Brevet FR3160005A1 — publié le 20250912

Dispositif de protection aux impacts comportant : - un panneau dissipateur pourvu d’au moins une plaque de mousse d’aluminium (1a, 1b), d’une première tôle (2) d’un matériau ductile métallique recouvrant une première face de ladite plaque de mousse d’aluminium pour former une face arrière du panneau et d’une deuxième tôle (3) d’un matériau ductile métallique recouvrant une deuxième face de ladite plaque de mousse d’aluminium pour former une face avant du panneau, - un châssis support comportant un premier cadre (4) muni de premières lames périphériques (41) s’appliquant sous la périphérie de ladite face arrière du panneau, - un renfort périphérique comportant un deuxième cadre (5) muni de deuxièmes lames (51a) s’appliquant sur la périphérie de ladite face avant du panneau, ledit renfort comportant des parois de fixation (52b), issues desdites deuxièmes lames périphériques, longeant les côtés du panneau et fixées sur ledit châssis support, pour lequel le châssis support et le renfort périphérique sont réalisés chacun à partir de profilés assemblés au niveau des quatre côtés du panneau. Figure 1 DISPOSITIF DE PROTECTION AUX IMPACTS L’invention relève du domaine des dispositifs de protection aux impacts d’objets ou de locaux. Il s’agit notamment de protéger des structures, des tuyauteries ou chemins de câbles externes à des bâtiments contre les impacts de projectiles de petite taille de type grêlons, billes d’acier ou objets poinçonnant voir même des véhicules. De tels objets sont en particulier déplacés par des vents violents notamment dans le cas de tornades. Des dispositifs de protection déjà qualifiées aux impacts de projectiles portés par des tornades existent. Ces dispositifs sont de type filets ou caillebotis qui présentent une déflexion importante et couvrent une surface relativement réduite mais aussi des grilles soudées par exemple avec des barres de section 3 cm x 6 cm dont la masse est de l’ordre de 140 kg par m2 environ pour un pas de 10 à 15 cm. Des matériaux dissipateurs d’énergie cinétique sont aussi utilisés sous forme de matelas posés sur un support rigide. Ces assemblages fonctionnent sur des impacts causant une compression du système. Par ailleurs, des mousses métalliques sont déjà utilisées pour protéger les véhicules militaires, ou civils haut de gamme, contre les effets de chocs. Problème technique Ces solutions connues restent complexes à mettre en œuvre, les grilles soudées et les caillebotis sont lourds tandis que les filets présentent une déflexion importante lors des impacts. L’invention consiste à utiliser un matériau à forte capacité de dissipation d’énergie cinétique, grâce à son comportement en compression, au sein d’un panneau destiné à protéger des installations sensibles des impacts de projectiles véhiculés par des phénomènes climatiques extrêmes. Au vu de cette situation la présente divulgation propose d’utiliser une mousse d’aluminium en tant qu’écran protecteur à un impact de projectile poinçonnant. Toutefois, la protection doit dissiper l’énergie d’impact dans la compression de la mousse d’aluminium, alors que celle-ci est sollicitée en flexion ce qui n’est pas une utilisation traditionnelle. Aussi la présente divulgation prévoit un dispositif de protection aux impacts comportant : - un panneau dissipateur pourvu d’au moins une plaque de mousse d’aluminium, d’une première tôle d’un matériau ductile métallique recouvrant une première face de ladite plaque de mousse d’aluminium pour former une face arrière du panneau et d’une deuxième tôle d’un matériau ductile métallique recouvrant une deuxième face de ladite plaque de mousse d’aluminium pour former une face avant du panneau, - un châssis support comportant un premier cadre muni de premières lames périphériques s’appliquant sous la périphérie de ladite face arrière du panneau, - un renfort périphérique comportant un deuxième cadre muni de deuxièmes lames s’appliquant sur la périphérie de ladite face avant du panneau, ledit renfort comportant des parois de fixation, issues desdites deuxièmes lames périphériques, longeant les côtés du panneau et fixées sur ledit châssis support, pour lequel le châssis support et le renfort périphérique sont réalisés chacun à partir de profilés assemblés au niveau