Brevet FR2984484A1 — publié le 20130621

La présente invention concerne un système de mise à feu de plusieurs ensembles de détonateurs électroniques. De manière générale, la présente invention concerne le domaine des travaux à l'explosif mettant en oeuvre un très grand nombre de détonateurs électroniques déclenchés selon une séquence temporelle précise, également appelée plan de tir. Un tel système de mise à feu de plusieurs ensembles de détonateurs électroniques est notamment décrit dans le document WO 97/45696. De manière générale, dans un tel système de mise à feu, un ensemble de détonateurs électroniques est connecté à une ligne de tir reliée à une unité de commande de tir locale. Cette unité de commande de tir locale est conçue pour permettre la mise à feu des détonateurs électroniques reliés à la ligne de tir, à partir d'une information de mise à feu adressée par voie radio par une unité de commande de tir distante. L'unité de commande de tir distante contrôle ainsi l'unité de commande de tir locale tant lors de phases de test pour vérifier le bon fonctionnement de chaque détonateur électronique que pour la phase de mise à feu proprement dite de ces détonateurs électroniques. Dans une telle architecture de système de mise à feu, et compte tenu des pertes créées par les différents câbles de liaison et de connexion et les éventuelles fuites de courant, un nombre limité de détonateurs électroniques, par exemple de l'ordre de 1500, peut être connecté à une même ligne de tir reliée à une unité de commande de tir locale. Lorsqu'un nombre supérieur de détonateurs électroniques est requis 30 dans le système de mise à feu, plusieurs unités de commande de tir locales peuvent être mises en oeuvre en parallèle et commandées par voie radio par l'unité de commande de tir distante. Toutefois, il est alors nécessaire d'adresser des ordres de mise à feu distincts à chaque unité de commande de tir distante. Un tel système est notamment décrit dans le document FR 2 955 933. Toutefois, même en synchronisant au niveau de l'unité de commande de tir distante, l'envoi des ordres de mise à feu aux différentes unités de commande de tir locales, les différentes durées de propagation des signaux à destination de ces unités de commande de tir locales entraînent nécessairement une désynchronisation des ordres de mise à feu. Un tel système n'est pas adapté à commander l'ensemble des détonateurs électroniques si ces derniers constituent un unique plan de tir du fait de la désynchronisation dans les ordres de mise à feu. La présente invention a pour but de résoudre au moins un des inconvénients précités et de proposer un système de mise à feu de plusieurs ensembles de détonateurs électroniques à partir d'un déclenchement de tir contrôlé par une unité de commande de tir distante. A cet effet, la présente invention concerne un système de mise à feu de plusieurs ensembles de détonateurs électroniques, chaque ensemble de détonateurs électroniques étant connecté à une ligne de tir reliée à une unité de commande de tir locale. Selon l'invention, au moins une des unités de commande de tir locales comprend un détonateur de synchronisation connecté à une ligne de tir reliée à une unité de commande de tir locale maître choisie parmi les unités de commande de tir locales. Ainsi, une ou plusieurs unités de commande de tir locales sont reliées par un détonateur de synchronisation à une ligne de tir associée à une unité de commande de tir locale maître. Un tel montage permet au niveau d'une unité de commande de tir distante de déclencher la mise à feu de l'ensemble des détonateurs 30 électroniques du système. Le détonateur de synchronisation permet de réaliser cette mise à feu de manière synchronisée pour les différents ensembles de détonateurs électroniques, selon un plan de tir unique. Selon une caractéristique de l'invention, plusieurs unités de commande de tir locales comprennent respectivement un détonateur de synchronisation connecté à la ligne de tir de l'unité de commande de tir locale maître. Comme indiqué précédemment, l'utilisation de plusieurs unités de commandes de tir locales connectées par un détonateur de synchronisation à l'unité de commande de tir locale maître permet d'augmenter le nombre de détonateurs électroniques d'un même plan de