La présente invention a pour objet un nouvel explosif solide malléable, qui constitue une alternative, voire un perfectionnement, aux explosifs plastiques connus à ce jour (voir ci-après). Elle concerne également un procédé d'obtention dudit nouvel explosif solide malléable.
Le domaine technique de l'invention est celui des (blocs d') explosifs solides malléables (pâteux), communément appelés explosifs plastiques, amorcés par un détonateur, à usage militaire et civil. Ils sont généralement utilisés sous la forme de pains de quelques centaines de grammes. La malléabilité de ces pains d'explosifs permet d'adapter parfaitement leurs formes aux contours des objets ou structures à détruire.
Le premier explosif plastique connu, sous le nom de "gelignite", a été inventé par Alfred Nobel en 1875. Il consistait en de la nitrocellulose dissoute dans de la nitroglycérine et mélangée avec de la pâte de bois et du salpêtre.
Il a aussi été décrit par le passé des explosifs plastiques composés d'une charge explosive et d'un liant de type cire ou huile minérale, ayant l'inconvénient de présenter des propriétés de malléabilité dégradées à froid. La demande de brevet
Aujourd'hui, les explosifs plastiques les plus communs contiennent une charge explosive (hexogène (RDX) et/ou pentrite, par exemple), un liant polymérique caoutchouc (le plus souvent de synthèse tel qu'une gomme de butadiène-styrène ou un polyisobutylène), un plastifiant (tel que le bis (2-éthylhexyl) adipate ou sébacate, le di-n-octyl phtalate, le tri-n-butyl citrate), et des additifs (tels que des colorants, anti-oxydants et marqueurs de détection). Le plastifiant (généralement présent à des taux massiques de 2 à 5 %) a pour rôle de conférer aux explosifs plastiques leur malléabilité et une meilleure tenue mécanique ne nécessitant pas leur conditionnement dans une structure (voir l'enseignement de l'art antérieur rappelé ci-dessus, relatif à des explosifs malléables sans plastifiant). Les explosifs plastiques les plus connus présentant ce type de formulation sont le plastique C-4 et le Semtex®, familiers à l'homme du métier. Ces explosifs plastiques renferment donc, dans leur composition, en référence à leur caractère plastique, un liant polymérique caoutchouc (solide) associé à un plastifiant. Ces deux composants, inertes, ne participent pas à l'effet explosif recherché. Par ailleurs, le dosage maîtrisé du liant (polymère) et du plastifiant, généralement introduits à faible taux (quelques pourcents) au sein de la charge énergétique de l'explosif plastique, complexifie le procédé de fabrication de l'explosif plastique.
Dans un tel contexte, l'inventeur a cherché un nouveau type d'explosif "plastique", plus précisément un nouvel explosif solide malléable, plus intéressant en termes de composition (sans plastifiant), de performance (avec charge énergétique "moins diluée") et de procédé de fabrication (plus simple).
Sans aucun lien avec le problème technique identifié ci-dessus, on a décrit, plus particulièrement dans la demande de brevet
Selon son premier objet, la présente invention concerne donc un explosif solide malléable original, qui constitue une alternative, voire un perfectionnement, aux explosifs plastiques connus à ce jour (voir ci-dessus). Ledit explosif est solide en ce qu'il ne coule pas par gravité (à la température ambiante et au-delà : en fait, jusqu'à la température où la charge explosive qu'il contient n'est plus stable). Ledit explosif est malléable en ce qu'il peut être modelé à la main (manuellement) à des températures de -40°C à +70°C. Ces "définitions" ne surprendront pas l'homme du métier ; ledit explosif solide malléable de l'invention présente des propriétés du type de celles des explosifs plastiques de l'art antérieur (mais sans plastifiant dans sa composition, voir ci-après).
