CA1243210A

CA1243210A - Procede d'occultation des rayonnements visible et infrarouge et munition fumigene mettant en oeuvre ce procede

Info

Publication number: CA1243210A
Application number: CA000433156A
Authority: CA
Inventors: Andre Espagnacq; Gerard Sauvestre
Original assignee: Direction General pour lArmement DGA
Current assignee: Direction General pour lArmement DGA
Priority date: 1982-07-27
Filing date: 1983-07-26
Publication date: 1988-10-18
Also published as: DE3326884C2; FR2560371A1; US4697521A; NO832728L; BE897373A; IT1166936B; NL190967B; FR2560371B1; GB2158206B; DE3326884A1; NL190967C; NO165103B; NO165103C; IT8322141A0; NL8302652A; GB2158206A

Abstract

Procédé et munition pyrotechnique fumigène pour occulter les rayonnements visible et infrarouge de longueur d'onde comprise entre 0,4 et 14 .mu.m émis par une cible. On produit d'abord instantanément un premier aérosol chaud à l'aide d'une composition pyrotechnique rapide, masquant la cible par diffusion dans le visible et par son pouvoir émissif dans l'infrarouge. Puis, on produit un second aérosol contenant des particules de carbone chaudes de dimensions comprises entre 1 et 14 .mu.m à l'aide d'une composition pyrotechnique lente pour occulter principalement par diffraction l'image thermique émise par la cible. La composition rapide comprend une poudre de zinc et d'oxyde de zinc, de perchlorate de potassium, d'hexachlorobenzène ou d'hexachloroéthane et un liant. La composition lente comprend un composé générateur de particules de carbone de 1 à 14 .mu.m tel l'haxachlorobenzène, l'hexachloroéthane, le naphtalène, l'anthracène, un réducteur telle une poudre métallique (magnésium) et un oxydant tel l'hexachlorobenzène et/ou l'hexachloroéthane. Application à la réalisation d'artifices fumigènes.

Description

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- l -Le secteur technique de la présente invention est celui des procédés et munitions fumigènes destinés à
produire un écran de Eumée permettant de camoufler une cible quelconque en empêchant la transmission du rayonnement 5 infrarouge émis par celle-ci pour la rendre indé-tectable par un senseur.
Il existe actuellement peu de publications traitant des munitions pour la production d'une fumée opaque au rayonnement infrarouge. Toutefois, la realisation de 10 munitions ou artifices fumigènes classiques est hien connue.
Ces munitions comprennent généralement un pot cylindrique à
l'intérieur duquel on place une composition pyrotechnique ou des comprimés de compositions pyrotechniques présentant ou non un canal central. Pour plus de précisions, on pourra se 15 reporter au brevet fran~ais 2 249 590 publié le 31 mars 1975, qui décrit un artifice fumigène dont les émissions sont totalement transparentes au rayonnement infrarouge. Ce genre de composition est apte à générer une fumée blanche par production de chlorure de zinc ou de chlorure 20 d'ammonium, le carbone étant transformé en gaz carbonique.
L'apparition de nouveaux moyens de surveillance (caméras thermiques) à modifié les données du problème car ces moyens permettent d'identifier une cible à partir de son rayonnement thermique propre dans les fenêtres de 25 transparence 3 à 6 ,um et 7 à 14 ,um. On a déjà donc proposer de disperser des aérosols de façon à occulter le rayonnement infrarouge émis par une cible.
Ainsi, on connaît les brevets francais 2 299 617 et 2 309 828 qui décrivent la formation d'un aérosol liquide 30 par hydrolyse du tétrachlorure de titane ou d'étain.
On utilise alors une composition pyrotechnique dispersante fortement exothermique, du type aluminium ou bore/perchlorate de potassium pour disperser le tetra-chlorure de ~itane. Toutefois, ce type d'aerosol constitué

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: .

