Brevet FR2977767A1 — publié le 20130118

DISPOSITIF D'ABSORPTION DE L'ONDE CHOC INITIALE D'UNE CHAUSSURE-OU D'UNE SUR-CHAUSSURE DE PROTECTION CONTRE LA DEPLAGRATION D'ENGINS EXPLOSIFS ET NOTAMMENT DES MINES ANTIPERSONNEL, Domaine d'application de l'invention L'invention s'applique aux chaussures de protection contre les mines antipersonnel les plus 10 performantes, notamment celles qui présentent un dièdre de dispersion du souffle dans sa partie inférieure, le pied de l'utilisateur reposant sur la partie horizontale et plate du dièdre dont la partie sommitale est tournée vers le soi. L'invention a pour objectif d'améliorer le niveau de protection de ce type de dispositif notamment par rapport à la protection des membres inférieurs, et notamment les os de la partie arrière du pied, 15 comme le calcanéum, et d'une manière générale de réduire considérablement la transmission de l'onde de choc initiale. L'expérience montre que les chaussures de protection contre les mines antipersonnel qui présentent un dièdre de dispersion sont une protection efficace contre l'onde de souffle. Différentes campagnes d'essais récentes ont démontré que les mesures de pression de l'air périphérique indiquent des valeurs plus élevées pour les chaussures présentant ce dispositif de 20 dièdre que celles mesurées à proximité des chaussures de protection équipées d'une semelle sans dièdre de dispersion. Cela démontre que l'énergie de l'onde de souffle est davantage absorbée et transmise à l'utilisateur par les chaussures sans dispositif de déflection. Plusieurs campagnes d'essais et de tests menées depuis 2002 ont permis de mieux connaître les phénomènes physiques en jeux lors du déclenchement d'une mine antipersonnel. Celles-ci ont 25 permis d'identifier et de caractériser la force qui est la plus destructrice : l'onde de choc initiale. Etat des connaissances Nos dernières campagnes d'essai, grâce à un dispositif de mesure sophistiqué, nous ont permis d'observer avec plus de précision la nature des efforts en jeu lors de l'explosion d'un explosif de type mine antipersonnel. Il ressort que la surface exposée d'une chaussure,de protection contre les 30 mines antipersonnel ne doit pas présenter une surface plane, même si celle-ci fait partie d'un ensemble absorbant ou s'érodant, En effet, il faut distinguer les effets de l'onde de souffle et de l'onde de choc initiale. L'onde de souffle qui se déploie de Manière quasi instantanée doit être déviée pour qu'elle ne transmette pas son énergie mécanique au pied de l'utilisateur. Dans le cas d'une surface plane 35 exposée à la menace, cette énergie, même transmise par l'intermédiaire d'un dispositif d'absorption tels qu'ils sont développés à ce jour, ne sera pas assez réduite pour qu'elle ne produise pas de traumatisme irréversible à l'utilisateur. En cela les brevets d'invention US « Jordan 1959, 1070, 3,516,181, le brevet GB Dalzeil-Goldsmith-Hudson 1987, 2191384A,'et le brevet « Peche-Gaultier-Peltzer 1999 n°9902150,' avaient pris en compte cette donnée.. [2] Une surface plane, même composée de matériaux auto érodant ou absorbants, d'une part n'évitera pas la formation de la boule de feu, et d'autre part transmettra la plus grande partie de cette énergie à l'utilisateur pour la simple cause que la vitesse de réalisation des effets de la menace dépasse la plupart des capacités d'absorption mécaniques des matériaux, un principe aérodynamique (la déflection) sera forcément plus efficace car le délai de réponse est immédiat, les faces du dièdres doivent être les moinsrecouvertes possible de dispositifs permettant la marche, ou bien ceux-ci doivent présenter une forme facilitant l'évacuation du souff#e, D'autre part l'onde de choc initiale, souvent ignorée des travaux précédents, qui se produit dès la première milliseconde, brisera probablement en profondeur toutes les caractéristiques de résistance 10 mécanique des matériaux connus si ils présentent une structure horizontale, donc non tridimensionnelle. Nos travaux ont permis d'en déterminer les caractéristiques de vitesse. de transmission et de niveau d'énergie. Ils montrent qu'il faut donc à la fois réduire la surface de transmission de cette onde de choc initiale, et offrir une résistance mécanique suffisante pour que le