Brevet FR3113256A1 — publié le 20220211

Dispositif de découpe d’une structure tubulaire Un dispositif de découpe (100) d’une structure tubulaire comprend : - un socle (110) destiné à être fixé à l’intérieur d’une structure tubulaire, - un capot (120) fixé sur le socle, - le socle et le capot délimitant entre eux un logement périphérique interne borgne (160), - une charge pyrotechnique (130) s’étendant dans le logement périphérique interne borgne (160) et présentant une surface périphérique externe (130a), - une pièce de projection (150) recouvrant tout ou partie de la surface périphérique externe (130a) de la charge pyrotechnique (130), - une ligne de transmission pyrotechnique (140) reliée à la charge pyrotechnique (130). Figure pour l’abrégé : Fig. 3. Dispositif de découpe d’une structure tubulaire La présente invention concerne un dispositif de découpe d’une structure tubulaire. Des dispositifs de découpe de structures tubulaires sont notamment utilisés dans le domaine pétrolier (coupure de tubes de forage ou de pipelines) ou le domaine spatial (séparation lanceur). Il existe à ce jour différentes solutions pour découper une structure tubulaire. La présente invention se rapporte aux dispositifs de découpe qui sont intégrés à l’intérieur de la structure tubulaire et qui utilisent une charge pyrotechnique pour la découpe sur commande de la structure. Le document FR 2 491 387 divulgue un dispositif pyrotechnique pour le sectionnement de conduits. Le dispositif décrit dans ce document comprend un corps cylindrique qui renferme une charge pyrotechnique, le corps étant en outre muni d’ajutages d’éjection pour diriger le jet de produits de réaction après la mise à feu de la charge pyrotechnique. Le dispositif est placé dans un conduit à un emplacement correspondant à celui où l’on souhaite réaliser la séparation. Les produits de combustion éjectés par les ajutages frappent la face interne du conduit et le coupent dans un plan transversal à son axe. Cependant, un tel dispositif présente plusieurs inconvénients. Le dispositif décrit dans le document FR 2 491 387 présente notamment un encombrement important et une masse élevée en particulier en raison de la quantité de chargement pyrotechnique utilisé. Ce type de dispositif ne peut pas être intégré dans tout type de structure tubulaire, en particulier dans des lanceurs. En outre, la découpe est réalisée par des gaz chauds issus de la combustion de la charge pyrotechnique. Par conséquent, en fonction de l’épaisseur et/ou du matériau de la paroi à découper, la découpe peut prendre du temps, voire être incomplète, ce qui n’est pas compatible avec des besoins de séparation instantanée comme dans le domaine spatial ou militaire. L’invention a pour but de proposer un dispositif de découpe compact qui assure une découpe fiable et instantanée d’une structure tubulaire. Ce but est atteint notamment grâce à un dispositif de découpe d’une structure tubulaire comprenant : - un socle destiné à être fixé à l’intérieur d’une structure tubulaire, - un capot fixé sur le socle, - le socle et le capot délimitant entre eux un logement périphérique interne borgne, - une charge pyrotechnique s’étendant dans le logement périphérique interne borgne et présentant une surface périphérique externe, - une pièce de projection recouvrant tout ou partie de la surface périphérique externe de la charge pyrotechnique, - au moins une ligne de transmission pyrotechnique reliée à la charge pyrotechnique. En associant une pièce métallique à une charge pyrotechnique, le dispositif de découpe de l’invention permet de former après mise à feu de la charge pyrotechnique un jet de métal qui est projeté à grande vitesse vers l’extérieur du dispositif. Le dispositif de l’invention assure ainsi une coupe très efficace de toute structure présente à proximité du dispositif, et ce de manière instantanée. En outre, en disposant la charge pyrotechnique dans un logement périphérique, on optimise l’intégration de celle-ci, ce qui permet d’obtenir un dispositif de découpe très compact. Selon une caractéristique particulière du dispositif