Brevet FR3006433A1 — publié le 20141205

Le domaine technique de l'invention est celui des composants pyrotechniques et en particulier des initiateurs opto pyrotechniques. De tels initiateurs sont bien connus, par exemple par le brevet FR2914056. Ces composants comprennent au moins upe composition pyrotechnique (ou un explosif) qui est initiable à partir d'une impulsion lumineuse laser qui lui est transmise par une extrémité d'une fibre optique. Ces composants pyrotechniques présentent comme avantage 10 majeur d'utiliser un signal optique qui est insensible aux perturbations électromagnétiques. La sécurité de tels composants est donc optimale. Le brevet FR2914056 propose de positionner l'extrémité de la fibre optique directement en contact avec la composition 15 pyrotechnique pour améliorer la sensibilité du composant. Le brevet EP1067356 propose au contraire de mettre en oeuvre une interface optique permettant de focaliser l'énergie lumineuse. Cette interface comporte un barreau en verre à gradient d'indice qui permet la focalisation du rayonnement 20 fourni par la fibre. De nombreux travaux ont été ainsi conduits pour augmenter la sensibilité de ces composants afin d'éviter les non-feu, donc d'accroître leur fiabilité. Il est cependant aussi nécessaire d'augmenter le seuil de 25 mise à feu de ces composants afin d'accroître leur sécurité d'emploi. Cette dernière exigence peut paraître contradictoire avec celle relative à la sensibilité. Elle est pourtant indispensable pour permettre de définir un composant à la 30 fois fiable et utilisable en toute sécurité. Avec les composants pyrotechniques à initiation électrique on élève le seuil de mise à feu en modifiant la composition pyrotechnique elle-même, par exemple en lui incorporant un flegmatisant. Une telle solution n'est pas acceptable avec les initiateurs opto pyrotechniques car elle risquerait de conduire à un taux de non feu trop important. L'invention a pour but de proposer un initiateur opto 5 pyrotechnique pour lequel le seuil de non feu est élevé sans que la fiabilité de mise à feu soit altérée. Ainsi l'invention a pour objet un initiateur opto pyrotechnique comprenant au moins une composition pyrotechnique ou un explosif initiable à partir d'une 10 impulsion lumineuse laser transmise par une extrémité d'une fibre optique, initiateur caractérisé en ce que l'extrémité de la fibre optique est séparée de la composition ou de l'explosif à initier par un élément séparateur qui réduit la puissance transmise par la fibre. 15 Selon un premier mode de réalisation, l'élément séparateur pourra être réalisé en un matériau non transparent ayant une épaisseur choisie de façon à interdire le passage de l'impulsion laser jusqu'à un certain niveau de puissance ou pendant une certaine durée. 20 L'élément séparateur pourra ainsi être réalisé en papier ou en un matériau polymère. L'élément séparateur pourra être réalisé en métal, en particulier il pourra être formé par un dépôt métallique appliqué sur l'extrémité de la fibre. 25 Selon un deuxième mode de réalisation, l'élément séparateur pourra être réalisé en un matériau dichroïque choisi pour assurer une atténuation de l'impulsion laser d'initiation. Avantageusement le matériau dichroïque pourra assurer une 30 atténuation d'au moins 50% du rayonnement reçu pour la longueur d'onde de l'impulsion laser d'initiation. L'invention a également pour objet un dispositif d'initiation mettant en oeuvre un tel initiateur, dispositif d'initiation qui comprend également une source laser alimentée par un moyen de commande et reliée à la ou aux initiateurs par au moins une fibre optique. Selon un mode de réalisation, le moyen de commande sera conçu de façon à permettre de régler la durée et la puissance de la ou des impulsions laser de façon à assurer le passage de l'impulsion laser au travers de l'élément séparateur à l'issue d'un retard prédéfini. Selon un autre mode de réalisation pour lequel l'élément séparateur est réalisé en un matériau dichroïque, le dispositif d'initiation est tel que le moyen de commande permet de fournir au moins une impulsion laser ayant une longueur d'onde atténuée par le matériau dichroïque et une puissance supérieure ou égale à un seuil prédéfini assurant l'initiation malgré l'atténuation. D'autres avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation, description faite en référence aux dessins annexés et dans lesquels : - La figure 1 est une vue en coupe longitudinale schématique d'un premier mode de réalisation d'un initiateur selon l'invention, - La figure 2 est un schéma d'ensemble d'un