EP4613950A1 - Dispositif de protection aux impacts - Google Patents

Dispositif de protection aux impacts

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Publication number
EP4613950A1
EP4613950A1 EP25162200.7A EP25162200A EP4613950A1 EP 4613950 A1 EP4613950 A1 EP 4613950A1 EP 25162200 A EP25162200 A EP 25162200A EP 4613950 A1 EP4613950 A1 EP 4613950A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
panel
protection device
impact protection
aluminum foam
support frame
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP25162200.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Damien LAPORTE
Vincent MAZARS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Soletanche Freyssinet SA
Original Assignee
Soletanche Freyssinet SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Soletanche Freyssinet SA filed Critical Soletanche Freyssinet SA
Publication of EP4613950A1 publication Critical patent/EP4613950A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
    • E04C2/30—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the shape or structure
    • E04C2/38—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the shape or structure with attached ribs, flanges, or the like, e.g. framed panels
    • E04C2/384—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the shape or structure with attached ribs, flanges, or the like, e.g. framed panels with a metal frame
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E06—DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
    • E06B—FIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
    • E06B9/00—Screening or protective devices for wall or similar openings, with or without operating or securing mechanisms; Closures of similar construction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H5/00—Armour; Armour plates
    • F41H5/013—Mounting or securing armour plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H5/00—Armour; Armour plates
    • F41H5/02—Plate construction
    • F41H5/04—Plate construction composed of more than one layer
    • F41H5/0442—Layered armour containing metal
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
    • E04C2/02—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials
    • E04C2/08—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of metal, e.g. sheet metal
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E06—DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
    • E06B—FIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
    • E06B9/00—Screening or protective devices for wall or similar openings, with or without operating or securing mechanisms; Closures of similar construction
    • E06B2009/005—Storm panels; hurricane shutters

