EP1742009A1 - Composition explosive pour allumage thermique par source laser et son dispositif d'amorcage - Google Patents

Composition explosive pour allumage thermique par source laser et son dispositif d'amorcage Download PDF

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EP1742009A1
EP1742009A1 EP06002905A EP06002905A EP1742009A1 EP 1742009 A1 EP1742009 A1 EP 1742009A1 EP 06002905 A EP06002905 A EP 06002905A EP 06002905 A EP06002905 A EP 06002905A EP 1742009 A1 EP1742009 A1 EP 1742009A1
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EP
European Patent Office
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composition
energy composition
optical
energy
detonator
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EP06002905A
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German (de)
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EP1742009B1 (fr
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Moulard c/oInst. Franco-Allemand de Recher. Henry
Auguste Ritter
Jean-Marie Brodbeck
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Institut Franco Allemand de Recherches de Saint Louis ISL
Original Assignee
Institut Franco Allemand de Recherches de Saint Louis ISL
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B3/00—Blasting cartridges, i.e. case and explosive
    • F42B3/10—Initiators therefor
    • F42B3/113—Initiators therefor activated by optical means, e.g. laser, flashlight
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B33/00—Compositions containing particulate metal, alloy, boron, silicon, selenium or tellurium with at least one oxygen supplying material which is either a metal oxide or a salt, organic or inorganic, capable of yielding a metal oxide
    • C06B33/08—Compositions containing particulate metal, alloy, boron, silicon, selenium or tellurium with at least one oxygen supplying material which is either a metal oxide or a salt, organic or inorganic, capable of yielding a metal oxide with a nitrated organic compound
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06C—DETONATING OR PRIMING DEVICES; FUSES; CHEMICAL LIGHTERS; PYROPHORIC COMPOSITIONS
    • C06C7/00—Non-electric detonators; Blasting caps; Primers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42D—BLASTING
    • F42D1/00—Blasting methods or apparatus, e.g. loading or tamping
    • F42D1/04—Arrangements for ignition
    • F42D1/043—Connectors for detonating cords and ignition tubes, e.g. Nonel tubes

Definitions

  • the present invention relates to an energy composition that can be used in an optical detonator (initiator comprising an explosive) or an optical igniter (initiator comprising a pyrotechnic composition).
  • the energy composition disposed in the first stage of the detonator is a mixture comprising the secondary explosive and the carbon black powder which is used as an optical dopant (it absorbs the radiation emitted by the laser sources and transmits to the secondary explosive the thermal energy necessary for it to reach its critical temperature).
  • the effectiveness of the carbon black is considerably reduced.
  • the validation of a detonator for such an application requires the performance of tests after a thermal cycle that corresponds to the cycle suffered in connection with this application has been imposed.
  • the imposed thermal cycle corresponds to a rise at a temperature of 100 ° C maintained for 5 hours and then a cooling at room temperature.
  • the laser source used is a laser diode
  • the ignition of the secondary explosive mixed with 1% by weight of carbon black has take place when a power of 0.1 W is sufficient if the detonator has not undergone this cycle.
  • a first solution overcoming the disadvantage relating to the need to have a powerful laser source to be able to ignite a detonator subjected to severe climatic conditions has been described in the application FR 2,831,659 and consists in introducing into the first stage of the detonator, between the secondary explosive and the optical focusing interface, a redox pyrotechnic composition which, absorbing in the infrared, is the seat of an oxidation-reduction reaction which releases the energy required for the priming of the secondary explosive.
  • the pyrotechnic composition used (ZPP composition) is very sensitive to friction and electrostatic discharges.
  • the present invention aims to allow the initiation of an optical initiator (detonator or igniter) by a low power laser source, without having the aforementioned drawbacks of the prior art initiators.
  • the initiator comprises an energetic composition formed of a mixture comprising at least one secondary explosive and a metal in the form of a powder, this metal acting as optical dopant.
  • Such a composition makes it possible to have a priming of the main composition of the initiator (secondary explosive in the case of a detonator, pyrotechnic composition in the case of an igniter) even with a a low-power laser source, for example with a laser diode with a power of 1 W, and this by reducing the risks associated with the manipulation of the main composition.