des quatre côtés du panneau. Le choix de la mousse d’aluminium se base sur le fait que la mousse d’aluminium se compacte selon un seuil d’effort, son comportement étant indépendant de la vitesse des impacts. En d’autres termes, la mousse choisie présente une même loi de comportement quelque-soit la vitesse de l’impact. Par ailleurs la masse des panneaux de la présente divulgation est de l’ordre de 50 kg par m 2 ce qui est beaucoup plus faible que la masse des grilles soudées, la déflexion lors des impacts est réduite par rapport aux filets alors que la surface protégée est plus importante. Le panneau de la présente divulgation est adapté à protéger un dispositif situé derrière la face arrière du panneau des impacts de projectiles véhiculés par des vents violents notamment lors de tornades et ouragans. Le dispositif est conçu pour présenter une déflexion bien inférieure à celle des filets lors d’un impact et a une masse bien inférieure à celle des grilles soudées. Le dispositif de l’invention est conçu pour exploiter le comportement en compression de la mousse d’aluminium, dont c'est le mode de travail préférentiel, malgré un chargement et une configuration géométrique qui génèrent un comportement en flexion de la mousse. Les caractéristiques exposées dans les paragraphes suivants correspondent à des modes de réalisation pouvant être mis en œuvre indépendamment les uns des autres ou en combinaison les uns avec les autres : Selon un mode de réalisation préférentiel, le deuxième cadre peut être réalisé au moyen de cornières de section en L pourvues de premières ailes formant lesdites deuxièmes lames et de secondes ailes perpendiculaires aux premières ailes, formant lesdites parois de fixation, boulonnés sur des poutres fixées au châssis support. Le renfort périphérique peut selon un mode de réalisation être réalisé au moyen de profilés en U chacun pourvu d’une première aile latérale qui repose sur la périphérie de la face avant du panneau pour former les lames périphériques dudit deuxième cadre, chacun pourvu d’une lame centrale qui s’étend parallèlement aux côtés du panneau et pourvu d’une seconde aile s’étendant sous la périphérie du panneau entre la première face et le châssis support. Selon un mode de réalisation particulier, le panneau comporte au moins deux plaques de mousse d’aluminium l’une sur l’autre prises ensemble entre lesdites tôles. Lesdites plaques de mousse d’aluminium peuvent être collées ensemble. La ou les plaques de mousse d’aluminium sont préférablement des plaques de densité entre 100 kg/m3 et 300 kg/m3. L’épaisseur desdites tôles est avantageusement de 1 mm à 3 mm. Le renfort périphérique peut être réalisé avec des plaques d’acier d’épaisseur préférablement de 3 mm à 6 mm. Le châssis support est avantageusement réalisé au moyen de profilés en H pourvus de deux semelles reliées par une âme centrale et positionnés sous le panneau. Une première semelle desdits profilés peut notamment former lesdites premières lames , l’âme centrale former un paroi de soutien perpendiculaire à la face arrière du panneau et une deuxième semelle desdits profilés former un troisième cadre d’appui du dispositif sur un ou plusieurs supports de fixation. Les supports de fixation peuvent être des plots, un mur ou une dalle béton par exemple. L’épaisseur des semelles peut notamment être de 10 mm à 15 mm. Le panneau peut être de largeur et de longueur comprises entre 1 m et 3 m. D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après d’exemples de réalisation non limitatifs, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels : FIG. 1 montre une vue éclatée d’un dispositif de protection réalisé selon la présente divulgation ; FIG. 2 montre le dispositif de la FIG. 1 assemblé en perspective ; FIG. 3 montre un détail en coupe transversale du dispositif de la FIG. 1 ; FIG. 4 , FIG. 4 sont des vues schématiques en coupe d’un dispositif selon l’invention respectivement avant impact et après impact ; Les dessins et la description ci-après contiennent des éléments pouvant non seulement servir à mieux faire comprendre la présente invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. Il est maintenant fait référence à la FIG. 1 qui représente les éléments constitutifs d’un dispositif de protection aux impacts selon la