tir. Selon un mode de réalisation de l'invention, le détonateur de synchronisation est raccordé à une entrée d'un microcontrôleur d'au moins une des unités de commande de tir locales, la mise à feu du détonateur de synchronisation pilotant un ordre de mise à feu via le microcontrôleur d'un ensemble de détonateurs électroniques connectés à la ligne de tir reliée à cette unité de commande de tir locale. Dans un mode de réalisation pratique de l'invention, le détonateur de synchronisation comprend un module d'allumage électronique adapté à générer une impulsion électrique à l'entrée du microcontrôleur. Afin d'autoriser la mise à feu de plusieurs ensembles de détonateurs électroniques selon un plan de tir global, les détonateurs électroniques comportent des moyens de mémorisation d'un retard de mise à feu programmable, les retards de mise à feu des détonateurs électroniques de plusieurs ensembles étant programmés selon un plan de tir global. En pratique, le retard de mise à feu programmé pour les détonateurs électroniques connectés à la ligne de tir reliée à l'unité de commande locale maître est incrémenté d'une valeur de compensation égale à une durée de propagation de l'ordre de mise à feu entre l'unité de commande de tir locale maître et l'entrée du microcontrôleur d'au moins une des unités de commande de tir locales. 2 9844 84 4 La programmation des retards de mise à feu tient ainsi compte du temps de propagation de l'ordre de mise à feu entre l'unité de commande de tir locale maître et les autres unités de commande de tir locales. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront 5 encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés, donné à titre d'exemples non limitatifs : - la figure 1 est une illustration schématique d'un système de mise à feu de plusieurs ensembles de détonateurs électroniques selon un mode de réalisation de l'invention ; 10 - la figure 2 est un schéma illustrant un module d'allumage électronique d'un détonateur électronique ; et - la figure 3 est un schéma illustrant un module d'allumage électronique d'un détonateur de synchronisation raccordé à l'entrée d'un microcontrôleur. 15 On a illustré à la figure 1, un exemple d'un système de mise à feu constitué de plusieurs ensembles de détonateurs électroniques 11. Ces détonateurs électroniques 11 peuvent par exemple être similaires à ceux décrits dans le document WO 97/45696. Ce système comprend un nombre quelconque de détonateurs 20 électroniques 11 connectés à une ligne de tir 12 reliée à une unité de commande de tir locale 13. Les détonateurs électroniques 11 peuvent être utilisés en nombre important en montage parallèle sur une même ligne de tir 12, et par exemple être supérieurs à 1000. 25 Dans l'exemple de réalisation, 1500 détonateurs électroniques sont montés en parallèle sur une même ligne de tir 12. Les détonateurs électroniques 11 sont par exemple dotés d'une mémoire morte ROM stockant un identifiant unique du détonateur, par exemple sur 24 bits. 30 Ces détonateurs électroniques 11 sont adaptés à dialoguer avec l'unité de commande de tir locale 13, qui peut leur transmettre des ordres et recevoir des informations. 2 9844 84 5 Chaque détonateur électronique 11 comprend un module d'allumage électronique et une charge détonatrice. Le module d'allumage électronique permet notamment le transfert d'informations entre le détonateur électronique 11 et l'unité de commande de tir 5 locale 13, ou encore une console de programmation utilisée classiquement dans ce type de système pour programmer les séquences de tir également appelées « plan de tir ». Le module d'allumage électronique de chaque détonateur électronique 11 comporte également des moyens de mémorisation d'un retard 10 de mise à feu programmable selon le plan de tir choisi. Un exemple d'un module d'allumage électronique d'un détonateur électronique 11 est illustré à la figure 2. En particulier, ce module d'allumage électronique comprend un condensateur de tir CTIR adapté à emmagasiner l'énergie nécessaire à la mise 15 à feu du détonateur électronique 11. Le condensateur de tir CTIR est monté en série avec une résistance de charge Rc et connecté à un circuit intégré de commande, entre une entrée de charge CLOAD et la masse GND. Une résistance chauffante Rf est montée en