de gouttelettes liquides hydrosolubles n'est guère efficace, nécessite de l'eau ou de l'humidité et a une durée de vie très courte, inférieure à 20s et ce quel que soit le volume du système dispersant. De plus, ce système engendre des composés acides corrosifs et toxiques.
On connaît également le brevet français 2 396 265, publié le 26 janvier 1979, qui décrit la dispersion de particules solides à partir d'une poudre minerale et d'un gaz vecteur (air comprimé, azote, etc...) pour arreter par diffusion le rayonnement thermique d'une cible. Il faut cependant maitriser la granulométrie des particules contenues dans l'aérosol émis car seule une granulométrie finale voisine de la longueur d'onde du rayonnement à
occulter est efficace. Or, on a constaté que la production d'un aérosol de particules solides dont le diamètre serait compris entre 1 et 14 ~m ne permet pas de supprimer l'image thermique de la cible de façon efficace et pendant un temps suffisant en raison de la sédimentation des particules qui intervient. Les durées de vie obtenues ne dépassent pas 25 secondes.
On connait encore les brevets français 2 294 422 et 2 294 432 qui décrivent des leurres infrarouges émettant par combustion d'une composition pyrotechnique, une flamme de haute intensité définissant ainsi une source de rayonne-ment infrarouge susceptible de se substituer à la source de rayonnement constituée par le moteur de l'aéronef dans le système de guidage de l'engin lancé contre celui-ci. Il ne s'agit pas d'émettre des particules de carbone de dimensions précises.
Le but de la présente invention est de proposer un procédé et une munition pour produire un écran de fumee interdisant la -transmission du rayonnement infrarouge et visible pour camoufler totalement une cible pendant un temps suffisant, c'est-à-dire de 40 à 50 s.

~7~3~

L'invention a donc pour objet un procédé d'occul-tat.ion des rayonnements visible et infrarouge de longueur d'onde compri.se entre 0,4 et 14 ~um émis par une cible, caractérisé en ce que dans une première étape on produit instantanement un premier aerosol chaud qui masque la cible par diffusion dans le visible et par son pouvoir émissif dans l'infrarouge, et dans une seconde étape on produit un second aérosol contenant principalement des particules de carbone chaudes de dimensions comprises entre 1 et 14,um pour occulter essentiellement par diffraction l'image ther-mique émise par la cible.
Selon une mise en oeuvre particulière on génère le premier et le second aérosol à par-tir de compositions pyro-techniques.
L'invention concerne également une muni-tion pyro-technique fumigène pour la mise en oeuvre du procédé, originale en ce qu'elle comporte un tube fermé à ses deux extrémités par un couvercle, au moins un de ces couvercles étant muni d'un ou plusieurs orifices, le tube renfermant au moins une composition pyrotechnique rapide possédant une mise en regime inférieure à 1 s et une vitesse de combustion de l'ordre de 6 mm/s sous pression de fonctionnement, pour générer des gaz chauds avec un débit au moins égal à 160 g/s de fa~on à occulter par saturation l'image thermique de la cible, et au moins une composition pyrotechnique lente :~ possédant une vitesse de combustion de l'ordre de 1 mm/s sous pression de fonctionnement générant des particules de carbone chaudes, chacune des compositions étant munies d'un canal. central, des moyens d'allumage étant prévus pour initier les compositions rapides.
La composition rapide peut etre un comprimé
réalisé sous pression comprenant une poudre de zinc et : d'oxyde de zinc, de perchlorate de potassium, d'hexachloro-benzène ou d'hexachloroéthane et un liant constitué par le ~ .

