Brevet FR3137445A1 — publié le 20240105

Blindage balistique et son procédé de production La présente invention concerne un blindage balistique (10) comportant une structure réticulaire tridimensionnelle (20), qui peut notamment être régulière et/ou auxétique, ainsi que ses applications pour la protection de personnel et/ou d’équipement (40), et un procédé de production comprenant une étape de fabrication additive d’au moins la structure réticulaire tridimensionnelle (20). Figure pour l’abrégé : Fig. 5. Blindage balistique et son procédé de production La présente divulgation concerne les blindages et en particulier les blindages balistiques destinés à protéger des êtres vivants et/ou des équipements des effets d’impacts de projectiles ou débris à haute vitesse. Typiquement, les blindages balistiques, notamment ceux destinés à la protection d’équipements optroniques tels que les viseurs montés sur tourelle ou tout autre équipement, sont constitués de plaques massives et relativement épaisses destinées à fragmenter et ralentir les projectiles. Bien que robustes et relativement peu coûteux, ces blindages conventionnels sont lourds et rigides, ce qui peut impliquer de nombreux désavantages. Par exemple, sur un viseur panoramique de tourelle, le poids dû aux blindages balistiques peut exiger l’utilisation d’actionneurs plus puissants et volumineux pour actionner la rotation de la tourelle sur chaque axe, tandis que leur rigidité peut exiger des moyens supplémentaires d’amortissement, tels que par exemple l’ajout d’éléments en élastomère ou de mousses en polymère, afin de limiter la transmission aux équipements sensibles des efforts et vibrations dus aux impacts. Dans d’autres applications, comme les équipements personnels de protection tels que casques et gilets pare-balles, ou les carters de moteurs à turbine à gaz, le poids et la rigidité des blindages massifs peuvent également causer d’autres inconvénients, tels que, par exemple, entraver le mouvement de fantassins portant ces équipements de protection. Par ailleurs, comme illustré sur la , la déformation d’un blindage massif 100 suite à l’impact de débris ou d’un projectile 110 peut aussi entraîner des fissures 120 fragilisant le blindage massif 100 envers des impacts subséquents, voire même de l’écaillage (« spalling » en anglais) sur la face arrière du blindage 100, générant des débris secondaires 130 pouvant eux-mêmes endommager les équipements et/ou personnes que le blindage 100 devrait protéger. Un premier aspect de la présente divulgation propose un blindage balistique comportant une structure réticulaire tridimensionnelle afin de former un matériau architecturé capable de mieux absorber les impacts de projectiles ou débris en évitant la propagation de fissures et l’écaillage et avec un poids réduit. Cette structure réticulaire tridimensionnelle peut en particulier comprendre une cellule unitaire régulièrement répétée, de manière à former une structure régulière, mais pourrait alternativement être une structure stochastique, avec des brins et/ou parois fines enchevêtrés de manière sensiblement aléatoire. Afin de mieux absorber les impacts, la structure réticulaire tridimensionnelle peut être auxétique, c’est-à-dire présenter un coefficient de Poisson négatif. Ainsi la compression de la structure réticulaire tridimensionnelle dans la direction d’un impact balistique provoquerait aussi sa contraction locale perpendiculairement à la direction de l’impact, répartissant de cette manière l’énergie de cet impact par traction sur les régions environnantes. A part la structure réticulaire tridimensionnelle, le blindage balistique peut comprendre aussi un ou plusieurs panneaux. Un tel panneau peut par exemple être disposé sur une surface extérieure du blindage balistique, de manière à fragmenter les projectiles ou débris avant leur pénétration dans la structure réticulaire tridimensionnelle. Il est également envisageable que le blindage balistique comporte deux panneaux opposés, entre lesquels la structure réticulaire tridimensionnelle soit intercalée, de manière à former une structure en sandwich, légère mais rigide. Néanmoins, il est aussi envisageable, en complément ou alternativement à des panneaux disposés sur une ou plusieurs surfaces externes du blindage balistiques, de disposer au moins un panneau au sein de la structure réticulaire tridimensionnelle, par exemple intercalé entre couches consécutives de la structure réticulaire tridimensionnelle. Au moins une propriété de la structure réticulaire tridimensionnelle, telle que par exemple la forme et/ou taille de cellule unitaire et/ou la densité, peut évoluer suivant au moins un axe. Cette évolution peut être étagée, de