de découpe de l’invention, la charge pyrotechnique est formée d’une pluralité de blocs unitaires adjacents en matériau pyrotechnique. L’utilisation de blocs unitaires facilite leur contrôle ainsi que la formation de la charge pyrotechnique dans le logement périphérique interne borgne en permettant notamment de s’adapter à différentes géométrie de logement. En outre, une charge pyrotechnique formée de blocs unitaires facilite le montage de la pièce de projection dans le dispositif de découpe en particulier lorsque celle-ci n’est pas segmentée. Selon une autre caractéristique particulière du dispositif de découpe de l’invention, la surface périphérique externe de la charge pyrotechnique et la pièce de projection présentent un profil en dièdre concave. Cette forme permet de mieux contrôler la projection du jet de matière (métal) sur la structure à découper. Selon une autre caractéristique particulière du dispositif de découpe de l’invention, celui-ci comprend au moins une gorge interne reliant le centre du dispositif avec le logement périphérique interne borgne, un dispositif pyrotechnique (ligne de transmission ou charge) étant présent dans ladite au moins une gorge afin d’initier la charge principal assurant la projection du jet de métal. Selon une autre caractéristique particulière du dispositif de découpe de l’invention, la pièce de projection peut être en un matériau métallique, de préférence présentant une densité élevé, choisi parmi : le cuivre, l’argent, l’étain, le tungstène, l’aluminium, ou un matériau composite (plastique) chargé d’une poudre métallique. Selon une autre caractéristique particulière du dispositif de découpe de l’invention, la pièce de projection présente une épaisseur comprise entre 0.1 mm et 3 mm. Selon une autre caractéristique particulière du dispositif de découpe de l’invention, le socle comprend un fond et une enceinte s’étendant verticalement à partir du fond et entourant la charge pyrotechnique, le capot fermant de manière étanche la partie supérieure de l’enceinte de sorte à confiner la charge pyrotechnique à l’intérieur du dispositif de découpe. On protège ainsi la charge pyrotechnique de l’environnement extérieur, ce qui permet d’éviter en particulier la formation de condensation, prise d’humidité ou de glace sur la charge qui est susceptible de dégrader les performances de coupe du dispositif. Selon une autre caractéristique particulière du dispositif de découpe de l’invention, l’enceinte présente une portion d’épaisseur réduite en regard de la pièce métallique de projection. Cela permet de faciliter la projection de matière (métal) vers la structure à couper lors du fonctionnement du dispositif de découpe. L’invention a également pour objet une structure tubulaire comprenant une paroi délimitant un volume interne, la structure comprenant au moins un dispositif de découpe selon l’invention, le dispositif de séparation étant fixé dans le volume interne. La est une vue schématique en perspective éclatée d’un dispositif de découpe conformément à une mode de réalisation de l'invention, La est une vue schématique en coupe d’une structure tubulaire dans laquelle est fixée le dispositif de découpe de la , La est une vue schématique en coupe du dispositif de découpe de la , La est une vue schématique en coupe du dispositif de découpe de la avant détonation, La est une vue schématique en coupe du dispositif de découpe de la après détonation et mise à feu de la charge pyrotechnique. La montre un dispositif de découpe 100 conformément à un mode de réalisation. Le dispositif de découpe 100 comprend un socle 110, un capot 120, une charge pyrotechnique 130, une ligne de transmission pyrotechnique 140 et une pièce de projection 150. Le socle 110 comporte un fond 111 et une enceinte 112 délimitant la périphérie externe du dispositif de découpe 100. L’enceinte 112 comporte sur sa surface extérieure des oreilles 113 qui s’étendent vers l’extérieur et qui sont destinées à permettre la fixation du dispositif de découpe à une position déterminée dans une structure tubulaire à découper. Dans l’exemple décrit