~' ~ ~32~ ~

néoprène.
Les co.nstituants de la composition rapide peuvent être choisis selon les pourcentages en masse suivants:
31~ de zinc, 12% d'oxyde de zinc, 16~ de perchlorate de potassium, 31~ d'hexachlorobenzène et ou d'hexachloroéthane, 10~ de néoprène.
La composition lente peut être un comprimé réalisé
sous pression comprenant un composé générateur de particules de carbone dont la dimension est comprise entre environ 1 et 14 um, un système oxydo-réducteur réagissant à une tempé-rature supérieure à 1000 C et un liant.
Le réducteur de la composition peut être choisi lS parmi les poudres métalliques notamment le magnésium; et l'oxydant peut être représenté par l'hexachlorobenzène, l'hexachloroéthane ou leur mélange.
La composition lente peut comprendre le système ternaire suivant:
- 15 à 25 parties en poids de poudre de magnésium, - 50 à 85 parties en poids d'hexachlorobenzène ou d'hexa-chloroéthane, - 0 à 30 parties en poids de naphtalène.
La munition peut comprendre cinq comprimés empilés dans l'ordre suivant:
- un comprimé de composition rapide, - trois comprimés de compositions lentes successives, - un comprimé de composition rapide, - et un comprimé d'allumage placé au contact de chacun des comprimés de composition rapide.
,~Avantageusement le diamètre du canal central des : compositions lentes est supérieur à celui des compositions rapides.
Un avantage de la présente invention réside dans ~1~%~2~[3 le Eait qu'en combinant deux cornpositions émettant l'une un aerosol très chaud pour masquer par son pouvoir émissif supérieur l'image thermique de la cible et l'autre un aerosol de particules solides arrêtant par diffraction l'image thermique de la cible on obtient instantanément un écran protecteur de la cible pendant une durée suffisante de l'ordre de 40 à 50 s. De plus, la combustion extrêmement vive et exothermique de la composition rapide conduit au sein de l'artifice à réduire la durée de mise en régime de la composition lente ainsi qu'à augmenter sa vitesse de combustion durant les premières secondes de fonctionnement.
Cette action permet d'accroître le débit d'émission de la munition et corrélativement d'augmenter la concentration de particules dans le nuage de fumée. On évite ainsi une diminution de la densité de l'aérosol correspondant à la courte période située en~re la fin d'émission due à la composition rapide et le début d'émission dû à la compo-sition lente. Il en résulte une amélioration de~ l'effi-cacité et de la régularité de l'écran fumigène contre le rayonnement infrarouge.
Ainsi qu'il ressort déjà de ce qui précède on met en oeuvre une composition fortement exothermique ayant une grande vitesse de combustion. Les compositions répondant à
ces critères sont généralement à base de poudre métallique fortement réductrice par exemple de zinc ou d'aluminium.
Cette poudre métallique peut être associée à un oxyde métallique tel que l'oxyde de zinc. L'oxydant doit également être fortement exothermique et ceux du type chlorate ou perchlorate conviennent parfaitement sans en constituer une limitation. Le perchlorate de potassium permet d'obtenir d'excellents résultats. La réaction ; conduit donc à des chlorures hydrolysables tels que les chlorures de zinc ou d'aluminium. L'oxydant peut être associé à des composés carbonés saturés ou non substitués :

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3~

partiellement ou totalement par des éléments électronégatifs tels le chlore et le fluor. A titre d'exemple on citera l'hexachloroéthane ou l'hexachlorobenzène~ Bien entendu, on améliorera la tenue mécanique du comprimé par l'adjonction d'un liant qui ne constitue pas en lui-m~eme une caractéristique de l'invention. Les liants classiquement utilisés en pyrotechnie peuvent être mis en oeuvre et on citera à titre indica-tiE le néoprène, le polychlorure de vinyle, l'acétate de polyvynile, l'aceto-chlorure de vinyle, les polyuréthanes etc... Les pourcentages respectifs des constituants peuvent ê-tre choisis en fonction du but recherché.
La composition rapide émet une fumée grisâtre à
blanche, et elle peut être noire selon le composé carboné
utilisé. Ainsi lorsqu'on utilise l'hexachlorobenzène la fumée émise devient noire. Il est à noter que la composition rapide brûle entièrement et ne laisse aucun résidu. Le débit massique est ainsi augrnenté et tout le matériau fumigène est transformé en fumée.
Selon l'invention, on associe à cette composition rapide une composition lente qui comprend un composé
générateur de particules de carbone pour produire par diffraction un écran opaque au rayonnement infrarouge de la cible. On peut donc utiliser les paraffines, les composés benzéniques condensés ou non, le naphtalène et l'anthracène, le phénanthrène et le naph-tol notamment permettent d'obtenir ; de bons résultats. Le système oxydo-réducteur doit fournir une température de combustion supérieure à 1000 C; les poudres métalliques associées aux oxydants classiques du type nitrate, perchlorate peuvent être utilisées. Cependant on préfère, selon l'invention, optimiser la composition pyrotechnique lente en utilisant un composé générateur de particules de c~rbone qui soit suffisamment oxydant pour réagir avec le réducteur, tels les composés hydrocarbonés `~ ~