présente divulgation. Ce dispositif comporte un panneau dissipateur pourvu ici de deux plaques 1a, 1b de mousse d’aluminium, ces plaques étant en outre ici divisées en deux et assemblées selon des directions perpendiculaires. L’épaisseur de la ou des plaques et le nombre de plaques superposées dépend de l’énergie des impacts dont on souhaite de se prémunir. Deux plaques peuvent notamment être utilisées lorsque l’épaisseur d’une seule plaque n’est pas suffisante par rapport au type d’impact à absorber mais, selon les besoins, les panneaux peuvent comporter plus ou moins de deux plaques selon l’épaisseur souhaitée pour le panneau. Le panneau comporte, d’un premier côté de la ou des plaques de mousse d’aluminium, une première tôle 2 d’un matériau ductile métallique, notamment de l’acier ou de l’aluminium, recouvrant une première face de ladite plaque de mousse d’aluminium ou de l’assemblage de plaques de mousse d’aluminium pour former une face arrière du panneau. Le panneau comporte une deuxième tôle 3 d’un matériau ductile métallique recouvrant une deuxième face de ladite plaque de mousse d’aluminium ou de l’assemblage de plaques de mousse d’aluminium pour former une face avant du panneau. Dans l’exemple de la FIG. 1 les tôles sont disposées sur les faces externes d’un assemblage comportant deux plaques de mousse d’aluminium. Le nombre de plaques de mousse d’aluminium, les épaisseurs des tôles métalliques et les portées peuvent varier selon la configuration des cibles à protéger aux impacts et la vitesse d’impact identifiée. Les plaques de mousse d’aluminium peuvent être collées ensemble pour réaliser un panneau monobloc. La ou les plaques de mousse d’aluminium sont des plaques de densité entre 100 kg/m3 et 300 kg/m3. L’épaisseur desdites tôles est pour sa part de 1 mm à 3 mm pour des tôles d’acier. Le dispositif comporte en outre un châssis support comportant un premier cadre 4 muni de premières lames périphériques 41 s’appliquant sous la périphérie de ladite face arrière du panneau. Ce châssis support est réalisé selon l’exemple des figures 1 et 3 à partir de profilés en H 4a, 4b pourvus de deux semelles reliées par une âme centrale 43 et positionnés sous le panneau. Une première semelle desdits profilés forme les premières lames 41 du premier cadre et supportent le panneau, l’âme centrale 43 des profilés forme un paroi de soutien perpendiculaire à la face arrière du panneau et la deuxième semelle 42 desdits profilés forme un troisième cadre d’appui du dispositif sur un ou plusieurs supports de fixation 9. Le dispositif de protection comporte en outre un renfort périphérique pour le panneau, ce renfort comportant un deuxième cadre 5 muni de deuxièmes lames 51a s’appliquant sur la périphérie de ladite face avant du panneau et des parois de fixation 52b, à 90° desdites deuxièmes lames périphériques, longeant les côtés du panneau et fixées sur ledit châssis support comme notamment représenté aux figures 1 et 2. Selon l’exemple, le deuxième cadre est réalisé au moyen de cornières 5a, 5b de section en L pourvues de premières ailes formant lesdites deuxièmes lames 51 et de secondes ailes perpendiculaires aux premières ailes, formant lesdites parois de fixation 52. Selon la FIG. 3 , ces parois sont fixées au moyens de boulons 6 sur des poutres 7 fixées au châssis support, par exemple sous l’extrémité de la première semelle 41 au moyen d’un cordon de soudure 8. Le renfort périphérique est réalisé avec des plaques d’acier d’épaisseur de 3 mm à 6 mm tandis que le châssis support est réalisé avec un profilé dont les semelles ont une épaisseur de 10 mm à 15 mm. Selon la présente divulgation, le châssis support et le renfort périphérique sont réalisés chacun à partir de profilés assemblés au niveau des quatre côtés du panneau ce qui permet une fabrication aisée du dispositif. Du fait du bridage des bords des tôles entre le renfort périphérique et le châssis support, la mousse subit une compression du haut vers le bas au milieu et du bas vers le haut sur les côtés ce qui permet une bonne absorption des impacts et un retrait réduit du panneau qui ne vient pas percuter l’objet ou la structure à protéger comme représenté aux figures 4A et 4B qui représentent schématiquement en FIG. 4 un dispositif de la présente divulgation avant