ici, les oreilles 113 coopèrent avec des pattes de fixation 12 solidaires d’une structure tubulaires 10 à découper ( ). D’autres moyens de fixation que des oreilles peuvent bien entendu être envisagés pour la fixation du dispositif de découpe de l’invention dans une structure tubulaire. Le capot 120 est fixé sur le socle 110 au moyen de vis 170 qui coopèrent avec des taraudages 141 formés dans le fond 111 du socle 110. Encore une fois, les vis 170 et les taraudages 141 ne sont qu’un exemple de moyen de fixation et d’autres moyens de fixation/serrage peuvent bien entendu être utilisés pour fixer le capot 120 sur la socle 110. Dans l’exemple décrit ici, des rondelles 142 sont en outre utilisées pour renforcer l’étanchéité entre le socle et le capot au niveau de leurs points de liaison. Un pion de positionnement 143 est également ici utilisé pour faciliter le positionnement entre le capot et le socle. Une fois assemblé entre eux, le socle 110 et le capot 120 délimitent entre eux un logement périphérique interne borgne 160 ( ). Dans l’exemple décrit ici, le logement périphérique interne borgne 160 est formé par des épaulements 115 et 121 présents respectivement dans le socle 110 et le capot 120. Selon des variantes de réalisation, le logement périphérique interne borgne est formé par un épaulement seulement présent dans le socle ou dans le capot, le capot ou le socle fermant la partie basse ou haute du logement dans ce cas. Le logement périphérique interne borgne 160 est destiné à recevoir la charge pyrotechnique 130. La charge pyrotechnique présente une forme correspondante à celle du logement 160. La charge pyrotechnique 130 présente une surface périphérique interne 130b en contact avec le logement 160 et une surface périphérique externe 130a. La pièce de projection 150 présente une surface périphérique interne 150b en contact avec la surface périphérique externe 130a de la charge pyrotechnique. Dans l’exemple décrit ici, la pièce de projection recouvre l’ensemble de la surface périphérique externe 130a. La pièce de projection 150 est de préférence réalisée en matériau métallique et présente une forme correspondant au moins en partie à la forme de la surface périphérique externe de la charge pyrotechnique afin de mieux contrôler la projection à haute vitesse du métal lors de la combustion de la charge pyrotechnique. Dans l’exemple décrit ici, la surface périphérique externe 130a de la charge pyrotechnique 130 présente un profil en dièdre ( ). De même, la pièce de projection 150 présente un profil en dièdre correspondant de sorte que la surface périphérique interne 150b épouse la forme de la surface périphérique externe 130a de la charge pyrotechnique. D’autres formes présentant un profil tourné vers l’extérieur du dispositif de découpe peuvent bien entendu être envisagées. Le matériau métallique ou la charge métallique du composite utilisé pour la pièce de projection est de préférence un matériau présentant une bonne ductilité et une masse volumique ou densité élevée. Le matériau ou la charge métallique peut être notamment choisi parmi : le cuivre, l’argent, l’étain, le tungstène et l’aluminium. La pièce de projection présente une épaisseur de préférence comprise entre 0.1 mm et 3 mm. La charge pyrotechnique 130 est de préférence formée d’une pluralité de blocs unitaires adjacents 131 comme dans l’exemple décrit ici. L’utilisation de blocs unitaires facilite la formation de la charge pyrotechnique dans le logement périphérique interne borgne et par conséquent la fabrication et le contrôle du dispositif de découpe. Une charge pyrotechnique formée de blocs unitaires facilite en particulier le montage de la pièce de projection dans le dispositif de découpe car celle-ci est de préférence non segmentée. La charge pyrotechnique peut être réalisée à partir de matériaux pulvérulent (poudre), granulaire ou composite (mélange avec un liant) utilisant des substances énergétiques tel que du cyclotriméthylènetrinitramine (RDX), l’octogène (HMX), l’hexanitrostilbene (HNS). Le dispositif de découpe 100 comprend également une ligne de transmission