32~

non substitués A titre d'exemple, le couple hexachloro-benzène-naphtalène permet de réaliser des compositions pyrotechniques lentes genérant une fumée intense pouvant masquer le rayonnement infrarouge d'une cible. Bien entendu, on pourra utiliser un composé hydrocarbone substitué en combinaison avec un oxvdant classique. Le liant en lui-même ne constitue pas une caractéristique de cette composition et il est utilisé pour renforcer la tenue mécanique de la composition. Cependant, on choisira de préférence les composés macromoléculaires du type fluorés qui participe à la réaction de combustion par l'apport de molécules de fluor très oxydantes par exemple le poly-fluorure de vinylidène mais également dlautres polymères tels le copolymère acétochlorure de vinyle, le polystyrène, lS réticulable ou non, le copolymère méthacrilate de méthyle/
styrène et le néoprène peuvent convenir. La proportion du liant utilisée peut être de l'ordre de 5 à 20 parties en poids et mieux vaut ne pas dépasser 25 parties en poids.
Pour préparer les compositions pyrotechniques selon l'invention on s'y prend de la manière suivante ou de fa~on équivalente.
La poudre métallique est d'abord soumise à un étuvage à 50 C environ pendant 24 heures. Les composes solides tels le perchlorate, l'hexachlorobenzène et l'anthracène sont tamisés à environ 0,50 - 0,65 mm. Ils sont ensuite introduits tour à tour dans la cuve d'un malaxeur et malaxés pendant 15 à 30 mn. A partir du mélange obtenu, on réalise des comprimés comprenant un canal central sous une pression de l'ordre de 6.10 Pa.
L'invention sera mieux comprise à la lecture du complément de description qui va suivre de modes de réalisation donnés à titre d'exemples en relation avec un dessin (figure 1) représentant une coupe longitudinale d'une munition selon l'invention.
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~, , . .

Sur la figure, on a représenté une munition ~umigène 1 destinée à être éjectée à partir d'un tube de lancemen~ non représenté à l'aide d'un propulseur 3 de type connu intégré à la munition. Cette munition comprend une envelope tubulaire 4 en acier fermée aux deux extrémités par deux couvercles 5 et 6. Le couvercle 5, placé au voisinage du propulseur 3, comporte un certain nombre de trous ou orifices 5a destinés à permettre l'initiation de la composition d'allumage 7 lors du lancement. Le couvercle 6 comporte un trou central 6a et des trous 6b excentrés. Ces différents trous peuvent etre obstrués par des paillets fusibles. A l'intérieur de l'enveloppe 4, sont disposés un comprimé de composition rapide 8, trois comprimés de composition lente 9, 10, 11 et un comprimé de composition rapide 12. Un comprimé d'une composition d'allumage 13 est disposé à la base du comprimé 12 et sert de relais d'allumage.
Sur la figure, on voit que le diamètre du canal central 14 des comprimés 9, 10, 11 est plus grand que celui des comprimés 8 et 12 en raison de la dif~érence de vitesse de combustion existant entre les compositions rapides et lentes. Le canal central sert de guide à l'allumage et son diamètre dépend de la nature de la composition fumigène.
A titre d'exemple, on peut réaliser une munition ayant les caractéristiques suivantes:
- diamètre de l'enveloppe 80 mm, - hauteur de l'enveloppe 360 mm, - comprimés 7 et 13 masse 22 g, hauteur 8 mm, diamètre extérieur: 050 mm, diamètre du -trou central: 018 mm, - comprimés 8 et 12: masse 733 g, hauteur 69 mm, ~ diamètre d'un trou central: 020 mm, : :