  • the initiator secondary explosive in the case of a detonator, pyrotechnic composition in the case of an igniter
  • a low-power laser source for example with a laser diode with a power of 1 W
  • the energy composition 1 according to the present invention is formed of a mixture comprising at least one secondary explosive and a metal which is in the form of a powder and acting as an optical dopant.
  • the energy composition 1 in use, is disposed in a cavity of an optical initiator 2, 3 and is in contact with an optical focusing interface 4 which closes the cavity and which allows transmitting to the energy composition 1 the infrared radiation emitted by a source of laser radiation and transmitted from the source to the optical focusing interface 4 by an optical fiber 5 which is connected by a first end to the laser radiation source, and by its second end to the optical focusing interface 4.
  • the metal used has the property of absorbing the infrared light emitted by the laser source and, because it is intimately mixed homogeneously with the secondary explosive, it transmits thereto, by thermal conduction, the heat that it has accumulated, which thus allows the initiation of the reaction of the secondary explosive.
  • the latter has a thermal diffusivity of at least 10 -5 m 2 .s -1 , and preferably at least equal to 5.10 -5 m 2 .s -1 , or even at least equal to 9.10 -5 m 2 ⁇ s -1 , the thermal diffusivity being defined by the ratio of the thermal conductivity on the product of the capacity calorific value by the density of the metal in question.
  • the metal used can be aluminum (9.8 ⁇ 10 -5 m 2 ⁇ s -1 ), an aluminum alloy (Al 2 O 4 'dural' with a diffusivity of 4.5 ⁇ 10 -5 m 2 ⁇ s -1 ), tungsten (6.8 ⁇ 10 -5 m 2 ⁇ s -1 ), copper (11.7 ⁇ 10 -5 m 2 ⁇ s -1 ), magnesium or a magnesium alloy (11.7 ⁇ 10 -5 m 2) . s -1 ), or even nickel, zirconium or titanium.
  • Aluminum is preferred because of the value of its thermal diffusivity and its low cost.
  • the metal Since the metal is used for its physical properties of infrared light absorption and heat transfer, and not for its chemical properties (as in aluminized explosives), a small amount is sufficient. It thus represents at most 10% by weight of the energy composition 1, preferably at most 5% by mass, or even on the order of 1% by mass. The higher the metal content, the shorter the initiation time of the energy composition 1, however, beyond 5% by weight, for applications where a very short initiation time is not necessary, the composition energy 1 becomes unnecessarily sensitive to standard safety tests (impact, friction, electrostatic discharge).
  • the secondary explosive used in the energy composition 1 may be, for example, octogen, hexogen or hexanitrostilbene.
  • This energy composition 1 may comprise several secondary explosives, for example octogen with hexanitrostilbene, the latter having the property of having a relatively low sensitivity to friction.
  • the secondary explosive is preferably a powder whose particle size is less than 6 microns (preferably less than 3 microns).
  • the metal is finely divided and its average particle size is less than 6 microns, and preferably less than 2 microns, or even 1 micron, which corresponds to the wavelength of the emitted laser light.
  • the energy composition 1 conforms to the present invention is compressed in the cavity at a high loading density, preferably greater than 80% of the theoretical maximum density associated with composition 1.
  • a dispersing agent which makes it possible to avoid the formation of agglomerates (for example isopropanol) and which will then be removed by drying.
  • the energy composition 1 may comprise an inert polymeric binder or wax (preferably representing at most 5% by weight of the composition) in order to reduce its sensitivity during standard safety tests for mechanical aggression. It is also possible to add graphite to benefit from its lubricating properties and also to increase the safety of implementation of the energy composition 1.
  • the mixing of the secondary explosive with the metal must be particularly homogeneous in order to ensure the priming reliability and reproducibility of the reaction time of the optical initiator 2,3.
  • the diameter of the laser spot at the output of the optical focusing interface 4 is close to the diameter of the optical fiber 5 (the diameter can be reduced to 50 ⁇ m) and the absorption thickness is of the same order of magnitude.
  • FIGS. 1 and 2 illustrate the use of such an energetic composition 1 in an optical detonator 2.
  • an optical detonator 2 has two stages: the laser source initiates, by heating, a main energetic composition (a composition essentially comprising a secondary explosive or a mixture of secondary explosives) disposed in the cavity 10 of the first stage, the very strong degradation reaction that follows to initiate the detonation of a secondary explosive 6 disposed in the cavity 11 of the second stage either by an explosion-detonation transition process or by a shock-detonation transition process (depending on the configuration of the detonator 2 and the characteristics of secondary explosives used in the first and second stages).
