Brevet FR3050520A1 — publié le 20171027

Cartouche pyrotechnique biodégradable à base de macroalgues et procédé de fabrication correspondant 1. Domaine de l'invention Le domaine de l'invention est celui des dispositifs détonants, en particulier pour la prospection sismique. Plus précisément, l'invention concerne une cartouche pour matière explosive, au moins partiellement biodégradable et son procédé de fabrication. 2. Etat de la technique Dans le domaine de la prospection pétrolière, il est connu d'utiliser des explosifs pour créer des ondes sismiques, qui vont se propager sous terre, ou dans l'eau, et vont être partiellement réfléchies à l'interface entre des couches de structures géologiques différentes. L'analyse inverse des signaux reçus par des géophones ou des hydrophones situés en surface, permet d'obtenir une cartographie de la composition du sous-sol et ainsi de repérer la présence éventuelle d'hydrocarbures (pétrole, gaz naturel...) au sein des différentes couches géologiques. Avant de déclencher l'explosion, ces explosifs sont le plus souvent 20 descendus dans un trou de forage ou immergés à une profondeur prédéterminée dans l'océan. Pour protéger la charge explosive de l'humidité et des chocs, il est connu de la conditionner dans une enveloppe plastique souple, communément appelée "saucisse", ou dans un cylindre revêtu de papier kraft ciré. 25 Un inconvénient des "saucisses" est qu'elles sont fragiles. Par ailleurs, elles doivent être percées pour mettre en place l'amorce, ce qui les rend impropres à une utilisation en milieu humide ou pour une utilisation sous-marine. Les cylindres revêtus de papier ciré présentent de nombreux 30 inconvénients. Ils sont perméables à l'humidité et la charge explosive peut exsuder au travers du cylindre en cas de forte chaleur. 3050520 2 Afin de remédier à ces inconvénients, et notamment pour pouvoir utiliser des charges explosives en milieu marin, on a proposé de placer la charge explosive dans des cartouches scellées en matière plastique. Cette technique connue présente cependant l'inconvénient de disperser 5 des fragments de plastique dans le milieu marin après l'explosion, ce qui est polluant. 3. Objectifs de l'invention L'invention a donc notamment pour objectif de pallier les inconvénients de l'état de la technique cités ci-dessus. 10 Plus précisément l'invention a pour objectif de fournir une cartouche pyrotechnique qui soit biodégradable. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, un objectif est de fournir une cartouche pyrotechnique apte à se déliter en quelques jours dans l'eau de mer. 15 Un objectif de l'invention est également de fournir une cartouche pyrotechnique qui soit d'un coût de revient réduit. Un autre objectif de l'invention est de fournir une cartouche pyrotechnique qui soit simple à mettre en oeuvre. 4. Exposé de l'invention Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite sont atteints à l'aide d'une cartouche pyrotechnique, telle qu'une cartouche de sautage, formée au moins partiellement de fragments de macroalgues agglomérés entre eux. Ainsi de façon inédite, l'invention propose d'utiliser des macroalgues pour fabriquer une cartouche pyrotechnique particulièrement adaptée pour une utilisation sous-marine. Dans le cadre de l'invention, on entend par le terme « cartouche pyrotechnique », une cartouche destinée à contenir une matière ou un mélange pyrotechnique. Il peut s'agir d'une cartouche permettant de procéder à des tirs, aussi appelée cartouche de sautage, d'une cartouche pour gilet de 3050520 3 sauvetage, d'une cartouche pour airbag, d'une cartouche pyrotechnique pour parachute, ou d'une cartouche pour feu d'artifice, par exemple. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, ladite cartouche est formée d'au moins 95% en masse, de 5 préférence d'au moins 97% en masse, encore plus préférentiellement d'au moins 99% en masse de fragments de macroalgues agglomérés entre eux. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, lesdites macroalgues sont choisies parmi les macroalgues brunes de l'ordre des laminariales ou de l'ordre des fucales. 10 L'utilisation de macroalgues brunes est particulièrement avantageuse. En effet, les macroalgues brunes sont une biomasse aisément disponible et abondante le long des côtes, ce qui permet de produire des cartouches pyrotechniques, et en particulier des cartouches de sautage, à moindre coût. