elle comporte une réservation axiale 15, correspondant à la forme du tenon 12. L'extrémité avant 16 du noyau 6 est en forme de calotte sphérique ou sensiblement sphérique, centrée sur l'axe L. Ce noyau 6 peut avoir une longueur comprise entre 30 et 50 mm. II est réalisé en mousse d'aluminium (structure alvéolée d'aluminium) dont la densité est avantageusement comprise entre 30 et 300 kg/m3. La longueur du noyau 6 et la densité de la mousse d'aluminium utilisée sont fonction de la force d'impact recherchée et de la quantité d'énergie à absorber. Le noyau 6 est-il réalisé par moulage ou tout autre procédé de formage ou d'usinage des matériaux alvéolés. Par exemple, on utilise une mousse d'aluminium fabriquée par la société CYMAT Corporation (Canada) sous la désignation « Cymat stabilised aluminium foam » (marque déposée), ou par la société SHINKO WIRE CO Ltd (Japon), sous la désignation « Alporas » (marque déposée). Une telle structure de noyau 6 a pour fonction de limiter à l'impact la force de choc prédéterminée à l'avance pendant l'absorption de l'énergie, quelle que soit la vitesse de choc du projectile. La forme à l'avant de cette structure alvéolée permet en plus de conserver le temps de montée de la force de choc, jusqu'au niveau nominal, en dessous de la valeur critique d'éclatement du cuir chevelu par exemple. L'extrémité arrière 13 du noyau 6 est assemblée avec l'extrémité avant 11, 12 du culot 5 par tout moyen approprié, par exemple par collage. L'extrémité avant 16 du noyau 6 est recouverte par l'enveloppe 7 réalisée avantageusement en mousse thermoplastique ; la densité de cette mousse thermoplastique est avantageusement comprise entre 100 et 150 kg/m3. Cette enveloppe externe 7 a une épaisseur de quelques millimètres (par exemple 1 à 3 mm, avantageusement de l'ordre de 2 mm). Dans le mode de réalisation illustré, elle recouvre toute la surface externe avant et latérale du noyau 6, à l'exception d'une bande annulaire 18 de l'extrémité arrière 13 dudit noyau 6. Pour que sa surface externe se situe dans le prolongement de la surface externe de cette bande annulaire « libre » 18, l'enveloppe 7 vient se loger dans une réservation adaptée 19 ménagée sur la face externe en regard du noyau 6. Cette enveloppe 7, en forme de tube fermé à son extrémité avant par une calotte sphérique ou sensiblement sphérique, est fixée sur le noyau 6 par tout moyen approprié, par exemple par collage. L'enveloppe 7 a pour fonction d'améliorer le balistique de vol du projectile, d'éviter au premier contact cible-projectile l'éclatement local du matériau biologique de la cible et permettre le pré-écrasement de la structure alvéolée d'aluminium. La figure 3 illustre une variante de réalisation du projectile des figures 1 et 2. Les parties identiques au mode de réalisation précédent conservent les mêmes repères pour faciliter la compréhension. Dans le projectile 1' correspondant, le noyau 6 comporte un évidement axial borgne 20 qui débouche dans sa face arrière 14. Cet évidement 20 a avantageusement une forme cylindrique dont le diamètre correspond, au jeu près, à celui du tenon axial 12 du culot 5. Sa fonction est de permettre de réaliser pendant le choc un profil de force d'impact à deux nivaux programmés à l'avance selon la sévérité recherchée. Encore dans des variantes de réalisation, l'évidement 20 peut être comblé par un matériau rapporté. Ce matériau rapporté peut par exemple consister en une mousse d'aluminium plus dense que celle utilisée pour la périphérie du noyau 6, de manière à augmenter l'efficacité d'impact du projectile. Pour ce projectile 1', on remarque que la longueur du noyau 6 est inférieure à celle du noyau de projectile 1 des figures 1 et 2. Les figures 4 et 5 illustrent un autre mode de réalisation possible d'un projectile conforme à l'invention. Ici encore, les parties identiques aux modes de réalisation des figures 1 à 3 conservent les mêmes repères pour faciliter la compréhension. Le projectile correspondant 1" comporte un culot arrière 5, prolongé vers l'avant par un noyau 6 en mousse d'aluminium dont la face externe est recouverte par une enveloppe 7. On remarque que la paroi tubulaire 8 du culot 5 se prolonge vers l'avant, au-delà de la paroi transversale 9, par une extension monobloc tubulaire 21. La bague de guidage 10 s'étend en regard de la paroi transversale 9 du culot 5, sur une partie de la paroi tubulaire 8 et sur la quasi majorité de la longueur de l'extension 21. Cette extension 21 et la paroi 9 du culot 5 forment un logement 22 pour la réception de l'extrémité arrière 13 du noyau 6. Le tenon monobloc 12 des modes de réalisation précédents n'est plus présent. Là encore, le noyau 6 et le culot 5 sont assemblés par tout moyen approprié, de préférence par collage. D'autre part, dans ce mode de réalisation, on remarque que l'enveloppe 7 recouvre toute la surface exposée du noyau 6 ; elle s'étend jusqu'au culot 5, et en particulier jusqu'à l'extrémité avant de l'extension 21. Le mode de réalisation des figures 4 et 5 se distingue également des précédents, par la présence d'un rétreint 23, correspondant à une diminution de diamètre, entre ses extrémités arrière 2 et avant 4. Ce