  • a main energetic composition a composition essentially comprising a secondary explosive or a mixture of secondary explosives
  • Figure 1 illustrates a detonator 2 in which the main energy composition is formed by the energy composition 1 according to the present invention.
  • Tests were carried out using as a laser source a 1 W diode connected to the optical interface 4 by an optical fiber 5 with a diameter of 62.5 ⁇ m in order to validate the composition 1 according to the present invention for space applications where the decisive criterion is the level of the ignition threshold (given the importance of saving energy in this area).
  • the composition 1 was loaded into the cavity of the first stage at a density close to 1.7 g.cm -3 , and the detonator 2 underwent a thermal cycle of 5 hours at 100 ° C. followed by a cooling at room temperature.
  • composition 1 comprised octogen having an average particle size of 2.5 ⁇ m and 1% by weight of aluminum having a mean particle size of 5 ⁇ m; and in a second detonator, composition 1 comprised octogen having an average particle size of 2.5 ⁇ m and 1% by weight of aluminum having a mean particle size of 160 nm.
  • the ignition threshold was 110 mW.
  • Tests have also been carried out using a compact Nd-YAG solid laser source capable of delivering a power density of 3 MW.cm -2 (100 times greater than the 1 W laser diode) in order to validate composition 1 according to the the present invention for military domains where the decisive criterion is the response time of the detonator and its reproducibility (to allow a sequenced priming of several military heads).
  • the laser source used in such applications may be a solid laser delivering sufficient energy so that the ignition threshold is not a problem.
  • the composition 1 was loaded into the cavity of the first stage at a density close to 1.7 g.cm -3 , and the detonator was subjected to a thermal cycle of 5 hours at 100 ° C.
  • the composition 1 had octogen having an average particle size of 2.5 microns and 1 mass% of aluminum having a mean particle size of 5 microns; and in a second detonator, the composition comprised octogen having an average particle size of 2.5 ⁇ m and 1% by weight of aluminum having a mean particle size of 160 nm.
  • the dispersion of the response time is about 10 ⁇ s (compared with 30 ⁇ s for an energy composition comprising a secondary explosive mixed with carbon black), and for the second test, the dispersion is less at 2 ⁇ s, the detonator operating time being 41 ⁇ s.
  • the aluminum has a smaller particle size (or slightly higher) to 1 micron.
  • FIG. 2 illustrates a detonator 2 in which the energy composition 1 according to the present invention is disposed in the form of a thin layer between the optical focusing interface 4 and a main energy composition 7 (a composition essentially comprising a secondary explosive - octogen, hexogen, hexanitrostilbene ... - or a mixture of secondary explosives, without optical dopant) which is disposed in the same cavity 10 as the energy composition 1 according to the present invention, the energy released by the degradation of the energy composition 1 according to the present invention for initiating the main energy composition 7.
  • a main energy composition 7 a composition essentially comprising a secondary explosive - octogen, hexogen, hexanitrostilbene ... - or a mixture of secondary explosives, without optical dopant
  • FIG. 3 illustrates the use of an energetic composition 1 according to the present invention in an optical igniter 3.
  • an optical igniter 3 is on one stage: the laser source initiates by heating a main energetic composition (a composition comprising essentially a redox pyrotechnic composition) disposed in the cavity 12 of the igniter 3, the combustion reaction of which releases heat in the form of radiation, hot solid particles and a little hot gas, which allows the combustion of a external composition (a propellant powder loaded inside the body of a pyromechanism such as an actuator, a cylinder ..., or a solid propellant block loaded inside the hull of a rocket engine).
  • a main energetic composition a composition comprising essentially a redox pyrotechnic composition
  • FIG. 3 illustrates an igniter 3 in which the energy composition 1 according to the present invention is disposed in the form of a thin layer between the optical focusing interface 4 and a main energy composition 8 (a composition essentially comprising a pyrotechnic composition ) which is arranged in the same cavity 12 as the energy composition 1 according to the present invention, the energy released by the degradation of the energy composition 1 according to the present invention for initiating the main energy composition 8.
  • a main energy composition 8 a composition essentially comprising a pyrotechnic composition
  • the pyrotechnic composition 8 (a mixture of a finely divided reducing agent with an inorganic oxidant) can be, for example, the ZPP composition (essentially a mixture of zirconium and potassium perchlorate) or the BNP composition (essentially a boron mixture). and potassium nitrate).