parallèle avec le 20 condensateur de tir CTIR, et plus précisément entre l'entrée de charge CLOAD et une entrée de commande de tir CTIR du circuit intégré de commande. En fonctionnement normal, l'énergie électrique emmagasinée dans le condensateur de tir CTIR est libérée au travers de la résistance chauffante Rf. L'élévation de température de la résistance chauffante Rf associée 25 au détonateur électronique 11 initie la mise à feu de la chaine pyrotechnique associée à ce détonateur électronique 11. Chaque unité de commande de tir locale 13 comprend également un détonateur de synchronisation 14. Le détonateur de synchronisation 14 est raccordé à une entrée d'un 30 microcontrôleur 15 de chaque unité de commande de tir locale 13. On a illustré à la figure 3 un exemple de réalisation du module électronique d'un tel détonateur de synchronisation 14 raccordé à une entrée d'un microcontrôleur 15. Le détonateur de synchronisation 14 intègre un module d'allumage électronique dont la structure correspond à une variation de la conception du module d'allumage électronique d'un détonateur électronique 11 tel que décrit précédemment en référence à la figure 2. Ainsi, les éléments en commun avec ce détonateur électronique 11 portent les mêmes références et n'ont pas besoin d'être redécrits en détail ici. Dans son principe, le détonateur de synchronisation 14 se distingue du détonateur électronique 11 par l'absence de la résistance chauffante Rf, qui est remplacée par un circuit de couplage avec un optocoupleur. Ainsi, en parallèle du condensateur de tir CTIR est monté un circuit constitué d'une résistance RLim associée à un optocoupleur 16. Ainsi, l'énergie électrique emmagasinée dans le condensateur de tir CTIR est libérée pour déclencher l'optocoupleur 16. La mise à feu de ce détonateur de synchronisation 14 génère alors une impulsion électrique sur l'entrée du microcontrôleur 15 montée en sortie de l'optocoupleur 16. On notera que le détonateur de synchronisation 14 ne comporte pas de charge détonatrice et peut être utilisé autant de fois que nécessaire. Ainsi, au niveau de chaque unité de commande de tir locale 13, la mise à feu du détonateur de synchronisation 14 pilote un ordre de mise à feu par l'intermédiaire du microcontrôleur 15 de l'ensemble de détonateurs électroniques 11 connectés à la ligne de tir 12 reliée à cette unité de commande de tir locale 13. La mise à feu des détonateurs électroniques 11 ainsi reliés à la ligne de tir 12 peut être déclenchée en conformité avec le retard de mise à feu programmable mémorisé dans la mémoire associée à chaque détonateur électronique 11 selon un plan de tir prédéfini. Afin de réaliser la synchronisation totale de la mise à feu de tous les détonateurs électroniques 11 reliés à chaque unité de commande de tir locale 2 9844 84 7 13 du système, on choisit parmi les unités de commande de tir locales 13 une unité de commande de tir locale maître, identifiée dans la suite par la référence 13M. Les autres unités de commande de tir locales 13 du système sont 5 alors considérées comme des unités de commande de tir locales esclaves identifiées dans la suite par la référence 13S. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, le système de mise à feu comporte ainsi deux unités de commande de tir locales esclaves 13S. Dans le système de mise à feu, l'unité de commande de tir locale 10 maître 13M et les unités de commande de tir locales esclaves sont reliées par voix radio à une unité de commande de tir distante 20, également appelée console de mise à feu 20. Afin de réaliser la synchronisation de la mise à feu de l'ensemble des détonateurs électroniques 11, le détonateur de synchronisation 14 de chaque 15 unité de commande de tir locale esclave 13S est connecté à la ligne de tir 12 reliée à l'unité de commande de tir locale maître 13M. On notera que le détonateur de synchronisation 14 de l'unité de commande de tir locale maître 13M est alors inutilisé. Dès lors que toutes les unités de commande de tir locales 13 20 comportent un détonateur de synchronisation 14, il est possible d'assigner le rôle de maître à n'importe laquelle d'entre ces unités de commande de tir locales 13 au moment de la connexion du système. Le détonateur de synchronisation 14 des unités de commande de tir