manière à former des blocs ou couches distincts dans la structure réticulaire tridimensionnelle, mais elle peut aussi être graduelle. Un volume vide à l’intérieur de la structure réticulaire tridimensionnelle peut être au moins partiellement comblé par un matériau différent, afin de conjuguer ses propriétés avec celles de la structure réticulaire tridimensionnelle. Un deuxième aspect de la présente divulgation concerne un équipement optronique, tel que par exemple un viseur sur tourelle, incorporant le blindage balistique suivant le premier aspect. Un troisième aspect de la présente divulgation concerne un équipement personnel de protection, tel que par exemple un casque ou un gilet pare-balles, incorporant le blindage balistique suivant le premier aspect. Un quatrième aspect de la présente divulgation concerne un procédé de production du blindage balistique suivant le premier aspect, comprenant une étape de fabrication additive d’au moins la structure réticulaire tridimensionnelle, par exemple par fusion laser sur lit de poudre, frittage laser sur lit de poudre, dépôt de filament fondu, jet de liant, stéréo-lithographie, ou jet de résine photodurcissable, de manière à obtenir facilement une structure réticulaire complexe. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels : La illustre schématiquement les effets d’un impact balistique sur un blindage massif. La illustre schématiquement un premier mode de réalisation d’un blindage balistique comportant une structure réticulaire tridimensionnelle. La illustre la réaction de la structure réticulaire tridimensionnelle du premier mode de réalisation à un effort en compression. La illustre schématiquement un deuxième mode de réalisation. La illustre schématiquement une application du blindage balistique suivant le deuxième mode de réalisation pour la protection d’un équipement optronique. La illustre schématiquement un troisième mode de réalisation. La illustre schématiquement une application du blindage balistique suivant le troisième mode de réalisation dans un équipement personnel de protection. La illustre schématiquement un quatrième mode de réalisation. La illustre schématiquement un cinquième mode de réalisation. La illustre schématiquement un procédé de production d’un blindage balistique suivant l’un quelconque des modes de réalisation précédents. L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, à la lecture de la description détaillée qui suit, de modes de réalisation représentés à titre d'exemples non limitatifs. Suivant un premier mode de réalisation, comme illustré sur les figures 2 et 3, un blindage balistique 10 peut comporter une structure réticulaire tridimensionnelle 20, conçue de manière à former un matériau architecturé, c’est-à-dire avec une morphologie et/ou topologie lui conférant des propriétés spécifiques améliorées. En particulier, la morphologie et/ou topologie de cette structure réticulaire tridimensionnelle 20 peut être adaptée pour mieux absorber l’énergie des impacts de débris et/ou projectiles, et/ou limiter la déformation de sa face arrière, la propagation des fissures et/ou l’écaillage en cas d’impact. Par exemple, la structure réticulaire tridimensionnelle 20 peut être configurée de manière à la rendre auxétique, comme illustré sur la , montrant comment un effort F en compression, tel que peut être provoqué par un impact de projectile ou débris à haute vitesse, peut provoquer aussi une contraction de cette structure réticulaire tridimensionnelle 20 en direction perpendiculaire à celle de la compression. Cette contraction latérale peut ainsi permettre de distribuer latéralement l’effort dû à l’impact sur une plus large surface et de manière plus efficace, tout en limitant la déformation de la face arrière du blindage balistique 10. Par ailleurs, comme illustré sur les figures 2 et 3, la structure réticulaire tridimensionnelle 20 peut être une structure régulière, formée par répétition régulière d’une cellule unitaire 21 formée par un arrangement de brins 22 et/ou parois fines dans l’espace. Il est néanmoins aussi envisageable que cette structure réticulaire tridimensionnelle 20 soit une structure stochastique, avec un arrangement aléatoire des brins et/ou parois. Bien que dans le mode de réalisation illustré sur les figures 2 et 3 le blindage balistique 10 ne soit formé que par la structure réticulaire tridimensionnelle 20, il est aussi envisageable de combiner une telle structure réticulaire tridimensionnelle avec d’autres éléments de manière à en conjuguer les propriétés. Ainsi, dans un deuxième mode de réalisation, illustré sur les figures 4 et 5, le blindage balistique 10 peut comprendre, à part la structure réticulaire