  • the energy composition 1 according to the present invention has a very low sensitivity to friction and electrostatic discharges, it is possible to use pyrotechnic compositions 8 for safety, that is to say having sensitivities to friction and reduced electrostatic discharges.
  • a main pyrotechnic composition 8 may be, for example, the BNP or a ZPP optimized to be safety (zirconium larger particle size).

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Abstract

L'invention se rapporte à une composition énergétique formée d'un mélange comprenant au moins un explosif secondaire et un dopant optique se présentant sous forme de poudre. Selon l'invention, le dopant optique est un métal. La composition énergétique peut être employée aussi bien dans un détonateur que dans un inflammateur.

Description

  • La présente invention concerne une composition énergétique pouvant être utilisée dans un détonateur optique (initiateur comportant un explosif) ou un inflammateur optique (initiateur comportant une composition pyrotechnique).
  • Les sources laser utilisées dans les détonateurs, notamment pour des applications militaires ou spatiales, doivent être robustes, de faible encombrement et à coût maîtrisé. Ces sources sont soit des lasers solides du type Nd-YAG (pour les applications militaires) qui délivrent une densité de puissance de l'ordre de 3 MW.cm-2, soit des diodes laser en général de puissance de 1 W (pour les applications spatiales) qui délivrent une densité de puissance de l'ordre de 20 kW.cm-2, ce qui est trop faible pour permettre un amorçage direct de la détonation d'explosif secondaire qui nécessite la délivrance d'une densité de puissance de l'ordre du GW.cm-2.
  • Toutefois, ces densités de puissance délivrées permettent une élévation de température de l'explosif secondaire du premier étage du détonateur jusqu'à ce qu'il atteigne sa température de décomposition auto-entretenue à partir de laquelle la réaction de dégradation très vive qui s'en suit permet d'initier la détonation de l'explosif secondaire du second étage, soit par un processus de transition déflagration ― détonation, soit par un processus de transition choc ― détonation (selon la configuration du détonateur et les caractéristiques des explosifs secondaires utilisés). Cependant, comme les explosifs secondaires n'absorbent pas la lumière émise dans le proche infrarouge par les sources laser, la composition énergétique disposée dans le premier étage du détonateur est un mélange comprenant l'explosif secondaire et de la poudre de noir de carbone qui est utilisé comme dopant optique (il absorbe le rayonnement émis par les sources laser et transmet à l'explosif secondaire l'énergie thermique nécessaire pour qu'il atteigne sa température critique).
  • Cependant, pour les applications impliquant que le détonateur soit soumis à des conditions climatiques extrêmes, l'efficacité du noir de carbone est considérablement diminuée. La validation d'un détonateur pour une telle application nécessite la réalisation de tests après qu'un cycle thermique qui correspond au cycle subi en relation avec cette application lui ait été imposé. Ainsi, par exemple pour le domaine spatial, le cycle thermique imposé correspond à une montée à une température de 100°C maintenue pendant 5 heures puis à un refroidissement à température ambiante. Or après un tel cycle, quand la source laser utilisée est une diode laser, même lorsque cette dernière est utilisée à sa puissance maximale de 1 W, l'amorçage de l'explosif secondaire mélangé avec 1% massique de noir de carbone n'a pas lieu alors qu'une puissance de 0,1 W suffit si le détonateur n'a pas subi ce cycle.
  • Une première solution palliant l'inconvénient relatif à la nécessité d'avoir une source laser puissante pour pouvoir amorcer un détonateur soumis à des conditions climatiques sévères a été décrite dans la demande FR 2 831 659 et consiste à introduire dans le premier étage du détonateur, entre l'explosif secondaire et l'interface optique de focalisation, une composition pyrotechnique redox qui, absorbant dans l'infrarouge, est le siège d'une réaction d'oxydoréduction dégageant l'énergie thermique nécessaire pour l'amorçage de l'explosif secondaire. Cependant, en général, la composition pyrotechnique utilisée (composition ZPP) est très sensible à la friction et aux décharges électrostatiques.