pyrotechnique 140 reliée, d’une part, à une amorce 125 et, d’autre part, à la charge pyrotechnique 130. Plus précisément, dans l’exemple décrit ici, la ligne de transmission pyrotechnique 140 est logée dans des demi-gorges 114 et 124 présentes respectivement dans le socle 110 et le capot 120, les demi-gorges 114 et 124 formant une gorge à l’intérieur du dispositif de découpe qui s’étend ici sur l’ensemble du diamètre du dispositif de découpe 100 de manière à former deux points d’initiation de la charge pyrotechnique 130 diamétralement opposés. Selon des variantes de réalisation, la ligne de transmission pyrotechnique peut être logée dans une gorge s’étendant dans une seule direction à partir de l’amorce, la ligne formant dans ce cas un seul point d’initiation ou être logée dans plusieurs gorges s’étendant dans plusieurs directions à partir de l’amorce, la ligne formant dans ce cas autant de points d’initiation de la charge pyrotechnique que de directions différentes à partir de l’amorce. La ligne de transmission pyrotechnique 140 est ici formée d’une pluralité de blocs unitaires cylindriques 141 qui sont placés les uns contre les autres de manière à former un cordeau détonant ou une charge détonante de transmission utilisant des substances énergétiques tel que du cyclotriméthylènetrinitramine (RDX), de l’octogène (HMX) ou de l’hexanitrostilbene (HNS). Le dispositif de découpe de l’invention est de préférence conçu de manière à isoler la charge pyrotechnique de l’environnement externe afin d’éviter notamment la formation de condensation ou de glace en contact avec la charge qui pourrait diminuer les performances de découpe. Dans l’exemple décrit ici, le socle et le capot forment ensemble un boîtier étanche pour la charge pyrotechnique. Plus précisément, le socle 110 comprend une enceinte 112 qui s’étend à partir du fond 111 et qui entoure la charge pyrotechnique 130. Le capot 120 ferme de manière étanche la partie supérieure de l’enceinte 112 de sorte à confiner la charge pyrotechnique 130 à l’intérieur du dispositif de découpe 100 ( ). Afin de renforcer l’étanchéité, le dispositif de découpe 100 comprend un joint 123 destiné à être logé dans une gorge 122 présente sur la périphérie du capot 120 permettant une fermeture étanche du socle 110 par le capot 120. Comme déjà indiqué, des rondelles 142 peuvent être également utilisées pour renforcer l’étanchéité entre le socle et le capot au niveau de leurs points de liaison par les vis 170. Une portion 1120 de l’enceinte 112 située en regard de la pièce métallique de projection présente de préférence une épaisseur inférieure aux autres portions de l’enceinte afin de ne pas gêner la projection de métal lors du fonctionnement du dispositif de découpe ( ). A titre d’exemple, la portion 1120 peut être en aluminium et présenter une épaisseur E1120 d’environ 0.2mm tandis que le reste de l’enceinte 120 présente une épaisseur E120 d’environ 5mm permettant d’assurer une bonne rigidité et légèreté de la pièce. Dans l’exemple décrit ici, l’isolation de la charge pyrotechnique est en outre renforcée par la pièce de projection 150 qui recouvre sa surface périphérique externe 130a. On explique maintenant le fonctionnement du dispositif de découpe 100. Comme illustré sur la , le dispositif de découpe 100 est fixé dans le volume interne 13 d’une structure tubulaire 10, ici par les oreilles 113 qui coopèrent avec des pattes de fixation 12 solidaires d’une structure tubulaires 10 à découper. Le dispositif de découpe 100 est placé perpendiculairement à l’axe X de la structure tubulaire 10 de manière à positionner la périphérie externe du dispositif et, par conséquent, la charge pyrotechnique 130 et la pièce de projection 150 en regard de la surface interne 11a de la paroi 11 de la structure 10 ( ). L’amorce 125 est reliée à un détonateur embarqué dans la structure 10 (non représenté sur les figures 2, 4 et 5). En réponse à une commande de découpage, le détonateur agit sur l’amorce 125, par exemple avec un choc mécanique ou un signal électrique, afin de démarrer le processus explosif. L’amorce 