L'explosif solide malléable de l'invention est caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'un bloc (solide) constitué, pour au moins 98 % de sa masse, d'une charge explosive pulvérulente consistant en de l'octogène (HMX), de l'hexogène (RDX), du tétranitrate de pentaérythrite (pentrite ou PETN), de l'hexanitrohexaazaisowurtzitane (CL20), du triaminotrinitrobenzène (TATB), de la 5-nitro-2,2,4-triazole-3-one (ONTA), de l'hexanitrostilbène (HNS), du 1,1-diamino-2,2-dinitroéthène (DADNE ou Fox-7) ou en un de leurs mélanges et d'un liquide choisi parmi les polymères polyols du groupe des polyisobutylènes polyols, polybutadiènes polyols, polyéthers polyols, polyesters polyols et polysiloxanes polyols, dont la masse moléculaire moyenne en nombre est comprise entre 500 et 10 000 et leurs mélanges. Ledit explosif solide malléable de l'invention combine, de façon originale, des caractéristiques de présentation (d'état) physique et de composition.
L'explosif solide malléable de l'invention se présente donc sous la forme d'un bloc, i.e. sous la forme d'une masse compacte. Il s'agit en fait d'un bloc, obtenu par moulage ou par découpage d'une pâte (voir son procédé d'obtention décrit ci-après). L'explosif solide malléable de l'invention peut ainsi être obtenu par moulage d'un composant A pâteux selon la demande de brevet
On se propose maintenant de développer les caractéristiques de composition de l'explosif solide malléable de l'invention.
La charge explosive pulvérulente (dont la(les) granulométrie(s), non originale(s) per se, est(sont), de façon classique, généralement comprise(s) entre 2 et 500 µm) du bloc renferme un ou plusieurs explosifs (en mélange). Le(s)dit(s) explosif(s) présent(s) l'est (le sont) avantageusement à différentes granulométries (coupes granulométriques). Il est ainsi possible d'avoir des taux de charge élevés. Avantageusement, la charge explosive pulvérulente du bloc représente au moins 85 % en masse de la masse totale du bloc.
Le liquide présent consiste également en un liquide (choisi parmi les polymères polyols précisés ci-dessus) ou un mélange de liquides (choisis parmi les polymères polyols précisés ci-dessus). Il peut être ou non un solvant de la charge explosive pulvérulente. Dans l'hypothèse où ledit liquide est un solvant de ladite charge, on comprend que ladite charge est présente à des concentrations au-delà de la concentration de saturation, dans la mesure où un bloc solide est en cause.
Le bloc d'explosif solide malléable est essentiellement (pour au moins 98 % de sa masse) constitué de ladite charge et dudit liquide. En sus de ladite charge et dudit liquide, il n'est susceptible de renfermer que des additifs (voir ci-après). Il peut tout-à-fait être uniquement (à 100 %) constitué de ladite charge et dudit liquide. Aucun plastifiant n'est présent dans sa composition.
L'homme du métier a d'ores et déjà saisi le nouveau type d'explosif solide malléable proposé par l'invention, à base d'un liquide et d'un solide (charge explosive) pulvérulent. Il conçoit que les liquide(s) et solide(s) associés le sont opportunément pour l'obtention du but recherché : un bloc solide malléable (voir les "définitions" données ci-dessus aux deux qualificatifs : "solide" et "malléable"). Il conçoit que les principaux paramètres en cause, pour l'obtention d'un bloc présentant des propriétés rhéologiques adéquates (une consistance adéquate), sont :
Notons par ailleurs que des interactions chimiques sont tout-à-fait susceptibles de se développer entre lesdits solide(s) et liquide(s) (voir ci-après), qu'en tout état de cause le(s)dit(s) liquide(s) assure(nt) la fonction de liant de la charge pulvérulente.
En référence aux trois paramètres ci-dessus, on peut, de façon nullement limitative, préciser ce qui suit. En vue de l'obtention d'un solide, le rapport massique (S/L) est a priori élevé. On a vu ci-dessus que la charge explosive pulvérulente du bloc représente avantageusement au moins 85 % en masse de la masse totale du bloc. Par ailleurs, on associe avantageusement un liquide de viscosité dynamique comprise entre 0,1 et 1 Pa.s dans la gamme de température : - 40°C et + 70°C et une charge explosive de granulométrie comprise entre 1 et 150 µm. Très avantageusement, on choisit une charge explosive solide présentant plusieurs coupes granulométriques entre 1 et 150 µm.
