Brevet FR2989372A1 — publié le 20131018

PROCEDE D'ELABORATION DE MATERIAU OBSCURANT Le domaine de l'invention est celui des matériaux obscurants, qui par leurs propriétés d'absorption, de réflexion ou de diffusion vis-à-vis d'une 5 onde incidente, empêchent la localisation ou l'identification d'une cible placée derrière ce matériau. De manière générale, les longueurs d'onde utilisées pour la détection, la localisation ou l'identification d'une cible se situent dans le domaine visible (400-800 nm), dans le domaine infrarouge (bandes 2-5 et 8- 10 12 pm) et dans le domaine des hyperfréquences (bandes millimétriques et centimétriques). Une absorption ou une diffusion (par réflexion multiple) du rayonnement électromagnétique peut être obtenue dans ces différents domaines, en interposant des particules de dimensions adaptées au domaine de longueurs d'onde à absorber et/ou possédant des propriétés 15 spécifiques vis-à-vis du rayonnement considéré. Par ailleurs, un obscurant étant un dispositif destiné plus spécifiquement au champ de bataille, les contraintes de légèreté et de facilité de mise en oeuvre sont prépondérantes. Actuellement, les obscurants utilisés dans le domaine infrarouge 20 sont soit des poudres métalliques, soit des "fumées" formées de microparticules, comme dans le cas de la combustion de caoutchouc, soit encore des nuages chimiques à base de chlorures inorganiques. Dans le cas des particules, la durée de vie de l'obscurant est généralement assez brève du fait de leur poids important. Et dans le cas de l'emploi de chlorures 25 minéraux, il se pose d'importants problèmes de pollution, car l'hydrolyse des chlorures minéraux dégage de grandes quantités d'acide chlorhydrique. Dans ce contexte, il apparaît intéressant de s'orienter vers d'autres types de matériaux et notamment vers les polymères conducteurs tels que le polypyrrole, la polyaniline, le polythiophène, qui présentent une 30 grande innocuité et une faible densité qui permettrait de prolonger leur durée de vie lorsqu'ils sont employés comme "nuage" ou "fumée" obscurants. En effet, ces matériaux présentent des caractéristiques très intéressantes pouvant être exploitées pour l'absorption dans le domaine de l'infrarouge ou la diffusion en millimétrique, en raison de leurs propriétés de 35 conduction. Pour cela, il est nécessaire de préparer des poudres de tailles de grains adaptées, voisines de la longueur d'onde à atténuer. Or actuellement, le diamètre des grains de polymère conducteur préparé par voie chimique sous forme de poudre n'excède pas le micron alors que les longueurs 5 d'ondes visées pour constituer des matériaux obscurants vont bien au-delà. C'est pourquoi l'invention propose un procédé d'élaboration de matériau obscurant comprenant la réalisation de particules de taille calibrée et nettement supérieure au micron. Plus précisément, l'invention a pour objet un procédé 10 d'élaboration de matériau obscurant, caractérisé en ce qu'il comprend : - la synthèse d'un latex de polymère conducteur ; - le séchage du latex de polymère conducteur, conduisant à la formation d'agrégats macroscopiques de particules de polymère conducteur ; 15 - la réduction des agrégats macroscopiques en agrégats microscopiques de taille calibrée. Un des avantages de l'invention réside dans l'utilisation de particules de latex présentant des tailles de particules plus importantes que celles obtenues avec le procédé classique de synthèse chimique. 20 De plus, lorsque les particules de latex ont été séchées, elles forment des agrégats de dimensions macroscopiques dont la taille est aléatoire et dont la cohésion mécanique est modérée. Il est ainsi possible, en soumettant ces caillots à un processus de broyage puis de tamisage de former et de sélectionner des agrégats microscopiques dont la taille 25 correspond bien aux dimensions que l'on souhaite atteindre pour la réalisation d'un obscurant type notamment obscurant infrarouge. De préférence, la réduction des agrégats macroscopiques est réalisée par broyage et tamisage. Ces deux opérations peuvent avantageusement être menées en présence d'agents de broyage type 30 boules d'alumine ou autres matériau non réactif et suffisamment dur. Les polymères conducteurs