  • De même, dans le domaine des inflammateurs optiques, afin d'avoir une fiabilité dans l'amorçage de la composition pyrotechnique redox quand la source laser utilisée est une diode laser (notamment de 1 W), il est nécessaire d'utiliser des compositions pyrotechniques dont l'agent réducteur présente une très fine granulométrie (typiquement entre 1 et 2 µm). Cependant cette granulométrie confère à la composition pyrotechnique redox une extrême sensibilité à la friction et aux décharges électrostatiques, ce qui rend sa fabrication et sa manipulation dangereuses.
  • La présente invention vise à permettre l'amorçage d'un initiateur optique (détonateur ou inflammateur) par une source laser de faible puissance, sans avoir les inconvénients précités des initiateurs de l'art antérieur.
  • Selon l'invention, l'initiateur comprend une composition énergétique formée d'un mélange comprenant au moins un explosif secondaire et un métal se présentant sous forme de poudre, ce métal agissant comme dopant optique.
  • Une telle composition permet d'avoir un amorçage de la composition principale de l'initiateur (explosif secondaire dans le cas d'un détonateur, composition pyrotechnique dans le cas d'un inflammateur) même avec une source laser de faible puissance, par exemple avec une diode laser d'une puissance de 1 W, et ceci en réduisant les risques liés à la manipulation de la composition principale.
  • D'autres avantages et particularités de la présente invention apparaîtront dans les modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins mis en annexe.
    • La figure 1 est une vue en coupe d'un détonateur optique dont la cavité du premier étage comprend une composition énergétique conforme à la présente invention qui forme la composition principale du détonateur,
    • La figure 2 est une vue en coupe d'un détonateur optique dont la cavité du premier étage comprend une composition énergétique conforme à la présente invention et une composition principale formée par un explosif secondaire, et
    • La figure 3 est une vue en coupe d'un inflammateur optique dont la cavité comprend une composition énergétique conforme à la présente invention et une composition principale formée par une composition pyrotechnique.
  • La composition énergétique 1 conformé a la présente invention est formée d'un mélange comprenant au moins un explosif secondaire et un métal qui se présente sous forme de poudre et agissant comme un dopant optique.
  • Comme on peut le voir aux figures 1 à 3, en utilisation, la composition énergétique 1 est disposées dans une cavité d'un initiateur optique 2,3 et elle est en contact avec une interface optique de focalisation 4 qui obture cette cavité et qui permet de transmettre à la composition énergétique 1 le rayonnement infrarouge émis par une source de rayonnement laser et transmis de la source à l'interface optique de focalisation 4 par une fibre optique 5 qui est raccordée par une première extrémité à la source de rayonnement laser, et par sa deuxième extrémité à l'interface optique de focalisation 4.
  • Le métal utilisé possède la propriété d'absorber la lumière infrarouge émise par la source laser et, du fait qu'il soit intimement mélangé de façon homogène avec l'explosif secondaire, il transmet à ce dernier, par conduction thermique, la chaleur qu'il a accumulé, ce qui permet ainsi l'amorçage de la réaction de l'explosif secondaire.
  • De préférence, afin d'avoir un chauffage efficace de l'explosif secondaire par le métal, ce dernier a une diffusivité thermique au moins égale à 10-5 m2.s-1, et de préférence au moins égale à 5.10-5 m2.s-1, voire au moins égale à 9.10-5 m2.s-1, la diffusivité thermique étant définie par le rapport de la conductivité thermique sur le produit de la capacité calorifique par la masse volumique du métal considéré. Ainsi, le métal utilisé peut être de l'aluminium (9,8.10-5 m2.s-1), un alliage d'aluminium (Al2024 « dural » avec une diffusivité de 4,5.10-5 m2.s-1), du tungstène (6,8.10-5 m2.s-1), du cuivre (11,7.10-5 m2.s-1), du magnésium ou un alliage de magnésium (11,7.10-5 m2.s-1), voire du nickel, du zirconium ou du titane. L'aluminium est préféré vu la valeur de sa diffusivité thermique et son faible coût.
  • Le métal étant utilisé pour ses propriétés physiques d'absorption de la lumière infrarouge et de transfert thermique, et non pour ses propriétés chimiques (comme dans les explosifs aluminisés), une faible quantité suffit. Il représente ainsi au plus 10% massique de la composition énergétique 1, de préférence au plus 5% massique, voire de l'ordre de 1 % massique. Plus la teneur en métal est importante plus le temps d'initiation de la composition énergétique 1 est court, cependant, au-delà de 5% massique, pour les applications où un temps d'initiation très court n'est pas nécessaire, la composition énergétique 1 devient inutilement sensible aux épreuves standard de sécurité (impact, friction, décharges électrostatiques).