reste du dispositif de déviation et d'absorption conserve suffisamment de cohésion structurelle et 15 mécanique pour qu'il remplisse sa fonction. La théorie du changement de milieux n'est donc pas suffisante dans ce cas, elle doit être associée à une structure tridimensionnelle. La plupart des autres dispositifs ne prennent pas suffisamment en compte deux paramètres importants La limite de résistance mécanique des os du pied nécessite que la déviation/absorption des 20 énergies produites par la menace soit la plus rapide possible. Les structures « plates », pour des raisons aérodynamiques évidentes, ne sont pas favorables car elles ne peuvent que transmettre au membre inférieur Lin niveau d'énergie destructrice résiduelle qui ne peut être sans conséquences irréversibles pour les membres inférieurs, Le facteur terrips, car les effets les plus destructeurs pour l'utilisateur se produisent dès la 25 première milliseconde, il est donc primordial de prendre en compte ce facteur dans la conception d'un dispositif. Une structure capable d'offrir suffisamment de résistance mécanique lors de cette première milliseconde est nécessaire. Il est rappelé que nous ne sommes pas dans un contexte balistique (pas de déplacement de masse), que les vitesses mesurées des ondes d'énergie posent des problèmes de moyens de mesure qui sont très 30 lourds (que nous avons utilisés), et qui sont à la limite des lois de physique classiquement utilisées dans ce contexte. If est confirmé que l'utilisation d'un dièdre de dispersion du souffle permet la limitation des destructions initiales du dispositif de protection lors de ta propagation de l'onde de choc initiale. Une structure tridimensionnelle sous forme de poutre dont la plus faible surface (l'arrête inférieure du 35 dièdre) est exposée, est à ce jour la structure la plus performante pour répondre à cette nécessité vitale. Toutes les structures qui jouent sur des facteurs d'absorption (amortissement, érosion; circulation de l'air entre deux milieux, par exemples), ne prendraient en fait en compte que lès énergies produites vers la fin de l'explosion de la menace, et celles-ci sont de loin les énergies les plus faibles produites. Description de l`invention Afin d'améliorer la résistance à l'onde de choc initiale et améliorer globalement le niveau de protection d'une chaussure de protection contre les mines antipersonnel présentant un dièdre de dispersion du souffle dans sa partie inférieure, il faut à la fois augmenter la durée de vie de la partie sommitale du dièdre pour que la structure du dièdre se déforme le moins rapidement possible, et dissocier la cohésion mécanique des faces latérales du dièdre par rapport à sa face supérieure sur laquelle repose le pied de d'utilisateur. 10 Le dispositif selon la présente invention a de préférence les caractéristiques suivantes : + La première caractéristique a pour objet de réaliser une forme de poutre de section triangulaire dans la partie sommitale du dièdre (1). Celle-ci est réalisée par la mise en place d'un noyau (2) en matériau cellulaire permettant la disposition des différentes couches de tissus d'aramide à l'intérieur du moule de fabrication. Le résultat de ce mode de conception 15 est une tenue mécanique améliorée sans pour autant alourdir le dispositif par le recours d'une augmentation des épaisseurs des faces inclinées du dièdre (3), et l'amélioration de l'effet barrière à la propagation de l'onde de choc par l'augmentation du phénomène de changement de milieu, et la création d'une seconde barrière mécanique à l'onde de souffle par la partie supérieure de la poutre (4) de section triangulaire. 