locales esclaves 13S est vu par l'unité de commande de tir locale maître 13M 25 comme un détonateur électronique 11 de la ligne de tir 12 qui lui est associée, intégré ainsi à son plan de tir. Ainsi, lorsqu'un tir est déclenché au niveau de l'unité de commande de tir distante 20 à destination de l'unité de commande de tir locale maître 13M, cette dernière pilote la mise à feu de l'ensemble des détonateurs 11, 14 reliés à 30 la ligne de tir 12 associée à l'unité de commande de tir locale maître 13M par l'intermédiaire de son microcontrôleur 15. Ainsi, outre le déclenchement des détonateurs électroniques 11 associés à la ligne de tir 12 reliée à l'unité de commande de tir locale maître 13M, les détonateurs de synchronisation 14 des unités de commande de tir locales esclaves 13S sont également mis à feu de manière à piloter au niveau de chaque unité de commande de tir locale esclave 13S la mise à feu des détonateurs électroniques 11 associés. Ainsi, à partir du déclenchement d'un tir unique en provenance de l'unité de commande de tir distante 20, il est possible de déclencher de manière synchronisée l'ensemble des détonateurs électroniques 11 du système. Pour cela, les retards de mise à feu mémorisés dans chaque détonateur électronique 11 des différents ensembles, associés à chaque unité de commande de tir locale 13 sont programmés selon un plan de tir global. En particulier, le retard de mise à feu programmé pour les détonateurs électroniques 11 connectés à une ligne de tir 12 reliée à l'unité de 15 commande de tir locale maître 13M est incrémenté d'une valeur de compensation égale à la durée de propagation de l'ordre de mise à feu entre l'unité de commande de tir locale maître 13M et l'entrée du microcontrôleur 15 des unités de commande de tir locales esclaves 13S. Cette valeur de compensation permet ainsi de prendre en compte 20 dans le plan de tir le retard dans la réception de l'ordre de mise à feu par chaque unité de commande de tir locale esclave 13S, du fait de sa transmission par l'intermédiaire de l'unité de commande de tir locale maître 13M. Le système de mise à feu décrit précédemment permet ainsi la mise à feu de manière synchronisée d'un nombre très important de détonateurs 25 électroniques, et par exemple supérieur à 4000, selon un plan de tir global. Ainsi, le système de mise à feu décrit précédemment se comporte comme s'il n'existait qu'une seule unité de commande de tir locale 13 capable de piloter de manière synchronisée l'ensemble des détonateurs électroniques 11. 30 A titre d'exemples non limitatifs, la précision de synchronisation des différentes unités de commande de tir locales 13 est inférieure à la centaine de microsecondes. 2 9844 84 9 Bien entendu, afin d'assurer la sécurité lors de la mise à feu de l'ensemble des détonateurs électroniques 11 selon le plan de tir global, le processus de synchronisation est vérifié par un test spécifique avant son utilisation. 5 Le test de synchronisation est géré par l'unité de commande de tir distante 20. En pratique, ce test de synchronisation consiste tout d'abord à commander chacune des unités de commande de tir locales esclaves 13S pour qu'elles se positionnent dans un mode de détection d'un signal de mise à feu. 10 L'unité de commande de tir distante 20 envoie ensuite un ordre à l'unité de commande de tir locale maître 13M pour mettre à feu les détonateurs de synchronisation 14 des unités de commande de tir locales esclaves 13S. Ensuite, l'unité de commande de tir distante 20 demande à chaque unité de commande de tir locale esclave 13S de confirmer la détection de l'impulsion de mise à feu sur l'entrée de chaque microcontrôleur 15 relié à la sortie du détonateur de synchronisation 14 de chaque unité de commande de tir locale esclave 13S. Il est important lors de ce test de synchronisation de n'autoriser la mise à feu que des détonateurs de synchronisation 14 et non des détonateurs électroniques 11 reliés à la ligne de tir 12, elle-même connectée à l'unité de commande de tir locale maître 13M. En pratique, une étape de vérification permet de s'assurer, par mesure de la tension existante aux bornes de chaque condensateur de tir CTIR de chaque détonateur électronique 11, que seuls les condensateurs de tir CTIR des détonateurs de synchronisation 14 sont