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, il peut être 15 envisagé que lesdites macroalgues soient un mélange de laminariales et de fuca les. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, lesdites macroalgues comprennent des macroalgues du genre ascophyllum nodosum. Dans un autre mode de réalisation particulier de l'invention, lesdites 20 macroalgues peuvent être un mélange de macroalgues brunes et de macroalgues rouges. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, lesdites macroalgues sont des macroalgues traitées par un acide faible ou un acide dilué dans l'eau, par immersion desdites macroalgues dans un bain dudit 25 acide faible ou dilué dans l'eau et/ou par pulvérisation dudit acide faible ou dilué dans l'eau sur lesdites macroalgues. L'acide faible peut être par exemple de l'acide acétique ou de l'acide citrique. Ces macroalgues traitées à l'acide faible peuvent notamment consister 30 en un déchet de l'industrie d'extraction des alginates. 3050520 4 Selon un aspect particulier de l'invention, lesdites macroalgues agglomérées présentent un taux d'humidité en masse inférieur ou égal à 30%, de préférence inférieur ou égal à 15%. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, ladite cartouche 5 est formée d'un assemblage de plusieurs pièces. Selon un aspect particulier de l'invention, ladite cartouche présente un logement destiné à recevoir une charge explosive et des moyens de solidarisation d'un détonateur. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une pièce 10 d'une cartouche pyrotechnique, telle qu'une cartouche de sautage, à partir de macroalgues. Une telle pièce peut être par exemple un réservoir, un porte-détonateur, une pointe ou un embout de protection. Selon l'invention, un tel procédé de fabrication d'une pièce d'une 15 cartouche pyrotechnique comprend : - une étape d'obtention d'une poudre formée de fragments de macroalgues, préférentiellement de fragments de macroalgues brunes, ladite poudre étant constituée de particules de diamètre équivalent inférieur ou égal à 1,5 millimètre et présentant un taux d'humidité résiduel inférieur ou égal à 20 45% ; - une étape de compression de ladite poudre dans un moule sous une température comprise entre 50°C et 180°C, de préférence entre 60 et 100°C, et sous une pression comprise entre 20 et 4000 bars, de préférence entre 50 et 500 bars, dans un moule présentant une forme en négatif de ladite pièce. 25 Selon l'épaisseur de la pièce, la durée de l'étape de compression peut être comprise entre 50 secondes et 45 minutes. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, ladite étape d'obtention d'une poudre de macroalgues comprend les étapes suivantes dans cet ordre : 30 - brassage sous cisaillement d'au moins une partie desdites macroalgues dans une cuve à une vitesse d'au moins 4 tours par minute pendant 6 à 24 heures, 3050520 5 de sorte à extraire des protéines, telles que des actines, desdites macroalgues; - séchage desdites macroalgues brassées à une température comprise entre 30°C et 50°C, de préférence comprise entre 30 et 45°C, de sorte à obtenir 5 des macroalgues brassées et séchées présentant un taux d'humidité résiduel inférieur ou égal à 45 % ; - broyage desdites macroalgues brassées et séchées, de sorte à obtenir une poudre de macroalgues dont les particules présentent un diamètre équivalent inférieur ou égal à 1,5 millimètre. 10 Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, ladite étape d'obtention d'une poudre de macroalgues comprend les étapes suivantes dans cet ordre : - traitement d'au moins une partie desdites macroalgues par un acide faible ou par un acide dilué dans l'eau ; 15 - broyage desdites macroalgues traitées ; - filtration desdites macroalgues broyées, de sorte à extraire un résidu d'algues non solubilisé ; - broyage dudit résidu d'algues non solubilisé ; - séchage dudit résidu sous une température de 30°C à 60°C pendant une 20 durée suffisante pour obtenir une poudre présentant un taux d'humidité résiduel inférieur ou égal à 45%. 