sont de préférence de type polypyrrole, polyaniline ou bien encore polytiophène. Le procédé selon l'invention s'applique particulièrement bien à la réalisation de particules de quelques dizaines de microns de diamètre en utilisant un tamis d'environ 35 100 pm. Pour disposer d'obscurant large bande couvrant les domaines allant de l'infrarouge au millimétrique, l'invention a également pour objet un procédé d'élaboration de matériau obscurant dans un domaine de longueur d'onde allant de l'infrarouge au millimétrique caractérisé en ce qu'il comprend : - l'élaboration d'une première population de particules conductrices obtenues par * synthèse d'un latex de polymère conducteur * séchage dudit latex conduisant à la formation d'agrégats o macroscopiques de particules de polymère conducteur * la réduction des agrégats macroscopiques en agrégats microscopiques d'environ quelques microns à quelques dizaines de microns - l'élaboration d'une deuxième population de particules isolantes 15 de plusieurs centaines de microns de diamètre, recouvertes de polymère conducteur ; - le mélange des deux populations de particules de granulométrie différente. Pour disposer de particules bien calibrées dans le domaine 20 millimétrique il peut être très avantageux d'utiliser des particules isolantes de poly(hydroxyéthylméthacrylate) réticulé, encore dénommé pHEMA. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et de la figure annexée : 25 - la figure 1 illustre la granulométrie de particules obtenues avec un exemple de procédé selon l'invention. Un premier objet de l'invention est de préparer des particules pouvant être utilisées comme obscurant et notamment dans le domaine infrarouge. Pour illustrer cet objet, nous allons décrire un exemple de 30 procédé selon lequel les particules sont des particules de polypyrrole : Dans un premier temps un latex de polypyrrole est préparé de la façon suivante : Dans un réacteur de 5 litres muni d'une agitation mécanique, on dissout 1kg de FeCl3, 6H20 dans 3 litres d'eau désionisée. Après 35 dissolution, on ajoute une émulsion constituée d'1kg de solution aqueuse de 25 % de sel de sodium de l'acide polyvinylsulfonique et de 100 g de pyrrole dans 1,1 litre d'eau. Après 24 heures, le précipité noir est filtré sur Büchner et lavé par de l'eau désionisée jusqu'à ce que la conductivité des eaux de lavage soit inférieure à 1ms. Le produit est séché sous vide à température ambiante. Dans un second temps, le solide précédemment obtenu est déposé avec quelques billes d'alumine de 5-6 cm de diamètre (utilisées comme agents de broyage) dans un tamis 100 pm, l'ensemble étant recouvert d'un couvercle. Le produit tamisé est recueilli dans un récipient placé sous le tamis. L'ensemble est mis en mouvement (rotation excentrique) pendant un temps suffisant pour que la majorité du produit ait été broyée. Après cette opération, et quelle que soit la granulométrie initiale des agglomérats macroscopiques on obtient une distribution de tailles comprises entre 3 et 20 pm comme l'illustre la figure 1 portant le pourcentage de particules en fonction de leur diamètre de grain. Les performances obtenues avec ce type de particules sont les suivantes : En matière d'absorption, on peut caractériser les obscurants par leur coefficient d'extinction a(m2/g) défini selon la relation classique 20 suivante - 1/10 avec 10 intensité d'un faisceau optique incident I intensité du même faisceau en sortie de l'obscurant I : épaisseur de nuage obscurant 25 C : concentration de l'obscurant A titre comparatif, il apparaît qu'une poudre de polypyrrole préparée selon le procédé précédemment décrit, présente un coefficient a moyen de 0,42 m2/g dans l'IR (bandes I, II et III) alors qu'une poudre de carbone prévue pour être utilisée comme obscurant infrarouge présente un 30 coefficient a moyen de l'ordre de 0,24 m2/g. Il s'ensuit que pour obtenir un niveau d'atténuation de -10 dB lors de la réalisation d'un nuage de dimensions 8 x 10 x 8 m3 (destiné par exemple au camouflage d'un char), il est nécessaire d'utiliser 800 g de poudre de carbone, alors que 500 g de poudre de polypyrrole suffisent. Un autre objet de l'invention est de préparer des obscurants large bande, présentant plusieurs