tridimensionnelle 20, un panneau 30 plein disposé sur une face externe du blindage balistique 10 afin de fragmenter les projectiles et/ou débris impactant à haute vitesse, tout en distribuant l’effort transmis par l’impact sur une plus large surface de la structure réticulaire tridimensionnelle 20. Ce panneau 30 peut être formé d’une seule pièce avec celle-ci, ou bien en être rendu solidaire par exemple par collage, soudure ou liaison mécanique par friction ou complémentarité de forme. La illustre par ailleurs une application de ce blindage balistique 10 pour la protection d’un équipement, et plus particulièrement d’un équipement optronique 40 sous forme de viseur sur tourelle. Cet équipement optronique 40 peut donc comprendre un ensemble de capteurs 50 monté sur une tourelle 60 pouvant avoir un ou plusieurs axes de rotation, comme par exemple un axe vertical Z et un axe horizontal X. La tourelle 60 peut être motorisée avec des actionneurs (non illustrés) pour chaque axe de rotation Z, X. Tant l’ensemble de capteurs 50 que les actionneurs de la tourelle 60 peuvent être vulnérables aux impacts, voire même aux vibrations. Afin de les protéger, l’équipement optronique 40 peut donc comprendre un carter 70 en une ou plusieurs parties incorporant chacune un tel blindage balistique 10. Bien que dans le mode de réalisation illustré sur les figures 4 et 5 un panneau plein ne soit incorporé que sur la face externe du blindage balistique, il est également envisageable d’incorporer un autre sur la face interne. Ainsi, dans un troisième mode de réalisation, illustré sur les figures 6 et 7, le blindage balistique 10 peut comprendre, à part la structure réticulaire tridimensionnelle 20, des panneaux 30, 30’ pleins disposés respectivement sur une face externe et une face interne du blindage balistique 10, avec la structure réticulaire tridimensionnelle 20 intercalée entre les deux, de manière à former une structure en sandwich. Chacun de ces panneaux 30 peut être formé d’une seule pièce avec la structure réticulaire tridimensionnelle 20, ou bien en être rendu solidaire par exemple par collage, soudure ou liaison mécanique par friction ou complémentarité de forme. Il est ainsi possible de produire un blindage balistique 10 rigide en flexion mais néanmoins léger et offrant des bonnes propriétés d’absorption d’énergie d’impact. La illustre par ailleurs une application de ce blindage balistique 10 dans un équipement personnel de protection 80, spécifiquement sous la forme d’un casque. Il est également envisageable d’incorporer un ou plusieurs panneaux pleins au cœur de la structure réticulaire tridimensionnelle, entre les faces interne et externe du blindage balistique. Ainsi, dans un quatrième mode de réalisation, illustré sur la , le blindage balistique 10 peut comprendre un premier panneau 30 plein disposé sur une face externe du blindage balistique 10 et un deuxième panneau 30’ intercalé entre deux couches 20a, 20b de la structure réticulaire tridimensionnelle 20. Par ailleurs, ces couches 20a, 20b peuvent avoir des propriétés différentes, et notamment des densités différentes, comme illustré sur la . Pour cela, elles peuvent notamment être formées par répétition régulière de cellules unitaires 21a, 21b respectives différentes. Bien que dans le mode de réalisation illustré sur la la structure réticulaire tridimensionnelle présente deux couches distinctes, avec une évolution étagée des propriétés de la structure réticulaire tridimensionnelle suivant l’axe, il est toutefois aussi envisageable d’avoir une évolution graduelle des propriétés de la structure réticulaire tridimensionnelle. Ainsi, dans le blindage balistique 10 suivant un cinquième mode de réalisation, illustré sur la , les propriétés de la structure réticulaire tridimensionnelle 20, et notamment sa densité, peut évoluer graduellement sans changement abrupte. Bien que dans les exemples illustrés cette évolution est dans la direction de l’épaisseur, il est aussi envisageable d’avoir des changements graduels ou abruptes des propriétés de la structure réticulaire tridimensionnelle, pour obtenir par exemple des réponses différentes aux impacts sur des zones différentes de la surface extérieure du blindage balistique. Par ailleurs, comme également illustré sur la , un volume vide à l’intérieur de la structure réticulaire tridimensionnelle 20 peut être au moins partiellement comblé par un matériau différent 22, comme par exemple une mousse, de manière à former, avec la structure réticulaire tridimensionnelle 20, un matériau composite combinant des propriétés de la structure réticulaire tridimensionnelle 20 et du matériau 22. Bien que ce remplissage au moins partiel ne soit