5. Liste des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation de 25 l'invention, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : la figure la est une vue en perspective d'un exemple de mode de réalisation d'une cartouche de sautage selon l'invention ; - la figure lb est une vue en coupe de la cartouche de sautage 30 présentée en référence à la figure la ; 3050520 6 - la figure 2 est une vue en perspective de la pointe de la cartouche présentée en référence à la figure la ; - la figure 3 est une vue en perspective du réservoir de la cartouche présentée en référence à la figure la ; 5 la figure 4 est une vue en perspective du porte-détonateur de la cartouche présentée en référence à la figure la ; la figure 5 est une vue en perspective de l'embout de protection de la cartouche présentée en référence à la figure la. 6. Description détaillée de l'invention 10 On a illustré sur les figures la et lb un exemple de mode de réalisation d'une cartouche de sautage 10 selon l'invention, destinée à être insérée dans un trou de forage. Cette cartouche de sautage 10 comprend une pointe 11, un réservoir 12, un porte-détonateur 13 et un embout de protection 14, qui s'assemblent 15 ensemble par vissage ou par emboitement. La pointe 11, représentée en détail en figure 2, sert de guide pour insérer la cartouche de sautage 10 dans le trou de forage. Cette pointe 11 comprend une portion conique 24 dont l'extrémité 21 est sensiblement arrondie, de diamètre à la base sensiblement égal à 5 centimètres, qui se 20 prolonge par une portion tubulaire 23 de longueur sensiblement égale à 3 cm, dont l'intérieur est taraudé. Deux lumières alignées 22, de forme oblongue, sont formées dans la portion conique 23. Ces lumières 22 permettent de manipuler la cartouche pyrotechnique 10, en insérant une barre au travers de ces lumières 22. 25 Le réservoir 12, dans lequel on place une émulsion explosive, est représenté seul sur la figure 3. Ce réservoir 12 comprend une portion tubulaire 34, de diamètre sensiblement égal à 5 cm et de longueur sensiblement égale à 28 cm, filetée à une extrémité 31 pour y visser la pointe 11. Il présente à son autre 30 extrémité 32 cinq stries circulaires intérieures 33 dans lesquelles le porte- détonateur 13 vient s'emboiter. 3050520 7 Le porte-détonateur 13, représenté seul sur la figure 4, vient fermer l'extrémité 32 du réservoir 12. Il comprend une portion tubulaire 42, fermée à une extrémité, d'un diamètre sensiblement égal à 8 mm et de longueur sensiblement égal à 50 mm, dans laquelle on loge un détonateur, se 5 prolongeant par une portion 44 de solidarisation avec le réservoir sur laquelle sont formées quatre rainures circulaires 43 destinées à s'emboiter dans les stries 33. La portion de solidarisation 44 présente sur sa face intérieure un filetage intérieur 43 permettant de visser un deuxième réservoir sous le 10 réservoir 12, afin d'augmenter la capacité explosive de la cartouche de sautage. Dans un tel cas, on place le détonateur dans un autre porte-détonateur emboité à l'autre extrémité du deuxième réservoir. L'embout 14 de protection, représenté en figure 5, permet d'offrir un appui pour pousser la cartouche lors de l'opération de chargement, sans 15 toucher le détonateur. Cet embout 14 présente une première portion tubulaire 51 de diamètre 3 cm reliée par une section conique à une deuxième portion sensiblement tubulaire 52 de diamètre 5 cm présentant un filetage 53 à son extrémité. Un évidemment 54 est formé dans la première portion tubulaire 51 sur 20 1 centimètre de long afin d'accueillir un bourroir. La première portion tubulaire 51 présente par ailleurs deux lumières 55, permettant d'introduire une barre au travers de l'embout 14 pour manipuler la cartouche de sautage 10, et deux réservations 56 et 57, pour permettre le passage du câble du détonateur. Un clip 58 est formé sur cette 25 première portion tubulaire 51 pour maintenir le câble du détonateur le long de l'embout 14. On décrit ci-après un exemple de procédé de fabrication de la pointe 11 de la cartouche de sautage 10, à partir d'une poudre de macroalgues brunes. 