En tout état de cause, dans d'autres domaines techniques (agroalimentaire et pharmaceutique, notamment), on maîtrise parfaitement l'association d'une charge pulvérulente et d'un liquide pour obtenir un solide malléable. L'enseignement dans ces domaines, relatif aux paramètres ci-dessus et au procédé décrit ci-après, est tout-à-fait transposable au domaine de l'invention.
La charge explosive des blocs explosifs solides de l'invention n'est pas per se originale. Elle consiste, comme indiqué ci-dessus, en de l'octogène (HMX), de l'hexogène (RDX), du tétranitrate de pentaérythrite (pentrite ou PETN), de l'hexanitrohexaazaisowurtzitane (CL20), du triaminotrinitrobenzène (TATB), de la 5-nitro-2,2,4-triazole-3-one (ONTA), de l'hexanitrostilbène (HNS), du 1,1-diamino-2,2-dinitroéthène (DADNE ou Fox-7) ou en un de leurs mélanges. Elle est avantageusement choisie parmi l'octogène, l'hexogène, la penthrite et le CL20. L'hexogène est la charge explosive (énergétique) préférée des blocs de l'invention.
Le liquide est donc choisi parmi les polymères polyols ci-après : polyisobutylènes polyols, polybutadiènes polyols, polyéthers polyols, polyesters polyols et polysiloxanes polyols, dont la masse moléculaire moyenne en nombre est comprise entre 500 et 10 000, et leurs mélanges. Ledit liquide est avantageusement choisi parmi lesdits polybutadiènes polyols et leurs mélanges. Ledit liquide consiste très avantageusement en un polybutadiène hydroxytéléchélique de ce type. En fait, conviennent parfaitement, à titre de liquide pour les explosifs solides malléables de l'invention, les polybutadiènes hydroxytéléchéliques habituellement utilisés à l'état réticulé comme liant des propergols solides pour l'auto-propulsion. L'homme du métier connaît ce type de polymère (voir notamment l'enseignement de la demande
On a vu ci-dessus que ladite charge et ledit liquide constituent de 98 % à 100 % (en masse) de l'explosif solide malléable de l'invention, des blocs d'explosif solide malléable de l'invention. Lesdits blocs d'explosif sont en fait susceptibles de renfermer des additifs, notamment des agents anti-oxydants, des agents anti-durcissement au vieillissement, des marqueurs chimiques de détection, pour au plus 2% de leur masse totale.
Des additifs, susceptibles d'être renfermés dans lesdits blocs d'explosif sont notamment :
Selon une variante avantageuse, le bloc d'explosif solide malléable de l'invention renferme, en pourcentages en masse :
Les blocs de l'invention ont généralement une masse comprise entre 100 g et 5 kg. On peut considérer lesdits blocs d'explosif solide malléable comme des pains (au sens des pains d'explosifs plastiques de l'art antérieur).
Les blocs de l'invention présentent des qualités rhéologiques et des performances supérieures à celles des blocs d'explosifs malléables incorporant un plastifiant. Ils peuvent être stockés et mis en œuvre en pains de forte masse (par exemple de plusieurs kilogrammes) sans précaution aucune en référence à leur tenue mécanique, contrairement aux explosifs malléables de l'art antérieur sans plastifiant.
Sans être lié par une quelconque théorie, on peut penser que la charge explosive et le liquide polymère polyol formant l'explosif malléable de l'invention interagissent pour conférer audit explosif des propriétés rhéologiques particulièrement intéressantes. La présence de fonctions hydroxy (OH) dans la formule chimique des polymères polyols (fonctions hydroxy non présentes dans les formules chimiques des liants polymériques de l'art antérieur) est très certainement à l'origine de cette interaction particulière.
Selon son deuxième objet, la présente invention concerne un procédé d'obtention d'un explosif solide malléable tel que décrit ci-dessus (premier objet de ladite invention). Ledit procédé comprend :
On comprend qu'il s'agit d'un procédé par analogie préconisé pour la première fois dans un contexte de mélanges : charge explosive pulvérulente + liquide polymère polyol tel que précisé ci-dessus.