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- comprimés 9, 10 et 11: masse 388 g, hauteur 65 mm, diamètre du trou central: 030 mm.
La masse totale da la munition est de 4 kg environ et comporte 2,370 kg de composition fumigène procurant un camouflage efficace pendant 50 s.
Comme indiqué précédemment, la munition est destinée à être lancée afin d'interposer un écran opaque au rayonnement infrarouge entre une cible et un senseur. Pour cela, au moment du tir, l'allumage du propulseur est effectué par exemple au moyen d'un initiateur électrique.
Sous l'action du bloc propulseur, la muni-tion est projetée à
une distance de l'ordre de 20 à 70 mètres de la cible à
protéger. Dès la sortie du tube de lancement, les comprimés 8 et 12 sont enflammés avec un temps de réponse inférieur à
ls par l'intermédiaire des comprimés 7 et 13 eux-mêmes initiés par le propulseur. Ces comprimés brûlent en émettant une fumée blanche par les trous 5a, 6a formant tuyère. L'émission de fumée sur la trajectoire, liée à la rapidité de la mise en régime des comprimés 8 et 12 permet d'établir un écran protecteur instantané. La fumée émise est très chaude et constitue un aérosol qui masque la cible par diffusion dans le visible et par son pouvoir émissif supérieur à celui de la cible dans l'infrarouge. Le temps de fonctionnement est de l'ordre de 7 à 9s. Après un délai de 3s, les comprimés 9, 10 et 11 s'initient à leur tour sous l'action conjuguée de la combustion des comprimés d'alIumage et des comprimés 8 et 12. Ils émettent un nuage de couleur noire constituant un aérosol comprenant principalement des particules de carbone chaudes de dimensions comprises entre 1 et 14 ~m qui occultent principalement par diffraction l'image thermique émise par la cible. La durée dlémission de la munition est comprise entre 40 et 50s dans l'infrarouge et de 1 minute dans le visible.

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-~3~

Les exemples suivants de compositions rapides et lentes sont données à titre indicatif:
COMPOSITION RAPIDE: comprimés réalisés sous une pression de l'ordre de 6,107 Pa.
1) - 31~ en masse de poudre de zinc, - 12~ en masse d'oxyde de zinc, - 16% en masse de perchlorate de potassium, - 31~ en masse d'hexachloroethane, - 10~ en masse de liant neoprène.
2) - 31% en masse de poudre de zinc, - 12~ en masse d'oxyde de zinc, - 16% en masse de perchlorate de potassium, - 31~ en masse d'hexachlorobenzène, - 10% en masse de liant néoprène~
Ces compositions présentent une vitesse de combustion de 1,03 mm/s à l'air libre et de 6 mmts à la pression de fonctionnement dans la munition.
Les caractéristiques mécaniques sont les suivantes:
- Résistance à la compression Smc = 78,7105 Pa - Résistance à l'allongement emc = 3,31~.
Température d'inflammation: ~ 425 C
Energie d'activation: 25 389 Cal~g.
COMPOSITION LENTE: comprimés réalisés sous une pression de l'ordre de 6107 Pa.
1) - 20 partie en poids de poudre de magnésium, - 80 parties en poids d'hexachlorobenzène - l0 parties en poids de naphtalène, - 10 parties en poids de liant (polyfluorure de vinyli-dène), 2) - 20 parties de poudre de magnésium, - 80 parties d'hexachlorobenzène, - 10 parties d'anthracène, - 10 parties de liant reprêsente par du polyfluorure de ~ vinylidène, :: ~

3) - 20 parties de poudre de magnésium, - 70 parties d'hexachlorobenzène, - 10 parties de naphtalène, - 5 parties de liant représenté par le néoprène,

4) - 20 parties de poudre de magnésium, - 70 parties d'hexachlorobenzène, - 10 parties de naphtalène, - lOparties de liant représenté par le polyfluorure de vinylidène.

5) - 18,5 parties de poudre de magnésium, - 61,5 parties d'hexachloroéthane, - 30 parties de naphtalène, - 20 parties de paraffine chlorée, - 20 parties de liant représenté par le polyfluorure de vinylidène.

6) - 20 parties de poudre de magnésium, - 80 parties d'hexachlorobenzène, - 5 parties de liant constitué par l'acétate de poly-vinyle.