30 Cette poudre de granulométrie égale à 1±0,3mm a été obtenue en brassant sous cisaillement et sous vide continu environ 70% en poids de 3050520 8 laminaria digitata et 30% en poids d'ascophyllum nodosum dans une cuve de malaxage, pendant 14 heures à une vitesse de 6 tours par minutes, puis en compactant le mélange obtenu sous forme de granules, avant des les faire sécher pendant 6 heures sous une température de 46°C et de les broyer sous 5 forme de poudre. Pour fabriquer la pointe 11, on utilise un moule à deux empreintes présentant une forme en négatif de celle de la pointe 11. On dose 35g de poudre dans l'empreinte inférieure du moule, porté à une température régulée maximale de 98°C. 10 On exerce ensuite sur la poudre une pression de 300 kg/cm2 avec la tête de piston d'une presse de thermocompression, équipée de l'empreinte supérieure du moule, chauffée à 98°C par induction, pendant un temps de cycle de 4 minutes, de sorte à porter la température de la poudre à environ 70°C. 15 On obtient alors la pointe 11, après démoulage. REVENDICATIONS1. Cartouche pyrotechnique, telle qu'une cartouche de sautage, caractérisée en ce qu'elle est formée au moins partiellement de fragments de macroalgues agglomérés entre eux. 2. Cartouche selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est formée d'au moins 95% en masse, de préférence d'au moins 97% en masse, encore plus préférentiellement d'au moins 99% en masse de fragments de macroalgues agglomérés entre eux. 3. Cartouche selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdites macroalgues sont choisies parmi les algues brunes de l'ordre des laminariales ou de l'ordre des fucales. 4. Cartouche selon la revendication 3, caractérisée en ce que lesdites macroalgues comprennent des macroalgues du genre ascophyllum nodosum. 5. Cartouche selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que lesdites macroalgues sont des macroalgues traitées par un acide faible ou un acide dilué dans l'eau. 6. Cartouche selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle est formée d'un assemblage de plusieurs pièces. 7. Procédé de fabrication d'une pièce d'une cartouche pyrotechnique, telle qu'une cartouche de sautage, à partir de macroalgues, caractérisé en ce qu'il comprend : - une étape d'obtention d'une poudre formée de fragments de macroalgues, préférentiellement de fragments de macroalgues brunes, ladite poudre étant constituée de particules de diamètre équivalent inférieur ou égal à 1,5 millimètre et présentant un taux d'humidité résiduel inférieur ou égal à 45% ; - une étape de compression de ladite poudre sous une température comprise entre 50°C et 180°C, de préférence comprise entre 60 et 100°C, et sous une pression comprise entre 20 et 4000 bars, dans un moule présentant une forme en négatif de ladite pièce. 8. Procédé de fabrication d'une pièce d'une cartouche pyrotechnique selon la revendication 7, caractérisé en ce que lors de ladite étape de compression 3050520 10 la durée de compression de ladite poudre est comprise entre 50 secondes et 45 minutes. 9. Procédé de fabrication d'une pièce d'une cartouche selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que ladite étape 5 d'obtention d'une poudre de macroalgues comprend les étapes suivantes dans cet ordre : - brassage sous cisaillement d'au moins une partie desdites macroalgues à une vitesse d'au moins 4 tours par minute pendant 6 à 24 heures, de sorte à extraire des protéines, telles que des actines, desdites macroalgues ; 10 - séchage desdites macroalgues brassées à une température comprise entre 30°C et 50°C, de préférence comprise entre 30 et 45°C, de sorte à obtenir des macroalgues brassées et séchées présentant un taux d'humidité résiduel inférieur ou égal à 45 % ; - broyage desdites macroalgues brassées et séchées, de sorte à obtenir une 15 poudre de macroalgues dont les particules présentent un diamètre équivalent inférieur ou égal à 1,5 millimètre. 10. Procédé de fabrication d'une pièce d'une cartouche selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que ladite étape d'obtention d'une poudre de macroalgues comprend les étapes suivantes dans 20 cet ordre : - traitement d'au moins une partie desdites macroalgues par un acide faible ou par un acide dilué dans l'eau ; - broyage desdites macroalgues traitées ; - filtration desdites macroalgues broyées, de sorte à extraire un résidu 25 d'algues non solubilisé ; - broyage dudit résidu d'algues non solubilisé ; - séchage dudit résidu sous une température de 30°C à 60°C pendant une durée suffisante pour obtenir une poudre présentant un taux d'humidité résiduel inférieur ou égal à 45%. 30