  • L'explosif secondaire utilisé dans la composition énergétique 1 peut être, par exemple, de l'octogène, de l'hexogène ou de l'hexanitrostilbène. Cette composition énergétique 1 peut comprendre plusieurs explosifs secondaires, par exemple de l'octogène avec de l'hexanitrostilbène, ce dernier ayant la propriété d'avoir une sensibilité à la friction relativement faible.
  • Il est par ailleurs préférable d'avoir une grande surface spécifique de contact entre l'explosif secondaire et le métal afin d'avoir de grandes vitesses de montée en température de l'explosif secondaire, et donc d'avoir un temps de réaction de l'initiateur optique 2,3 court et reproductible. Ainsi, l'explosif secondaire est de préférence une poudre dont la granulométrie est inférieure à 6 µm (de préférence inférieure à 3 µm). De même, le métal est finement divisé et sa granulométrie moyenne est inférieure à 6 µm, et de préférence inférieure à 2 µm, voire à 1 µm, ce qui correspond à la longueur d'onde de la lumière laser émise.
  • Egalement afin de réduire le temps de fonctionnement de l'initiateur 2,3 (ainsi que de réduire le seuil nécessaire de la densité de puissance délivrée par la source laser pour initier la décomposition de la composition énergétique 1), la composition énergétique 1 conforme à la présente invention est comprimée dans la cavité à une densité de chargement élevée, de préférence supérieure à 80% de la densité maximum théorique associée à la composition 1.
  • Afin de faciliter l'opération de mélange de la composition énergétique 1, il est préférable qu'elle soit réalisée mécaniquement par voie humide en ajoutant un agent dispersant qui permet d'éviter la création d'agglomérats (par exemple de l'isopropanol) et qui sera éliminé ensuite par séchage.
  • Il est également possible que la composition énergétique 1 comprenne un liant polymérique inerte ou de la cire (représentant, de préférence, au plus 5% massique de la composition) afin de réduire sa sensibilité lors des épreuves standard de sécurité aux agressions mécaniques. Il est également possible d'ajouter du graphite pour bénéficier de ses propriétés lubrifiantes et aussi accroître la sécurité de mise en oeuvre de la composition énergétique 1. En outre, le mélange de l'explosif secondaire avec le métal doit être particulièrement homogène afin d'assurer la fiabilité d'amorçage et de rendre reproductible le temps de réaction de l'initiateur optique 2,3. Ceci est d'autant plus vrai que la région efficace de la cavité dans laquelle peut se produire l'absorption du rayonnement par le métal est très limitée : le diamètre de la tache laser en sortie de l'interface optique de focalisation 4 est voisin du diamètre de la fibre optique 5 (le diamètre peut être réduit à 50 µm) et l'épaisseur d'absorption est du même ordre de grandeur.
  • Les figures 1 et 2 illustrent l'emploi d'une telle composition énergétique 1 dans un détonateur optique 2. De façon classique un détonateur optique 2 est à deux étages : la source laser initie par chauffage une composition énergétique principale (une composition comprenant essentiellement un explosif secondaire ou un mélange d'explosifs secondaires) disposée dans la cavité 10 du premier étage dont la réaction de dégradation très vive qui s'en suit permet d'initier la détonation d'un explosif secondaire 6 disposé dans la cavité 11 du second étage, soit par un processus de transition déflagration ― détonation, soit par un processus de transition choc ― détonation (selon la configuration du détonateur 2 et les caractéristiques des explosifs secondaires utilisés dans les premier et second étages).
  • La figure 1 illustre un détonateur 2 dans lequel la composition énergétique principale est formée par la composition énergétique 1 conforme à la présente invention.