7) - 20 par-ties de poudre de magnésium, - 80 parties d'hexachlorobenzène, - 20 parties de polyfluorure de vinylidène.
Ces compositions présentent une vitesse de combustion de 0,57 mm/s à l'air libre et de 1 mm/s à la pression de fonctionnement dans la munition.
Les caractéristiques mécaniques sont les suivantes:
- contrainte maximale en compression uniaxiale Smc:
178,10 Pa, - déformation pour la contrainte maximale emc = 0,87~.
Afin de simuler un vieillissement, on soumet les compositions pyrotechniques à des températures respectives de -40 C et +51 C pendant un mois et on constate que les variations de leurs caractéristiques (vi-tesse de combustion, tenue mécanique, perte de masse, dimensions, etc...) sont négligeables.

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Claims

Les réalisations de l'invention, au sujet des-quelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Procédé d'occultation des rayonnements visible et infrarouge de longueur d'onde comprise entre 0,4 et 14 µm émis par une cible, caractérisé en ce que dans une première étape on produit instantanément un premier aérosol chaud qui masque la cible par diffusion dans le visible et par son pouvoir émissif dans l'infrarouge, et dans une seconde étape on produit un second aérosol contenant principale-ment des particules de carbone chaudes de dimensions com-prises entre 1 et 14 µm pour occulter essentiellement par diffraction l'image thermique émise par la cible.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que le premier et le second aérosol sont générés à
partir de compositions pyrotechniques.

3. Munition pyrotechnique fumigène pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comporte un tube fermé à ses deux extrémités par un couvercle, au moins un des ces couvercles étant muni d'un ou plusieurs orifices, le tube renfermant au moins une composition pyrotechnique rapide possédant une mise en régime inférieure à ls et une vitesse de combustion de l'ordre de 6 mm/s sous pression de fonctionnement, pour générer des gaz chauds avec un débit au moins égal à 160g/s de façon à occulter par saturation l'image thermique de la cible, et au moins une composition pyrotechnique lente possédant une vitesse de combustion de l'ordre de 1 mm/s sous pression de fonctionnement, générant des particules de carbone chaudes, chacune des compositions étant munie d'un canal central, des moyens d'allumage étant prévus pour initier les compositions rapides.

4. Munition pyrotechnique selon la revendication 3, caractérisée en ce que la composition rapide comprend une poudre de zinc et d'oxyde de zinc, de perchlorate de potassium, d'hexachlorobenzène ou d'hexachloroéthane et un liant constitué par le néoprène.

5. Munition selon la revendication 4, caractérisée en ce que les constituants de la composition rapide sont choisis selon les pourcentages en masse suivants:
31% de zinc, 12% d'oxyde de zinc, 17% de perchlorate de potassium, 31% d'hexachlorobenzène et ou d'hexachloroéthane, 10% de néoprène.

6. Munition selon la revendication 3, caractérisée en ce que la composition lente est un comprimé réalisé
sous pression à partir d'un composé générateur de particules de carbone dont la dimension est comprise entre environ 1 et 14 µm, et d'un système oxydo-réducteur réagissant à
une température supérieure à 1000°C et un liant.

7. Munitions selon la revendication 6, caracté-risée en ce que le composé générateur de particules de carbone est constitué par l'hexachloroéthane, l'hexachloro-benzène, le naphtalène, l'anthracène ou un mélange de ceux-ci.

8. Munition selon la revendication 7, caracté-risée en ce que le réducteur est choisi parmi les poudres métalliques notamment le zinc, et en ce que l'oxydant est représenté par l'hexachlorobenzène, l'hexachloroéthane ou leur mélange.

9. Munition selon la revendication 8, caracté-risée en ce que la composition comprend le système ternaire suivant:
15 à 25 parties en poids de poudre de zinc, 50 à 85 parties en poids d'hexachlorobenzène ou d'hexachloro-étahne, 0 à 30 parties en poids d'anthracène.

10. Munition selon la revendication 9, caracté-risée en ce qu'il comprend cinq comprimés empilés dans l'ordre suivant:
- un comprimé de composition rapide, - trois comprimés de compositions lentes successives, - un comprimé de composition rapide, - et un comprimé d'allumage placé au contact de chacun des comprimés de composition rapide.

11. Munition selon la revendication 10, caracté-risée en ce que le diamètre du canal central des comprimés de composition lente est supérieur à celui des comprimés de composition rapide.