dispositif d'initiation selon l'invention, - La figure 3 est une vue en coupe longitudinale schématique d'un deuxième mode de réalisation d'un initiateur selon l'invention, - La figure 4 est une vue en coupe longitudinale schématique d'un troisième mode de réalisation d'un initiateur selon l'invention, - La figure 5 montre une courbe caractéristique de réflectance d'un matériau dichroïque. En se reportant à la figure 1, un initiateur 1 selon un mode de réalisation de l'invention comporte une composition pyrotechnique (ou un explosif) 2 disposé à l'intérieur d'une alvéole métallique 3. Cette composition ou cet explosif peut être initié_ à partir de l'énergie lumineuse transmise par une fibre optique 4. On pourra utiliser comme composition pyrotechnique une composition associant Zirconium et perchlorate de potassium. 10 Une telle composition est classique et il n'est pas nécessaire de la décrire plus en détails. On pourra utiliser d'autres types de compositions pyrotechniques telles que : Bore / Nitrate de potassium, Bore/Zirconium/Nitrate de potassium ..... 15 On pourra aussi remplacer la composition pyrotechnique par un explosif secondaire pouvant adopter un régime déflagrant. L'essentiel pour que l'allumage optique soit assuré est que la composition (ou l'explosif) ait une granulométrie 20 parfaitement maîtrisée et relativement réduite (inférieure ou égale à 60 micromètres). La fibre optique gainée 4 est fixée par collage à un connecteur 5 qui comporte un alésage axial 6 recevant la fibre 4. 25 La fibre optique comporte d'une façon classique un coeur 7 (en noir sur les figures) entouré par une ou plusieurs gaines protectrices 8 (en grisé sur les figures). Le connecteur 5 comporte une portée avant 16 cylindrique entourant la bague 9. Cette portée est réalisée au diamètre 30 de l'alvéole 3. L'alvéole 3 est fixée de façon étanche au niveau de cette portée 16. La fixation sera par exemple réalisée par soudure laser de l'alvéole 3 sur la portée 16. Conformément à l'invention, l'extrémité de la fibre optique 4 est séparée de la composition (ou de l'explosif) 2 à initier par un élément séparateur 9 qui réduit la puissance (donc l'énergie) transmise par la fibre. Selon un premier mode de réalisation, l'élément séparateur 9 pourra être réalisé en un matériau non transparent qui aura une épaisseur choisie de façon à interdire le passage de l'impulsion laser jusqu'à un certain niveau de puissance. On pourra par exemple réaliser l'élément séparateur 9 en papier ou en un matériau polymère de faible épaisseur, par exemple de l'ordre de 0,05 mm. L'épaisseur sera choisie en fonction du matériau de l'élément séparateur 9 et aussi du niveau d'atténuation de puissance souhaité. Le but recherché est d'assurer une non-initiation de la composition 2 pour des niveaux de puissance faibles (de l'ordre de 0,2 Watt). La non initiation étant due à la présence d'une barrière optique (élément séparateur 9) entre la fibre 4 et la composition 2. Inversement, l'initiation doit pouvoir intervenir de façon certaine pour des niveaux de puissance supérieurs (au moins double de ce niveau de non feu), par exemple pour une puisance de l'ordre de 0,8 à 1 watt. L'énergie lumineuse plus intense provoquera la percée ou 25 la fusion de l'élément séparateur 9 qui ne formera plus alors une barrière optique. A titre d'exemple on pourra utiliser comme élément séparateur une feuille de papier de 0,05 mm associée à une source laser pouvant délivrer une puissance de 1 Watt. 30 On pourra aussi utiliser comme élément séparateur une feuille de poly-imide (connu sous la marque déposée Kapton) de 0,05 mm d'épaisseur. La figure 2 montre un dispositif d'initiation par impulsions laser 10 qui associe au moins un initiateur 1 selon l'invention (ici deux initiateurs) et une source laser 11 qui est alimentée par un moyen de commande 12. La source laser 11 est reliée à chaque initiateur 1 par une fibre optique 4. Le moyen de commande 12 est calibré pour que la source 11 fournisse des impulsions laser ayant la puissance nécessaire pour traverser l'élément séparateur 9. Selon un mode particulier de réalisation, on pourra définir le moyen de commande 12 de façon à pouvoir régler la durée et la puissance de la ou des impulsions laser de façon à assurer le passage de l'impulsion laser à l'issue d'un retard prédéfini. En effet, l'initiation de la composition 2 ne peut intervenir qu'après percement ou fusion de l'élément séparateur 9. Le délai nécessaire à ce percement ou à cette fusion est négligeable lorsque l'élément 9 a une épaisseur réduite (0,05mm). Si on définit par