impact d’un impacteur 11 et en FIG. 4 le dispositif après impact. Selon ces figures, le châssis support 4 du dispositif est fixé sur un sol tel qu’un sol béton formant un support 9 et un objet à protéger 10 est positionné sous le panneau comportant la mousse d’aluminium 1 et deux tôles d’acier 2, 3. Dans ce dernier cas, on constate une remontée de la tôle inférieure 2 sur les bords du panneau tandis que le centre du panneau fléchit sous l’impact. L’objet à protéger 10 n’est pas touché. Plusieurs dispositifs de protection peuvent être réalisés selon les dimensions des objets à protéger, par exemple le panneau est de largeur et de longueur comprises entre 1 m et 3 m. La loi de comportement en compression de la mousse d’aluminium a été caractérisée expérimentalement en régime dynamique, à des vitesses d’impacts allant de 5 m/s à 30 m/s. La caractérisation de son comportement face au poinçonnement a aussi montré sa faible capacité de dissipation d’énergie lors d’un impact à caractère perforant. Toutefois l’activation du mécanisme de compression de la mousse est ici possible du fait que la mousse est maintenue entre les tôles et le fait que le panneau repose sur une structure suffisamment rigide. En outre la mousse d’aluminium se compacte selon le seuil d’effort et a un comportement indépendant de la vitesse impact et une même loi de comportement selon les impacts. La conception du panneau dissipateur permet de réaliser un système d’écran travaillant en flexion, tout en dissipant l’énergie cinétique par un mécanisme de compression. Ceci permet d’avoir une masse résultante la plus faible possible et un fonctionnement sur des grandes portées compatible de la protection de tuyauteries et chemins de câbles. Dans le cadre de la présente divulgation est utilisé un matériau à forte capacité de dissipation d’énergie cinétique, grâce à son comportement en compression, au sein d’un panneau destiné à protéger des installations sensibles des impacts de projectiles véhiculés par des phénomènes climatiques extrêmes. Ce matériau est une mousse d’aluminium pourvue d’une loi de comportement en compression a été caractérisée expérimentalement en régime dynamique, à des vitesses d’impacts allant de 5 m/s à 30 m/s. La caractérisation de son comportement face au poinçonnement a aussi montré sa faible capacité de dissipation d’énergie lors d’un impact à caractère perforant. L’activation du mécanisme de compression de la mousse d’aluminium n’est par ailleurs possible que si la plaque ou les plaques de mousse reposent sur une structure suffisamment rigide. Un verrou technique majeur apparaît donc dès lors que l’équipement à protéger ne doit pas être en contact avec le panneau de protection, que ce soit en situation normale ou en situation d’agression, et que la menace identifiée est un projectile à caractère perforant. Comme vu plus haut la conception du panneau dissipateur de la présente divulgation permet de réaliser un système d’écran travaillant en flexion, tout en dissipant l’énergie cinétique par un mécanisme de compression. Les contraintes de masse résultante la plus faible possible et d’un fonctionnement sur des grandes portées étaient à intégrer à cette conception. Les modélisations ont dans un premier temps été validées sur des essais d’impact poinçonnant sur une maquette à échelle réduite, avec un impacteur de masse 130 kg chutant d’une hauteur de 5 m, conduisant à une vitesse d’impact de 10 m/s. Le corps d’essai était une plaque de mousse d’aluminium, de densité de 100 kg/m3 à 200 kg/m3 et plus précisément de 130kg/m3 à 150 kg/m3, carrée de 1 m de côté, posée entre deux plaques d’acier d’une épaisseur de 2 mm chacune. Ce panneau composite est posé sur un châssis carré, puis bridée sur les bords hauts par des butées anti-envol. La mousse d’aluminium a une masse volumique entre 100 et 300 kg/m3, typiquement 140 kg/m3. Les calculs et les essais ont confirmé la pertinence du dispositif en ce que le panneau composite est, d’une part, appuyé sur ses 4 bords intérieurs, et d’autre part que les 4 bords extérieurs soient bloqués en déplacement hors-plan afin que la tôle d’acier extérieure reste solidaire avec la mousse sur toute sa surface. Le prototype tel que décrit ainsi réalisé pour assurer la protection a un projectile véhiculé par une tornade