125 transmet alors une détonation la ligne de transmission pyrotechnique 140 qui elle-même transmet une détonation à la charge pyrotechnique 130. Une fois la charge pyrotechnique 130 mise à feu, la pièce de projection 150 est projetée à très grand vitesse sous forme d’un jet de métal 180 en direction de la paroi 11 de la structure tubulaire 10 après avoir brisé la portion d’épaisseur réduite 1120 de l’enceinte 112. Le jet de métal 180 traverse alors la paroi 11 assurant ainsi la découpe de la structure tubulaire 10 comme illustré sur la . La présence de l’amorce 125 n’est pas indispensable. Dans d’autres formes de réalisation, la ligne de transmission pyrotechnique peut être directement reliée à un détonateur ou initiateur embarqué dans la structure tubulaire. Dans l’exemple décrit ci-avant, la structure tubulaire présente en section une forme circulaire tandis que le dispositif de découpe présente également une forme circulaire. Par « structure tubulaire », on entend ici toute structure creuse délimitée par une paroi à découper, la structure pouvant notamment présenter en section une forme ovale, carrée, rectangle, etc. La géométrie du dispositif de découpe peut être facilement adaptée pour présenter des formes ovale, carrée, rectangle, etc. correspondantes de sorte que le dispositif de découpe de l’invention n’est pas limité à une forme circulaire. Le dispositif de découpe de l’invention est particulièrement, mais non exclusivement, adapté pour la découpe de conduites par exemple dans le domaine pétrolier, pour la séparation d’étages ou la destruction commandée d’un propulseur dans le domaine spatial, ou encore pour la neutralisation de dispositifs d’armement. Dispositif de découpe (100) d’une structure tubulaire (10) comprenant : - un socle (110) destiné à être fixé à l’intérieur d’une structure tubulaire, - un capot (120) fixé sur le socle, - le socle et le capot délimitant entre eux un logement périphérique interne borgne (160), - une charge pyrotechnique (130) s’étendant dans le logement périphérique interne borgne (160) et présentant une surface périphérique externe (130a), - une pièce de projection (150) recouvrant tout ou partie de la surface périphérique externe (130a) de la charge pyrotechnique (130), - au moins une ligne de transmission pyrotechnique (140) reliée à la charge pyrotechnique (130). Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la charge pyrotechnique (130) est formée d’une pluralité de blocs unitaires adjacents (131) en matériau pyrotechnique. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la surface périphérique externe de la charge pyrotechnique (130a) et la pièce de projection (150) présentent un profil en dièdre concave. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant au moins une gorge interne reliant le centre du dispositif avec le logement périphérique interne borgne (160), une ligne de transmission pyrotechnique (140) étant présente dans ladite au moins une gorge. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la pièce de projection (150) est en un matériau métallique choisi parmi : le cuivre, l’argent, l’étain, le tungstène et l’aluminium. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel la pièce métallique de projection (150) présente une épaisseur comprise entre 0.1 mm et 3 mm. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le socle (110) comprend un fond (111) et une enceinte (112) s’étendant verticalement à partir du fond et entourant la charge pyrotechnique (130), le capot (120) fermant de manière étanche la partie supérieure de l’enceinte (112) de sorte à confiner la charge pyrotechnique à l’intérieur du dispositif de découpe (100). Dispositif selon la revendication 7, dans lequel l’enceinte (112) présente une portion d’épaisseur réduite (1120) en regard de la pièce métallique de projection (150). Structure tubulaire (10) comprenant une paroi (11) délimitant un volume interne (13), la structure comprenant au moins un dispositif de découpe (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, le dispositif de découpe étant fixé dans le volume interne.