contre un initiateur ayant un élément séparateur d'épaisseur supérieure (0,07 à 1 mm), cet élément 20 peut constituer un retard pour l'activation de l'initiateur 1. Il suffit de déterminer les caractéristiques de percement ou fusion de cette barrière 9 en fonction de la puissance laser reçue. Ces caractéristiques seront mises en place dans 25 une mémoire du moyen de commande. On pourra ainsi associer à un retard souhaité une valeur de la puissance qui est nécessaire pour traverser l'élément 9 à l'issue d'un tel retard. On pourra alors régler le moyen de commande 12 de façon à 30 ce que la puissance fournie par le laser 11 ne puisse traverser l'élément séparateur 9 qu'à l'issue du retard souhaité. On prévoira pour cela une interface de réglage 13 (telle un potentiomètre) qui sera couplée à une électronique 14 de réglage de la puissance et qui est incorporée au moyen de commande 12. Les moyens électroniques de réglage de la puissance d'une source laser sont bien connus (en particulier dans le domaine 5 des machines-outils de découpe ou de perçage laser) et il n'est pas nécessaire de les décrire en détails. L'invention permet donc de définir un initiateur à retard intégré qui ne met pas en oeuvre de composition pyrotechnique à retard ce qui augmente la fiabilité. 10 La figure 3 montre un initiateur 1 selon un second mode de réalisation de l'invention. Cet initiateur a une structure analogue à celle décrite dans le brevet FR2914056 auquel on pourra se reporter pour plus de détails. L'initiateur 1 comporte toujours une composition 15 pyrotechnique 2 ou un explosif disposé à l'intérieur d'une alvéole métallique 3. La partie avant de la fibre 4 est dénudée, c'est à dire débarrassée de la gaine 8. Le coeur 7 de la fibre est scellé dans une bague intermédiaire 15 qui est ensuite fixée au 20 connecteur 5. La bague 15 se loge dans un lamage 17 du connecteur 5. La bague intermédiaire 15 peut être une pièce céramique ou métallique et elle porte un perçage, au diamètre du coeur 7 de la fibre 4. Ce perçage est réalisé par exemple par usinage 25 laser. Le scellement du coeur 7 de la fibre 4 dans la bague 15 est réalisé par un ajustement serré. La bague 15 est elle-même par la suite fixée au connecteur 5 par un ajustement serré. 30 Le montage est réalisé de telle sorte que l'extrémité du coeur 7 de la fibre 4 soit affleurante au niveau de la face avant de la bague 15, ensuite l'ensemble de la face avant est poli. Conformément à l'invention on interpose un élément séparateur 9 entre l'extrémité de la fibre optique 4 et la composition 3. Suivant ce mode particulier de réalisation, l'élément séparateur 9 est formé par un dépôt métallique en couche mince qui est appliqué sur l'extrémité de la fibre ainsi que sur la face avant de la bague 15 (par exemple par vapodéposition). L'épaisseur du dépôt métallique 9 est choisie en fonction des caractéristiques de feu et non feu souhaitée pour l'initiateur 1. Le métal déposé pourra être par exemple une couche d'aluminium de 0,02 mm d'épaisseur. Cette couche assure un arrêt du faisceau laser pour une puissance de 0,2 Watt. Elle se vaporise pour une puissance de l'ordre de 0,4 Watt. On augmente ainsi le niveau du seuil d'initiation, donc la sécurité d'emploi de l'initiateur. Ce mode de réalisation permet de maîtriser précisément l'épaisseur du dépôt ce qui permet de régler facilement longueur d'onde et la puissance requise pour le faisceau laser puisque les caractéristiques du dépôt seront connues. La figure 4 montre un initiateur 1 selon un troisième mode de réalisation de l'invention. Ce mode diffère du précédent en ce que l'élément séparateur 9 est réalisé en un matériau transparent de type particulier. Le matériau choisi pour réaliser l'élément séparateur 9 est un matériau dichroïque, c'est à dire un matériau optique pour lequel le taux de transmission lumineuse varie en fonction de la longueur d'onde de l'impulsion reçue. De tels matériaux sont bien connus dans le domaine de l'optoélectronique ou des verres polariseurs. On pourra par exemple utiliser un matériau formé par l'empilement de plusieurs couches de diélectriques, de matériaux métalliques ou d'oxydes métalliques. Ces couches pourront être déposées sur une couche de polymère transparent. En fonction de la nature et du nombre des couches mises en oeuvre, il est posssible de définir un matériau pouvant être totalement opaque pour des longueurs d'ondes supérieures à 1500 nanomètres alors qu'ils est pratiquement totalement transparent pour des longueurs d'onde de l'ordre de 10.00 nanomètres. La courbe de la figure 5 montre à