a été testé et validé par des essais de chute d’un tube en acier de 130 kg, depuis une hauteur de 40 m, conduisant à une vitesse d’impact de 28 m/s. Dans le cas du prototype testé, le panneau dissipateur est constitué de deux plaques de mousse d’aluminium 1 prises entre deux plaques d’acier d’une épaisseur de 2 mm chacune. Il est appuyé linéairement sur ses quatre bords intérieurs sur le châssis 4, et ses portées sont de 2 m. Le blocage des quatre bords du panneau par l’extérieur est assuré par les cornières boulonnées aux côtés du châssis. Le nombre de plaques de mousse, les épaisseurs des plaques d’acier et les portées peuvent varier selon la configuration des cibles à protéger aux impacts et la vitesse d’impact identifiée. La hauteur du châssis est calibrée pour que la déflexion du panneau sous un tel impact ne permette pas au panneau d’heurter une dispositif sous le panneau. L’invention ne se limite pas aux exemples décrits ci-avant, seulement à titre d’exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l’homme de l’art dans le cadre de la protection recherchée, par exemple les panneaux peuvent être carrés ou rectangulaires selon l’application envisagée. Dispositif de protection aux impacts comportant : un panneau dissipateur pourvu d’au moins une plaque de mousse d’aluminium (1a, 1b), d’une première tôle (2) d’un matériau ductile métallique recouvrant une première face de ladite plaque de mousse d’aluminium pour former une face arrière du panneau et d’une deuxième tôle (3) d’un matériau ductile métallique recouvrant une deuxième face de ladite plaque de mousse d’aluminium pour former une face avant du panneau, un châssis support comportant un premier cadre (4) muni de premières lames périphériques (41) s’appliquant sous la périphérie de ladite face arrière du panneau, un renfort périphérique comportant un deuxième cadre (5) muni de deuxièmes lames (51a) s’appliquant sur la périphérie de ladite face avant du panneau, ledit renfort comportant des parois de fixation (52b), issues desdites deuxièmes lames périphériques, longeant les côtés du panneau et fixées sur ledit châssis support, pour lequel le châssis support et le renfort périphérique sont réalisés chacun à partir de profilés assemblés au niveau des quatre côtés du panneau. Dispositif de protection aux impacts pour lequel le deuxième cadre est réalisé au moyen de cornières (5a, 5b) de section en L pourvues de premières ailes formant lesdites deuxièmes lames (51) et de secondes ailes perpendiculaires aux premières ailes, formant lesdites parois de fixation (52), boulonnés (6) sur des poutres (7) fixées au châssis support. Dispositif de protection aux impacts selon la revendication 1 ou 2 pour lequel le panneau comporte au moins deux plaques (1a, 1b) de mousse d’aluminium l’une sur l’autre prises ensemble entre lesdites tôles (2, 3). Dispositif de protection aux impacts selon la revendication 3 pour lequel lesdites plaques de mousse d’aluminium sont collées ensemble. Dispositif de protection aux impacts selon l’une quelconque des revendications précédentes pour lequel la ou les plaques de mousse d’aluminium sont des plaques de densité entre 100 kg/m 3 et 300 kg/m 3 . Dispositif de protection aux impacts selon l’une quelconque des revendications précédentes pour lequel l’épaisseur desdites tôles est de 1 mm à 3 mm, le renfort périphérique étant réalisé avec des plaques d’acier d’épaisseur de 3 mm à 6 mm. Dispositif de protection aux impacts selon l’une quelconque des revendications précédentes pour lequel le châssis support est réalisé au moyen de profilés en H (4a, 4b) pourvus de deux semelles reliées par une âme centrale (43) et positionnés sous le panneau de sorte qu’une première semelle desdits profilés forme lesdites premières lames (41), que l’âme centrale (43) forme un paroi de soutien perpendiculaire à la face arrière du panneau et qu’une deuxième semelle (42) desdits profilés forme un troisième cadre d’appui du dispositif sur un ou plusieurs supports de fixation (9). Dispositif de protection aux impacts selon la revendication 7 pour lequel l’épaisseur des semelles est de 10 mm à 15 mm. Dispositif de protection aux impacts selon l’une quelconque des revendications précédentes pour lequel le panneau est de largeur et de longueur entre 1 m et 3 m.