Le malaxage charge explosive pulvérulente + liquide polymère polyol, pour l'obtention de la pâte, peut être mise en œuvre à température ambiante ou à chaud. La température de malaxage est évidemment compatible avec les normes de sécurité, au vu de la nature exacte de la charge explosive. Dans cet esprit, elle est généralement inférieure à 80°C.
Le procédé d'obtention de l'explosif original de l'invention peut être mis en œuvre en continu ou en discontinu.
On précise ci-après, à titre purement illustratif, trois variantes de mise en œuvre dudit procédé. Selon une première variante : on mélange à chaud (typiquement 60°C) les constituants des blocs de l'invention dans un malaxeur ; le mélange obtenu (dont la masse peut par exemple varier de 100 kg à 5 tonnes) est ensuite déchargé du malaxeur pour être introduit dans un entonnoir terminé par une vis sans fin ; ledit mélange est entrainé par la vis sans fin pour être disposé dans des moules (dont le volume peut être variable, typiquement compris entre 100 et 700 cm3 selon les applications visées, généralement de 350 cm3); ledit mélange contenu dans chaque moule est ensuite démoulé pour l'obtention d'un bloc d'explosif malléable. Selon une seconde variante, le mélange est obtenu par malaxage en continu à chaud puis directement extrudé dans des moules (dont le volume peut être variable, typiquement compris entre 100 et 700 cm3 selon les applications visées, généralement de 350 cm3). Selon une troisième variante, le mélange est obtenu par malaxage en continu à chaud puis directement extrudé, le jonc extrudé étant haché de façon à obtenir directement des blocs de masse déterminée.
La masse volumique du bloc d'explosif obtenu peut varier en fonction de la quantité d'air piégée dans la charge explosive pendant le procédé d'obtention. Ladite masse volumique est avantageusement comprise entre 1300 et 1700 kg/m3.
L'invention, sous ses aspects de produit et de procédé, est maintenant illustrée, de façon nullement limitative, par l'exemple ci-après de réalisation d'un explosif solide malléable selon l'invention (à partir de ses ingrédients constitutifs).
Le tableau 1 ci-après présente la composition dudit explosif solide malléable selon l'invention.
Le liquide est un polybutadiène hydroxytéléchélique (PBHT). Il s'agit du PBHT R45HTLO commercialisé par la société Sartomer (Mn ≈ 3000). Il intervient à environ 10 % en masse.
La charge explosive pulvérulente (qui intervient à 88 % en masse) est constituée de RDX. Elle est plus précisément constituée de deux charges de RDX de granulométrie différente, référencées charge 1 et charge 2 dans le tableau 1. La granulométrie de ces deux charges 1 et 2 est donnée par trois valeurs relevées sur la courbe de cumul des pourcentages volumiques de particules en fonction du diamètre (sphérique équivalent) des particules, cumul selon les diamètres croissants :
La composition massique du bloc d'explosif solide malléable contient, par ailleurs, des additifs (un agent anti-oxydant, un agent anti-durcissement au vieillissement et un marqueur chimique), pour moins de 2 pourcents de sa masse totale.
d50=100 µm,
d90=220 µm.
d50=4 µm,
d90=10 µm.
Les constituants du bloc d'explosif solide malléable de l'invention sont malaxés à chaud (60°C +/-10°C), chaque opération de malaxage met en œuvre environ 200 kg de matière. La pâte obtenue est ensuite déchargée et introduite dans un entonnoir muni d'une vis sans fin pour le remplissage de moules. Le volume des moules est d'environ 50 cm3. Le bloc solide d'explosif malléable généré dans chaque moule est ensuite démoulé pour l'obtention d'un pain d'explosif malléable d'environ 0,5 kg.
La masse volumique des pains d'explosif obtenus par ce procédé peut varier en fonction de la quantité d'air piégée dans la pâte pendant le procédé. Ladite masse volumique est comprise entre 1480 et 1520 kg/m3.
Cette liste de références citées par le demandeur vise uniquement à aider le lecteur et ne fait pas partie du document de brevet européen. Même si le plus grand soin a été accordé à sa conception, des erreurs ou des omissions ne peuvent être exclues et l'OEB décline toute responsabilité à cet égard.