titre d'exemple la courbe de taux de réflectance pour un matériau dichroïque formé par l'empilement d'une douzaine de couches de silice et de dioxyde de titane réalisées par évaporation sous vide. Il est bien entendu qu'il est possible de définir un matériau de structure différente pour obtenir des caractéristiques de réflectance différentes. Pour ce matériau on remarque que, pour des longueurs d'onde laser comprises entre 800 et 1000 nanomètres la réflectance est très faible (inférieure à 10%). Pratiquement toute l'énergie lumineuse traverse l'élément séparateur 9 et se retrouve au niveau de la composition 2. Par contre, pour des longueurs d'onde laser supérieures à 1100 nanomètres, la réflectance est supérieure à 90%. L'élément séparateur 9 est alors quasi opaque et la composition 2 ne reçoit pas d'énergie lumineuse ou très peu. Avec l'invention on va donc associer l'initiateur comportant un tel élément séparateur 9 dichroïque avec un moyen de commande qui permet de fournir une impulsion laser dont la longueur d'onde est choisie dans la gamme qui est atténuée par le matériau dichroïque. De préférence on choisira une longueur d'onde pour laquelle l'atténuation est d'environ 50%. Soit, avec l'exemple de la figure 5, une longueur d'onde d'environ 1050 nanomètres. Avec cette longueur d'onde la composition pyrotechnique 2 reçoit deux fois moins de puissance que s'il n'y avait pas d'élément séparateur 9. Le moyen de commande 12 sera par contre défini de façon à fournir une puissance d'un niveau supérieur ou égal à un seuil qui est défini comme celui assurant l'initiation malgré l'atténuation. Dans l'exemple décrit, une composition 2 est 5 définie comme pouvant être initiée avec un seuil de puissance de 0,8 watt. Il suffira donc de définir un moyen de commande 12 fournissant une puissance de 1,6 watts pour assurer l'initiation de la composition 2 malgré la présence de l'élément séparateur 9 assurant une atténuation de 50% du 10 rayonnement. On élève donc ainsi le niveau de seuil de non feu de l'initiateur, donc son niveau de sécurité d'emploi. REVENDICATIONS1- Initiateur opto pyrotechnique (1) comprenant au moins une composition pyrotechnique (2) ou un explosif initiable à partir d'une impulsion lumineuse laser transmise par une extrémité d'une fibre optique (4), initiateur caractérisé en ce que l'extrémité de la fibre optique (4) est séparée de la composition (2) ou de l'explosif à initier par un élément séparateur (9) qui réduit la puissance transmise 10 par la fibre (4). 2- Initiateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément séparateur (9) est réalisé en un matériau non transparent ayant une épaisseur choisie de façon à interdire le passage de l'impulsion laser jusqu'à un certain 15 niveau de puissance ou pendant une certaine durée. 3- Initiateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément séparateur (9) est réalisé en papier ou en un matériau polymère. 4- Initiateur selon la revendication 2, caractérisé en 20 ce que l'élément séparateur (9) est réalisé en métal. 5- Initiateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément séparateur (9) est formé par un dépôt métallique appliqué sur l'extrémité de la fibre (4). 6- Initiateur selon la revendication 1, caractérisé en 25 ce que l'élément séparateur (9) est réalisé en un matériau dichroïque choisi pour assurer une atténuation de l'impulsion laser d'initiation. 7- Initiateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le matériau dichroïque assure une atténuation d'au 30 moin 50% du rayonnement reçu pour la longueur d'onde de l'impulsion laser d'initiation. 8- Dispositif d'initiation (10) par impulsions laser comprenant au moins un initiateur (1) selon une des revendications 1 à 7, une source laser (11) alimentée par unmoyen de commande (12) et reliée à la ou aux initiateurs (1) par au moins une fibre optique (4). 9- Dispositif d'initiation selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moyen de commande (12) permet de régler la durée et la puissance de la ou des impulsions laser de façon à assurer le passage de l'impulsion laser au travers de l'élément séparateur (9) à l'issue d'un retard prédéfini, 10- Dispositif d'initiation selon la revendication 8 et pour lequel l'élément séparateur (9) est réalisé en un matériau dichroïque, dispositif d'initiation (10) caractérisé en ce que le moyen de commande (12) permet de fournir au moins une impulsion laser ayant une longueur d'onde atténuée par le matériau dichroïque et une puissance supérieure ou égale à un seuil prédéfini assurant l'initiation malgré l'atténuation.