type de population de particules de polymère conducteur. Le procédé selon l'invention consiste en la réalisation à la fois de particules de plusieurs dizaines de microns de diamètre et en la réalisation de particules de plusieurs centaines voir plusieurs milliers de microns. Pour l'élaboration de particules de taille importante, on peut synthétiser dans un premier temps des particules isolantes hydrophiles de diamètre élevé. L'utilisation d'un polymère hydrophile confère au substrat particulier, une bonne compatibilité vis-à-vis du polymère conducteur, électriquement chargé. A titre d'exemple, nous allons décrire l'emploi de poly(hydroxyéthylmétacrylate) réticulé comme polymère isolant (pHEMA), le polymère conducteur étant le polypyrrole. La synthèse de billes de pHEMA est décrite dans la littérature (Polymer, 1992, 33 (15), 3257). En ajustant les conditions de synthèse, la taille des particules peut être contrôlée finement, conduisant à 6 distributions types (65-170 pm ; 280-450 pm ; 320-480 pm ; 540-740 pm ; 600-850 pm ; 1100-1900 pm), bien adaptées au domaine de longueurs d'onde à atténuer. Un mélange en proportions adéquates de ces diverses 20 populations est mis en suspension sous faible agitation dans une solution de chlorure ferrique FeCI3. Le monomère pyrrole est ensuite introduit en quantité telle que le rapport [FeCI3]/[pyrrole] soit voisin de 2,33. Le polymère conducteur se dépose à la surface des billes isolantes sur une épaisseur voisine du micron. Les billes enduites sont ensuite lavées dans un bain 25 d'eau désionisée afin d'éliminer les sels ferriques résiduels, puis séchées. Cette population de particules est alors mélangée avec une population de particules de plus petit calibre (quelques dizaines de microns) préparée selon le procédé de l'invention. L'ensemble de ces différentes particules constitue un obscurant 30 pouvant notamment être répandu par des moyens pyrotechniques. REVENDICATIONS1. Procédé d'élaboration de matériau obscurant caractérisé en ce qu'il comprend : - la synthèse d'un latex de polymère conducteur ; - le séchage du latex de polymère conducteur, conduisant à la formation d'agrégats macroscopiques de particules de polymère conducteur ; - la réduction des agrégats macroscopiques en agrégats 10 microscopiques de taille calibrée. 2. Procédé d'élaboration de matériau obscurant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réduction des agrégats macroscopiques est réalisée par broyage et tamisage. 3. Procédé d'élaboration de matériau obscurant selon la 15 revendication 2, caractérisé en ce que : - le broyage est effectué sur un mélange d'agrégats macroscopiques de polymère conducteur et d'agents de broyage de type billes d'alumine, par une mise en rotation dudit mélange ; - le tamisage est ensuite effectué sur le mélange broyé. 20 4. Procédé d'élaboration de matériau obscurant les infrarouge selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le tamis est d'environ 100 pm et que les agrégats microscopiques ont une distribution de taille comprise entre quelques microns et une vingtaine de microns. 5. Procédé d'élaboration de matériau obscurant dans un domaine 25 de longueur d'onde allant de l'infrarouge au millimétrique caractérisé en ce qu'il comprend : - l'élaboration d'une première population de particules conductrices obtenues par * synthèse d'un latex de polymère conducteur 30 * séchage dudit latex conduisant à la formation agrégats macroscopiques de particules de polymère conducteur * réduction des agrégats macroscopiques en agrégats microscopiques d'environ quelques microns à quelques dizaines de microns- l'élaboration d'une deuxième population de particules isolantes de plusieurs centaines de microns de diamètre, recouvertes de polymère conducteur ; - le mélange des deux populations de particules de granulométrie 5 différente. 6. Procédé d'élaboration de matériau obscurant selon la revendication 5, caractérisé en ce que les particules isolantes sont des billes de poly(hydroxyéthylméthacrylate) réticulé. 7. Procédé d'élaboration de matériau obscurant selon l'une des 10 revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le polymère conducteur est de type polypyrrole, polytiophène ou polyaniline.