20 - La seconde caractéristique a pour objectif de remplir le corps du dièdre par un dispositif d'absorption (5) de l'énergie avec un matériau cellulaire absorbant dont la face supérieure (6) permet la pose du pied de l'utilisateur. - La troisième caractéristique consiste à définir l'échantillonnage du module d'absorption pour lui permette d'être suffisamment résistant pour supporter la pression du pied d'un utilisateur 25 dont la masse peut être alourdie par son équipement et le saut d'un obstacle, et suffisamment friable pour s'écraser dés le début de la propagation de l'onde de souffle. Les capacités d'absorption mécaniques de ce module d'absorption tendent à être proches des capacités mécaniques de résistance des os de la partie inférieure du membre inférieur. - La quatrième caractéristique est de réaliser le module d'absorption (5) par des billes friables 30 contenues dans une gangue en élastomère. Le résultat de ce mode de réalisation est une structure homogène qui permette par son écrasement d'absorber suffisamment d'énergie provenant de l'onde choc initiale lors de i'expbsition de la menace - La cinquième caractéristique est de réaliser un sous-ensemble dièdre/module d'absorption homogène pouvant s'intégrer à une chaussure ou une sur-chaussure de protection contre les 35 mines antipersonnel, en respectant la nécessaire cohésion avec la partie haute de la chaussure (ou tige) (7) ou de la sur-chaussure par une forme en « U » des faces d'assemblage formée par la face supérieure du dispositif d'absorption (6) et les rebords de la partie supérieure des faces du dièdre de dispersion (8). Mode préféré de réalisation Le dièdre de dispersion est réalisée à partir d'un matériau composite composé de couches de tissus (l'armature) et de résine synthétique (le liant) Comme par exemple des tissus de fibre de verre associes a une résine polyester. Ce dièdre de dispersion est réalisé dans un moule ouvert, on dispose les premières couches de tissus. On place ensuite le noyau (2) réalisé en matériau cellulaire. On place ensuite les autres couches de l'armature. On ferme le moule par l'assemblage de son couvercle en deux parties, 10 On injecte la résine synthétique selon les paramètres de température et de pression prédéfinis selon la résine utilisée. Après refroidissement du moule et polymérisation de la résine, on retire la partie basse du couvercle qui avait permis de mouler les faces internes du dièdre de dispersion. Le volume ainsi obtenu correspond au volume du dispositif d'absorption (5). 15 Après re-fermeture du moule par le couvercle débarrassé de sa partie basse, on injecte le mélange bines/résine élastomère selon` les paramètres d'injection prédéfinis. Après polymérisation du mélange billes/résine élastomère et refroidissement du moule, on dépose le couvercle. On peut maintenant démouler l'ensemble dièdre de dispersion/dispositif d'absorption. 20 Dessins annexés La figure 1 représente l'invention en coupe longitudinale et illustre les composants du dispositif de dispersion/absorption : Un dièdre de dispersidn dont l'arrête sommitale (1) est renforcée par une forme de poutre triangulaire (2) pour résister à l'onde de choc initiale 25 Des picots de soutien du.dièdre permettant la marche (9) dont la forme n'offre que peu de résistance au souffle Un dispositif d'absorption (5) qui permet d'obtenir un dispositif d'absorption de l'onde de choc par son écrasement réalisé par la destruction des billes friables le constituant, et une surface supérieure (6) permettant la pose du pied de l'utilisateur (10) protégé par la tige en tissu composite résistant aux éclats (7) La figure 2 représente l'invention en coupe transversale et illustre les composants du dispositif de dispersion/absorption Un dièdre de dispersion dont l'arrête sommitale (1) et les faces inclinées (3) dispersent l'onde de souffle Des picots de soutien du diédre permettant la marche (9) Un dispositif d'absorption (5) qui permet d'obtenir un dispositif d'absorption de l'onde de chou par son écrasement réalisé par la destruction des billes friables le constituant, et une surface supérieure (6) permettant la pose du pied de l'utilisateur (10) Un dispositif d'assemblage avec la partie haute de la chaussure ou tige (7) par des rebords verticaux (8) des faces du dièdre La figure 3 représente l'invention en coupe transversale et détaille les composants du dispositif d'absorption : + Une arrête sommitale (1) du dièdre (3) dont la résistance est obtenue par la section en triangle (4), obtenue par la stratification du noyau (2) réalisé en matériau cellulaire Un dispositif d'absorption (5) formé de billes friables prises dans un résine d'élastomère Un assemblage de la partie haute de la chaussure, ou tige (7) en forme de « U » réalisée par le dessus du dispositif d'absorption (6), et les retours latéraux du dièdre (8), permettant l'homogénéïté de l'assemblage