  • Des essais ont été réalisés en utilisant comme source laser une diode 1 W reliée à l'interface optique 4 par une fibre optique 5 de diamètre de 62,5 µm afin de valider la composition 1 conforme à la présente invention pour les applications spatiales où le critère décisif est le niveau du seuil d'allumage (vu l'importance de l'économie d'énergie dans ce domaine). Dans ces essais, la composition 1 a été chargée dans la cavité du premier étage à une densité voisine de 1,7 g.cm-3, et le détonateur 2 a subi un cycle thermique de 5 heures à 100°C suivi d'un refroidissement à température ambiante. Dans un premier détonateur, la composition 1 comportait de l'octogène ayant une granulométrie moyenne de 2,5 µm et 1 % massique d'aluminium ayant une granulométrie moyenne de 5 µm ; et dans un second détonateur, la composition 1 comportait de l'octogène ayant une granulométrie moyenne de 2,5 µm et 1% massique d'aluminium ayant une granulométrie moyenne de 160 nm. Pour les deux essais, le seuil d'allumage a été de 110 mW. Ces essais démontrent l'efficacité de l'aluminium finement divisé comme dopant optique, même dans des faibles proportions massiques. Ce seuil d'allumage très faible permet d'avoir une importante marge de fonctionnement pour un allumage fiable, la diode pouvant délivrer 1 W.
  • Des essais ont également été réalisés en utilisant une source laser solide Nd-YAG compacte capable de délivrer une densité de puissance de 3 MW.cm-2 (100 fois supérieure à la diode laser 1 W) afin de valider la composition 1 conforme à la présente invention pour les domaines militaires où le critère décisif est le temps de réponse du détonateur et sa reproductibilité (afin de permettre un amorçage séquencé de plusieurs têtes militaires). La source laser utilisée dans de telles applications peut être un laser solide délivrant suffisamment d'énergie pour que le seuil d'allumage ne pose pas de problème. Pour ces essais la composition 1 a été chargée dans la cavité du premier étage à une densité voisine de 1,7 g.cm-3, et le détonateur a subi un cycle thermique de 5 heures à 100°C suivi d'un refroidissement à température ambiante. Dans un premier détonateur, la composition 1 comportait de l'octogène ayant une granulométrie moyenne de 2,5 µm et 1% massique d'aluminium ayant une granulométrie moyenne de 5 µm ; et dans un second détonateur, la composition comportait de l'octogène ayant une granulométrie moyenne de 2,5 µm et 1% massique d'aluminium ayant une granulométrie moyenne de 160 nm. Pour le premier essai, la dispersion du temps de réponse est d'environ 10 µs (à comparer avec les 30 µs pour une composition énergétique comportant un explosif secondaire mélangé à du noir de carbone), et pour le second essai, la dispersion est inférieure à 2 µs, le temps de fonctionnement du détonateur étant de 41 µs. Ainsi, pour satisfaire aux exigences de reproductibilité du temps de fonctionnement, il est nécessaire que l'aluminium ait une granulométrie inférieure (ou très légèrement supérieure) à 1 µm.
  • La figure 2 illustre un détonateur 2 dans lequel la composition énergétique 1 conforme à la présente invention est disposée sous la forme d'une fine couche entre l'interface optique de focalisation 4 et une composition énergétique principale 7 (une composition comprenant essentiellement un explosif secondaire - octogène, hexogène, hexanitrostilbène... - ou un mélange d'explosifs secondaires, sans dopant optique) qui est disposée dans la même cavité 10 que la composition énergétique 1 conforme à la présente invention, l'énergie libérée par la dégradation de la composition énergétique 1 conforme à la présente invention permettant d'initier la composition énergétique principale 7.
  • Les bons résultats donnés par ce mode de réalisation particulier sont une conséquence de la faible épaisseur de la région efficace de la cavité. Cela permet d'économiser le coût présenté par la mise en oeuvre da la composition énergétique 1 conforme à la présente invention. Cela permet également d'utiliser comme explosif secondaire dans la composition énergétique principale 7 un explosif très insensible à l'allumage laser et de haute sécurité, comme par exemple l'hexanitrostilbène ou d'autres explosifs secondaires à très haute température de décomposition.
  • La figure 3 illustre l'emploi d'une composition énergétique 1 conforme à la présente invention dans un inflammateur optique 3. De façon classique un inflammateur optique 3 est à un étage : la source laser initie par chauffage une composition énergétique principale (une composition comprenant essentiellement une composition pyrotechnique redox) disposée dans la cavité 12 de l'inflammateur 3 dont la réaction de combustion libère de la chaleur sous forme de rayonnement, de particules solides chaudes et d'un peu de gaz chaud, ce qui permet la combustion d'une composition externe (une poudre propulsive chargée à l'intérieur du corps d'un pyromécanisme tel qu'un actionneur, un vérin..., ou un bloc de propergol solide chargé à l'intérieur de la coque d'un moteur fusée).