Definitions

  • the invention relates to the field of protection devices against impacts of objects or premises. This involves protecting structures, pipes or cable trays outside buildings against the impacts of small projectiles such as hailstones, steel balls or punching objects or even vehicles. Such objects are particularly moved by strong winds, especially in the case of tornadoes.
  • Kinetic energy dissipating materials are also used in the form of mattresses placed on a rigid support. These assemblies operate on impacts causing compression of the system.
  • metal foams are already used to protect military vehicles, or high-end civilian vehicles, against the effects of shocks.
  • document WO 2022/079286 A1 further describes an impact protection device comprising a dissipating panel and a support frame and document FR 2 305 559 A1 describes metal sheets in addition to foam plates.
  • the invention consists of using a material with a high capacity for dissipating kinetic energy, thanks to its behavior in compression, within a panel intended to protect sensitive installations from the impacts of projectiles carried by extreme climatic phenomena.
  • the present disclosure proposes to use an aluminum foam as a protective shield against a punching projectile impact.
  • the protection must dissipate the impact energy in the compression of the aluminum foam, while the latter is stressed in bending, which is not a traditional use.
  • the choice of aluminum foam is based on the fact that aluminum foam compacts according to a stress threshold, its behavior being independent of the impact speed. In other words, the chosen foam exhibits the same behavior law regardless of the impact speed.
  • the mass of the panels of the present disclosure is of the order of 50 kg per m2 which is much lower than the mass of the welded grids, the deflection during impacts is reduced compared to the nets while the protected surface is larger.
  • the panel of the present disclosure is suitable for protecting a device located behind the rear face of the panel from impacts of projectiles carried by strong winds, particularly during tornadoes and hurricanes.
  • the device is designed to have a deflection much less than that of netting during an impact and has a mass much less than that of welded grids.
  • the device of the invention is designed to exploit the compression behavior of the aluminum foam, which is the preferred working mode, despite a loading and a geometric configuration which generate a bending behavior of the foam.
  • the second frame can be produced by means of L-shaped section angles provided with first wings forming said second blades and second wings perpendicular to the first wings, forming said fixing walls, bolted onto beams fixed to the support frame.
  • the peripheral reinforcement can, according to one embodiment, be produced by means of U-shaped profiles each provided with a first lateral wing which rests on the periphery of the front face of the panel to form the peripheral blades of said second frame, each provided with a central blade which extends parallel to the sides of the panel and provided with a second wing extending under the periphery of the panel between the first face and the support frame.
  • the panel comprises at least two plates of aluminum foam, one on top of the other, taken together between said sheets.
  • the said aluminum foam plates can be glued together.
  • the aluminum foam plate(s) are preferably plates with a density between 100 kg/m 3 and 300 kg/m 3 .
  • the thickness of said sheets is advantageously 1 mm to 3 mm.
  • the peripheral reinforcement can be made with steel plates preferably 3 mm to 6 mm thick.
  • the support frame is advantageously made using H-shaped profiles provided with two soles connected by a central core and positioned under the panel.
  • a first sole of said profiles can in particular form said first blades, the central core form a support wall perpendicular to the rear face of the panel and a second sole of said profiles form a third support frame of the device on one or more fixing supports.
  • the fixing supports can be studs, a wall or a concrete slab for example.
  • the thickness of the soles can be from 10 mm to 15 mm.
  • the panel can be between 1 m and 3 m wide and long.
  • FIG 1 represents the constituent elements of an impact protection device according to the present disclosure.
  • This device comprises a dissipating panel provided here with two plates 1a, 1b of aluminum foam, these plates being furthermore here divided into two and assembled in perpendicular directions.
  • the thickness of the plate(s) and the number of superimposed plates depends on the energy of the impacts against which it is desired to protect. Two plates can in particular be used when the thickness of a single plate is not sufficient in relation to the type of impact to be absorbed but, depending on the needs, the panels can comprise more or less than two plates depending on the desired thickness for the panel.
  • the panel comprises, on a first side of the aluminum foam plate(s), a first sheet 2 of a ductile metallic material, in particular steel or aluminum, covering a first face of said aluminum foam plate or of the assembly of aluminum foam plates to form a rear face of the panel.
  • the panel comprises a second sheet 3 of a metallic ductile material covering a second face of said aluminum foam plate or assembly of aluminum foam plates to form a front face of the panel.
  • the sheets are arranged on the external faces of an assembly comprising two aluminum foam plates.
  • the number of aluminum foam plates, the thickness of the metal sheets and the spans can vary depending on the configuration of the targets to be protected from impacts and the identified impact speed.
  • the aluminum foam plates can be glued together to create a single-piece panel.
  • the aluminum foam plate(s) are plates with a density between 100 kg/m 3 and 300 kg/m 3 .
  • the thickness of said sheets is 1 mm to 3 mm for steel sheets.
  • the device further comprises a support frame comprising a first frame 4 provided with first peripheral blades 41 applied under the periphery of said rear face of the panel.
  • This support frame is made according to the example of figures 1 And 3 from H-shaped profiles 4a, 4b provided with two flanges connected by a central core 43 and positioned under the panel.
  • a first sole of said profiles forms the first blades 41 of the first frame and supports the panel
  • the central core 43 of the profiles forms a support wall perpendicular to the rear face of the panel
  • the second sole 42 of said profiles forms a third support frame of the device on one or more fixing supports 9.
  • the protection device further comprises a peripheral reinforcement for the panel, this reinforcement comprising a second frame 5 provided with second blades 51a applied to the periphery of said front face of the panel and fixing walls 52b, at 90° to said second peripheral blades, running along the sides of the panel and fixed to said support frame as notably shown in figures 1 And 2 .
  • the second frame is made using angle irons. 5a, 5b of L-shaped section provided with first wings forming said second blades 51 and second wings perpendicular to the first wings, forming said fixing walls 52.
  • these walls are fixed by means of bolts 6 on beams 7 fixed to the support frame, for example under the end of the first sole 41 by means of a weld bead 8.
  • the peripheral reinforcement is made with steel plates with a thickness of 3 mm to 6 mm while the support frame is made with a profile whose soles have a thickness of 10 mm to 15 mm.
  • the support frame and the peripheral reinforcement are each made from profiles assembled at the four sides of the panel, which allows easy manufacture of the device.
  • the support frame 4 of the device is fixed on a ground such as a concrete ground forming a support 9 and an object to be protected 10 is positioned under the panel comprising the aluminum foam 1 and two steel sheets 2, 3.
  • the design of the dissipating panel allows for a screen system that works in flexion, while dissipating kinetic energy through a compression mechanism. This allows for the lowest possible resulting mass and operation over long spans, compatible with the protection of pipes and cable trays.
  • the design of the dissipating panel of the present disclosure makes it possible to produce a screen system working in flexion, while dissipating kinetic energy by a compression mechanism.
  • the constraints of the lowest possible resulting mass and operation over large spans were to be integrated into this design.
  • the models were initially validated on punching impact tests on a reduced-scale model, with an impactor of mass 130 kg falling from a height of 5 m, leading to an impact speed of 10 m/s.
  • the test body was a plate of aluminum foam, with a density of 100 kg/m 3 to 200 kg/m 3 and more precisely of 130 kg/m 3 to 150 kg/m 3 , square with sides of 1 m, placed between two steel plates with a thickness of 2 mm each. This composite panel is placed on a square frame, then clamped on the upper edges by anti-fly stops.
  • the aluminum foam has a density between 100 and 300 kg/m 3 , typically 140 kg/m 3 .
  • the dissipating panel consists of two aluminum foam plates 1 sandwiched between two steel plates each 2 mm thick. It is supported linearly on its four inner edges on the frame 4, and its spans are 2 m. The blocking of the four edges of the panel from the outside is ensured by the angles bolted to the sides of the frame.
  • the number of foam plates, the thicknesses of the steel plates and the spans can vary depending on the configuration of the targets to be protected from impacts and the identified impact speed.
  • the height of the frame is calibrated so that the deflection of the panel under such an impact does not allow the panel to strike a device under the panel.