chargés. On notera que les procédures de synchronisation, de vérification et de mise en place du plan de tir au niveau de chaque unité de commande de tir locale 13 sont réalisées de manière classique par pilotage en mode radio à partir de l'unité de commande de tir distante 20. Une fois que toutes les unités de commande de tir locales 13 ont été vérifiées et sont prêtes pour l'étape de mise à feu, les unités de commande de tir locales esclaves 13S sont positionnées dans un état d'attente d'un ordre de mise à feu provenant de leur détonateur de synchronisation 14 alors que l'unité de commande de tir locale maître 13M reçoit l'ordre de tir grâce à une liaison radio avec l'unité de commande de tir distante 20. Du fait du montage des détonateurs de synchronisation 14 sur le même bus de communication que les détonateurs électroniques 11, toute perturbation susceptible de gêner la synchronisation au moment de la mise à feu est décelée pendant les phases de communication et de test des détonateurs électroniques 11, mises en oeuvre classiquement avant l'étape de mise à feu d'un tel système. Par ailleurs, l'ordre de tir provenant de l'unité de commande de tir distante 20 contrôlant à la fois les détonateurs électroniques 11 de la ligne de tir liée à l'unité de commande de tir locale maître 13M et les détonateurs de synchronisation 14 des unités de commande de tir locales esclaves 13S, il existe peu de risques de mettre à feu les détonateurs électroniques 11 de la ligne de tir 12 associée à l'unité de commande de tir locale maître 13M sans déclencher la mise à feu des détonateurs électroniques 11 associés aux unités de commande de tir locales esclaves 13S. REVENDICATIONS1. Système de mise à feu de plusieurs ensembles de détonateurs électroniques (11), chaque ensemble de détonateurs électroniques (11) étant connecté à une ligne de tir (12) reliée à une unité de commande de tir locale (13), caractérisé en ce qu'au moins une desdites unités de commande de tir locales (13S) comprend un détonateur de synchronisation (14) connecté à une ligne de tir (12) reliée à une unité de commande de tir locale maître (13M) choisie parmi lesdites unités de commande de tir locales (13). 2. Système de mise à feu conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que plusieurs unités de commande de tir locales (13S) comprennent respectivement un détonateur de synchronisation (14) connecté à la ligne de tir (12) de ladite unité de commande de tir locale maître (13M). 3. Système de mise à feu conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit détonateur de synchronisation (14) est raccordé à une entrée d'un microcontrôleur (15) de ladite au moins une des unités de commande de tir locales (13), la mise à feu dudit détonateur de synchronisation (14) pilotant un ordre de mise à feu via ledit microcontrôleur (15) d'un ensemble de détonateurs électroniques (11) connecté à la ligne de tir (12) reliée à ladite au moins une des unités de commande de tir locales (13). 4. Système de mise à feu conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que le détonateur de synchronisation (14) comprend un module d'allumage électronique adapté à générer une impulsion électrique à l'entrée dudit microcontrôleur (15). 5. Système de mise à feu conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les unités de commande de tir locales (13) sont reliées par voie radio à une unité de commande de tir distante (20). 6. Système de mise à feu conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdits détonateurs électroniques (11) comportent des moyens de mémorisation d'un retard de mise à feu programmable, les retards de mise à feu des détonateurs électroniques (11) desdits plusieurs ensembles étant programmés selon un plan de tir global. 7. Système de mise à feu conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que le retard de mise à feu programmé pour les détonateurs électroniques (11) connectés à la ligne de tir (12) reliée à ladite unité de commande de tir locale maître (13M) est incrémenté d'une valeur de compensation égale à une durée de propagation de l'ordre de mise à feu entre ladite unité de commande de tir locale maître (13M) et une entrée d'un microcontrôleur (15) de ladite au moins une desdites unités de commande de tir locales (13S).