  • La figure 3 illustre un inflammateur 3 dans lequel la composition énergétique 1 conforme à la présente invention est disposée sous la forme d'une fine couche entre l'interface optique de focalisation 4 et une composition énergétique principale 8 (une composition comprenant essentiellement une composition pyrotechnique) qui est disposée dans la même cavité 12 que la composition énergétique 1 conforme à la présente invention, l'énergie libérée par la dégradation de la composition énergétique 1 conforme à la présente invention permettant d'initier la composition énergétique principale 8.
  • La composition pyrotechnique 8 (un mélange d'un agent réducteur finement divisé avec un oxydant minéral) peut être, par exemple, la composition ZPP (essentiellement un mélange de zirconium et de perchlorate de potassium) ou la composition BNP (essentiellement un mélange de bore et de nitrate de potassium).
  • Du fait que la composition énergétique 1 conforme à la présente invention présente une très faible sensibilité à la friction et aux décharges électrostatiques, il est possible d'utiliser des compositions pyrotechniques 8 de sécurité, c'est à dire ayant des sensibilités à la friction et aux décharges électrostatiques réduites. Une telle composition pyrotechnique principale 8 peut être, par exemple, la BNP ou encore une ZPP optimisée pour être de sécurité (zirconium de granulométrie plus importante).

Claims (13)

  1. Composition énergétique (1) formée d'un mélange comprenant au moins un explosif secondaire et un dopant optique se présentant sous forme de poudre, caractérisé en ce que le dopant optique est un métal.
  2. Composition énergétique (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le métal a une diffusivité thermique au moins égale à 10-5 m2s-1, et de préférence au moins égale à 5.10-5 m2s-1, voire au moins égale à 9.10-5 m2s-1.
  3. Composition énergétique (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le métal est de l'aluminium ou un alliage d'aluminium, ou du tungstène, ou du cuivre, ou du magnésium, ou un alliage de magnésium.
  4. Composition énergétique (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le métal a une granulométrie moyenne inférieure à 6 µm, et de préférence inférieure à 2 µm, voire à 1 µm.
  5. Composition énergétique (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le métal représente au plus 10% massique de la composition, de préférence au plus 5% massique, voire de l'ordre de 1% massique.
  6. Composition énergétique (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'explosif secondaire est de l'octogène ou de l'hexogène ou de l'hexanitrostilbène.
  7. Composition énergétique (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le mélange comprend au moins deux explosifs secondaires dont l'hexanitrostilbène.
  8. Composition énergétique (1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l'explosif secondaire est une poudre dont la granulométrie est inférieure à 3 µm.
  9. Initiateur optique (2,3) comprenant une fibre optique (5) qui est raccordée par une première extrémité à une source de rayonnement laser et par une deuxième extrémité à une interface optique de focalisation (4) obturant une cavité dans la quelle est disposée une composition énergétique qui est en contact avec l'interface (4), caractérisé en ce que la composition énergétique en contact avec l'interface (4) est conforme à l'une des revendications 1 à 8.
  10. Initiateur optique (2,3) selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il est formé par un détonateur optique (2), la composition énergétique (1) conforme à l'une des revendications 1 à 8 étant la composition énergétique principale du premier étage du détonateur (2).
  11. Initiateur optique (2,3) selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il est formé par un détonateur optique (2), la composition énergétique (1) conforme à l'une des revendications 1 à 8 étant disposée entre l'interface optique de focalisation (4) et une composition énergétique principale (7) comprenant essentiellement un explosif secondaire disposée dans la même cavité que la composition énergétique (1) conforme à l'une des revendications 1 à 8.
  12. Initiateur optique (2,3) selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il est formé par un inflammateur optique (3), la composition énergétique (1) conforme à l'une des revendications 1 à 8 étant disposée entre l'interface optique de focalisation (4) et une composition énergétique principale (8) comprenant essentiellement une composition pyrotechnique disposée dans la même cavité que la composition énergétique (1) conforme à l'une des revendications 1 à 8.
  13. Initiateur optique (2,3) selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisée en ce que la composition énergétique (1) conforme à l'une des revendications 1 à 8 est comprimée à une densité de chargement supérieure à 80% de sa densité maximum théorique.
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