rétreint 23 a pour fonction d'éviter en choc incliné du projectile le contact culot plastique-cible, évitant ainsi un niveau de force de contact incompatible avec la programmation des efforts par la mousse d'aluminium. Il est essentiellement obtenu par une diminution de diamètre de l'extrémité arrière 13 du noyau 6. La présence du rétreint 23 confère au noyau 6 une section longitudinale particulière, avec une extrémité arrière 13 de forme cylindrique prolongée par une extrémité avant 16 en forme de bourrelet ou de renflement, globalement sphérique. La surface de l'extrémité avant 4 de ce projectile 1" est particulière : la surface d'extrémité sphérique 4a se prolonge par une surface en tronc de cône 4b elle-même prolongée par une surface cylindrique 4c (dont le diamètre correspond approximativement au diamètre de la bague 10) qui se prolonge encore par une surface « rentrante » 4d aboutissant au rétreint 23. Cette forme particulière de l'extrémité avant 4 du projectile 1" permet de calibrer le taux de montée en effort (niveau de la force programmée sur le temps mis pour l'atteindre), évitant ainsi l'éclatement local des structures biologiques (cuir chevelu par exemple en choc crânien). Les formes de ces projectiles ont toutes une correspondance parfaite entre leur centre de gravité et leur centre de poussée pour obtenir une bonne balistique extérieure. La figure 6 est une courbe montrant la variation de la force pendant le choc en fonction du temps de choc, pour les projectiles 1 et 1" des figures 1 et 2, d'une part, et 4 et 5 d'autre part. On distingue : - le taux de montée (force constante a sur le temps de montée b). Ce taux de montée doit être inférieur à une valeur critique pour ne pas faire éclater les structures biologiques de surface, - le niveau constant de la force a programmée par la densité de la mousse d'aluminium et la géométrie du noyau. Ce niveau a est calibré pour déterminer à l'avance les endommagements et les sévérités souhaités. - la fin du choc e, toujours à force a constante ou sensiblement constante. La figure 7 montre la variation force/temps pour un projectile à double densité (tel qu'illustré sur la figure 3). Le niveau d est obtenu par la mousse périphérique du noyau, et REVENDICATIONS- 1.- Projectile pour arme à létalité réduite, ayant une forme générale cylindrique d'axe longitudinal L, lequel projectile (1, 1', 1") comprend une extrémité arrière (2) munie d'une cavité débouchante axiale (3) et une extrémité avant (4) ayant une forme de calotte sphérique ou approximativement sphérique, caractérisé en ce qu'il comprend : - un culot (5) comportant une paroi tubulaire cylindrique (8) centrée sur ledit axe longitudinal L, laquelle paroi tubulaire (8) est fermée par une paroi avant (9) disposée transversalement audit axe L, ladite paroi tubulaire (8) et ladite paroi transversale avant (9) délimitant ladite cavité arrière débouchante (3), - un noyau (6) réalisé en mousse d'aluminium, lequel noyau (6) a une forme globalement cylindrique centrée sur ledit axe L, comprenant une extrémité arrière (13) et une extrémité avant (16), laquelle extrémité arrière (13) est assemblée avec ladite paroi avant (9) du culot (5) et laquelle extrémité avant (16) est en forme de calotte sphérique ou sensiblement sphérique, et - une enveloppe externe (7) venant recouvrir au moins l'extrémité avant (16) dudit noyau (6). 2.- Projectile selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit noyau (6) est réalisé en mousse d'aluminium ayant une densité comprise entre 30 et 300 kg/m3. 3.- Projectile selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit culot (5) est réalisé en matériau thermoplastique. 4.- Projectile selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite enveloppe externe (7) est réalisée en mousse thermoplastique. 5.- Projectile selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la paroi tubulaire (8) du culot (5) comporte une bague extérieure annulaire monobloc (10) qui s'étend au moins en partie en regard de sa paroi transversale avant (9). 6.- Projectile selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la paroi tubulaire (8) du culot (5) se prolonge au-delà de la paroi transversale avant (9) par une extension (21), pour former un logement (22) de réception de l'extrémité arrière (13) du noyau (6) en mousse d'aluminium. 7.- Projectile selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la paroi transversale (9) du culot (5) se prolonge vers l'avant par un tenon axial (12). 8.- Projectile selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite enveloppe externe (7) s'étend jusqu'au culot arrière (5) pour recouvrir l'intégralité de la face exposée du noyau (6). 9.- Projectile selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le noyau (6) comporte un évidement axial (20) débouchant dans sa face arrière (14) en regard de la paroi transversale avant (9) du culot (5). 10.- Projectile selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte un rétreint annulaire (23) entre ses extrémités avant (4) et arrière (2), correspondant à une diminution de diamètre, lequel rétreint (23) s'étend vers l'avant à partir de l'extrémité avant (21) du culot (5).