illustré que sur cette figure, il est également applicable aux modes de réalisation précédents. Les procédés de fabrication additive offrent une flexibilité accrue pour la fabrication de structures réticulaires tridimensionnelles. En conséquence, comme illustré sur la , un procédé de production du blindage balistique 10 suivant un quelconque des modes de réalisation susmentionnés peut comprendre une étape de fabrication additive d’au moins la structure réticulaire tridimensionnelle 20, par exemple à partir d’un modèle numérique de celle-ci. Ce modèle numérique peut être décomposé en une série de tranches successives, et la fabrication additive d’au moins la structure réticulaire tridimensionnelle procéder par le dépôt et/ou consolidation, sélectifs et commandés par ordinateur, de couches successives de matériau correspondant aux tranches du modèle numérique. Ainsi, dans une étape de fabrication additive par frittage laser sur lit de poudre, tel qu’illustré sur la , des couches de poudre 90, normalement métallique, sont successivement appliquées, et entre l’application des couches successives, un faisceau laser 91, dirigé par un ordinateur 92 sur base d’un modèle numérique, décomposé en tranches successives, d’au moins la structure réticulaire tridimensionnelle 20, va sélectivement fondre la poudre suivant la forme de la tranche correspondante du modèle numérique, de manière à sélectivement consolider le matériau de la poudre lors de son refroidissement et ré-solidification et fabriquer ainsi au moins cette structure réticulaire tridimensionnelle 20 suivant le modèle numérique. Comme illustré sur la , d’autres éléments du blindage balistique 10, par exemple un ou plusieurs panneaux 30, 30’ pleins, peuvent être fabriqués par fabrication additive conjointement avec la structure réticulaire tridimensionnelle 20, de manière à former un ensemble monobloc. Il est néanmoins aussi envisageable d’avoir des étapes subséquentes de finition et/ou assemblage pour obtenir le blindage balistique 10 dans sa forme finale. Par ailleurs, bien que le procédé illustré soit un procédé de fabrication additive par frittage laser sur lit de poudre, d’autres types de procédés de fabrication additive, comme par exemple la fusion laser sur lit de poudre, le dépôt de filament fondu, le jet de liant, stéréo-lithographie, ou le jet de résine photodurcissable, sont également envisageables de manière analogue. Quoique la présente invention ait été décrite en se référant à des modes de réalisation spécifiques, il est évident que des différentes modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En outre, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation évoqués peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par exemple, le procédé illustré dans la est applicable à la fabrication des blindages balistiques suivant chacun des modes de réalisation des figures 2 à 9, chacun de ces blindages balistiques est susceptible d’être utilisé dans les applications illustrées par les figures 5 et 7. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif. Blindage balistique (10) comportant une structure réticulaire tridimensionnelle (20). Blindage balistique (10) suivant la revendication 1, dans lequel la structure réticulaire tridimensionnelle (20) comprend une cellule unitaire (21) régulièrement répétée. Blindage balistique (10) suivant l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel la structure réticulaire tridimensionnelle (20) est auxétique. Blindage balistique (10) suivant l’une quelconque des revendications 1 à 3, comportant aussi un ou plusieurs panneaux (30, 30’). Blindage balistique (10) suivant la revendication 4, comportant deux panneaux (30, 30’) opposés, entre lesquels la structure réticulaire tridimensionnelle est intercalée, de manière à former une structure en sandwich. Blindage balistique (10) suivant l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel au moins une propriété de la structure réticulaire tridimensionnelle (20) évolue suivant au moins un axe. Blindage balistique (10) suivant l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel un volume vide à l’intérieur de la structure réticulaire tridimensionnelle (20) est comblé par un matériau différent (22). Equipement optronique (40) incorporant le blindage balistique (10) suivant l’une quelconque des revendications 1 à 7. Equipement personnel de protection (80) incorporant le blindage balistique (10) suivant l’une quelconque des revendications 1 à 7. Procédé de production du blindage balistique (10) suivant l’une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant une étape de fabrication additive d’au moins la structure réticulaire tridimensionnelle (20).