Landscapes

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Abstract

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.

Description

    Domaine technique
  • 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.
    • Technique antérieure
  • 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.
  • Dans l'art antérieur le document WO 2022/079286 A1 décrit par ailleurs un dispositif de protection aux impacts comportant un panneau dissipateur et un châssis support et le document FR 2 305 559 A1 décrit des tôles de métal en complément de plaques de mousse.
    • Exposé de l'invention
  • 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 m2 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.
    • Brève description des dessins
  • 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 figure 1 assemblé en perspective ;
    • [Fig. 3] montre un détail en coupe transversale du dispositif de la figure 1 ;
    • [Fig. 4A], [Fig. 4B] sont des vues schématiques en coupe d'un dispositif selon l'invention respectivement avant impact et après impact ;
    Description des modes de réalisation
  • 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 figure 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 figure 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 figure 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 figure 4A un dispositif de la présente divulgation avant impact d'un impacteur 11 et en figure 4B 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.

Claims (9)

  1. Dispositif de protection aux impacts comportant :
    a. 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 dissipateur,
    b. 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 dissipateur,
    c. un renfort périphérique comportant un deuxième cadre (5) muni de deuxièmes lames (51a) s'appliquant sur la périphérie de ladite face avant du panneau dissipateur, ledit renfort comportant des parois de fixation (52b), issues desdites deuxièmes lames périphériques, longeant les côtés du panneau dissipateur 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 dissipateur.
  2. 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.
  3. Dispositif de protection aux impacts selon la revendication 1 ou 2 pour lequel le panneau dissipateur comporte au moins deux plaques (1a, 1b) de mousse d'aluminium l'une sur l'autre prises ensemble entre lesdites tôles (2, 3).
  4. Dispositif de protection aux impacts selon la revendication 3 pour lequel lesdites plaques de mousse d'aluminium sont collées ensemble.
  5. 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/m3 et 300 kg/m3.
  6. 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.
  7. 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).
  8. Dispositif de protection aux impacts selon la revendication 7 pour lequel l'épaisseur des semelles est de 10 mm à 15 mm.
  9. 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.
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Citations (3)

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FR2305559A1 (fr) 1975-03-24 1976-10-22 Setil Procede pour la fabrication de panneaux de construction, ainsi que les panneaux obtenus par la mise en oeuvre de ce procede
DE202016007043U1 (de) * 2016-11-14 2016-12-01 IfL Ingenieurbüro für Leichtbau GmbH & Co. KG Temporäre mobile Schutzvorrichtung gegen ballistische und explosive Beanspruchungen im Freien
WO2022079286A1 (fr) 2020-10-16 2022-04-21 Wsvk Oederan Gmbh Protection modulaire contre les intempéries

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Title
SINGH PRABHJOT ET AL: "Metal-faced sandwich composite panels: A review", THIN-WALLED STRUCTURES, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol. 195, 17 November 2023 (2023-11-17), XP087450981, ISSN: 0263-8231, [retrieved on 20231117], DOI: 10.1016/J.TWS.2023.111376 *

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