[0001] [Les véhicules blindés sont dotés de vitrages de forte épaisseur dont la propriété
principale, hormis la transparence, est d'offrir une protection contre des menaces
balistiques type munition et éclat de mortier.
[0002] Ce type de solution transparente exige de garantir une protection face à des menaces
de plus en plus sévères, tout en limitant l'augmentation de masse et d'épaisseur.
[0003] Les solutions transparentes blindées le plus couramment fabriquées et commercialisées
sont des laminés employant la même banque de matériaux : feuilles de verre collées
deux à deux consécutives par des intercalaires viscoélastiques constituant un bloc
avant d'une épaisseur e ≈ 100mm, et film anti-éclat en face arrière.
[0004] Ce type d'assemblage permet de mobiliser trois principaux mécanismes de dissipation
de l'énergie à l'impact : - par rupture fragile du verre, -par déformation viscoélastique
des intercalaires, - par délamination aux interfaces verre/intercalaire.
[0005] Il est possible de pondérer la contribution relative de ces trois mécanismes par
les propriétés individuelles des constituants, ou leur couplage : le verre via le
type de renforcement, les intercalaires via leur nature et/ou leur formulation, les
interfaces via leur fonctionnalisation par des agents chimiques.
[0006] Au final, avec une banque de matériaux assez restreinte et des possibilités de modulation
tout aussi restreintes, les solutions proposées par les fournisseurs de vitrages blindés
présentent désormais des masses et épaisseurs quasi-identiques, à 10% près. Cet alignement
correspond à un positionnement à leur extrême limite de fiabilité des tenues à l'impact
des assemblages sus-décrits.
[0007] De façon plus marginale, le document
WO 2009/150380 A2 décrit d'autres solutions employant des matériaux à plus haut module d'Young, tels
que la céramique et le saphir (alumine cristalline) (~500 MPa vs ~50 MPa pour le verre).
Mais ces solutions, depuis une à deux décennies qu'elles sont développées, ne trouvent
pas de marché en raison de leurs coûts élevés.
[0008] Un autre axe d'innovation sur ces solutions est la façon de les mettre en cadre pour
obtenir des gains en facilité d'implémentation, installation ou remplacement d'une
solution sur le système complet, en modulabilité et adaptabilité du cadre, et en légèreté.
[0009] Face à des menaces de plus en plus sévères, faute d'une rupture avec la technologie
verre/intercalaire sus-décrite, il n'y a pas d'autre choix que d'épaissir les compositions.
[0010] Ainsi, sur certains modèles de véhicule comprenant des vitrages de petites dimensions,
par exemple latéraux, l'épaisseur e tend à se rapprocher de la largeur I (plus petite
longueur).
[0011] En termes mathématique, le rapport

(et même << 1 pour un pare-brise), qui permettait jusqu'alors une approche 2D du
système, tend à se rapprocher de la valeur

, ce qui oblige à considérer les systèmes comme étant désormais 3D. Avec cette levée
de dégénérescence, les mécanismes de dissipation sus-décrits sont sollicités de manière
très différente.
[0012] C'est notamment vrai dans le cas d'un choc mou (cas de l'éclat de mortier). Dans
un vitrage grand et fin (système 2D), c'est le travail en flexion de l'anti-éclat
qui est principalement à l'œuvre dans l'arrêt de cet impacteur.
[0013] Dans un vitrage petit et épais (système 3D), non seulement ce travail en flexion
est réduit proportionnellement à l'aire, mais les ondes de choc se propagent en volume
et non plus seulement en surface. Le nouveau mode induit par ce nouveau design, se
trouve dans l'axe de l'impact ; on peut l'appeler « mode longitudinal ». Amplifié
par l'effet guide d'onde du cadre, ce mode est particulièrement destructeur, conduisant
la plupart du temps à un déchaussement de l'anti-éclat et/ou éclat du dernier pli
de verre.
[0014] La présente invention a donc pour but de diminuer les effets de ce mode longitudinal
destructeur, en réduisant l'effet guide d'onde du cadre. A cette fin l'invention a
pour objet un ensemble transparent à résistance accrue aux balles et/ou éclats et/ou
autres projectiles à haute énergie, comprenant un bloc balistique associé à des éléments
pour sa fixation à un environnement de montage, dans lequel une face dudit bloc balistique
destinée à être au contact de l'atmosphère extérieure est définie comme la face avant,
la face opposée destinée à être au contact du volume intérieur de l'environnement
de montage est définie comme la face arrière, et toutes faces perpendiculaires aux
faces avant et arrière sont des faces latérales du bloc balistique, lesdits éléments
de fixation comprennent au moins un élément de maintien et blocage de ladite face
avant du bloc balistique, un élément de maintien et blocage de ladite face arrière,
et un cadre de maintien et blocage desdites faces latérales, caractérisé en ce que
le cadre de maintien et blocage est apte à absorber une partie de l'énergie de l'impact
en se déformant de manière irréversible et spontanée, sur des longueurs comprises
entre 5 et 150, de préférence 10 et 100 % de la longueur du cadre. Le cadre est un
constituant sacrificiel de la solution de blindage. Moins rigide, il est ainsi plus
susceptible d'absorber une partie des modes transversaux de transmission de l'impact.
Le bloc balistique est transparent et consiste en un vitrage feuilleté, comprenant
des feuilles de verre minéral ou organique reliées les unes aux autres par des couches
adhésives intercalaires telles que polyvinylbutyral (PVB), polyuréthane thermoplastique
(TPU), copolymère éthylène-acétate de vinyle (EVA). Le verre minéral est par exemple
flotté, sodocalcique, aluminosilicate, borosilicate, éventuellement durci, trempé
thermiquement ou renforcé chimiquement. Le verre organique est un matériau polymère
transparent tel que poly[(méth)acrylate de méthyle] (PMMA), polycarbonate (PC). Dans
un tel feuilleté à résistance balistique, la feuille la plus à l'arrière évoquée ci-dessus,
à fonction anti-éclat (en anglais « spallshield ») est constituée de PC ou autre polymère
transparent à haut taux de déformation à la rupture. L'utilisation des termes « faces
latérales » est justifiée par l'épaisseur importante du bloc balistique, comparable
à sa largeur, alors que pour des vitrages d'épaisseur faible par rapport à leur longueur
et leur largeur (dimensions de leurs deux faces principales), ces faces latérales
sont plus habituellement appelées « bords latéraux ».
[0015] De préférence, dans sa position de fixation, le bloc balistique est en saillie vers
l'extérieur - l'avant par rapport à son environnement de montage (par exemple : la
carrosserie d'un véhicule blindé).
[0016] De préférence, le cadre de maintien et blocage des faces latérales est parallèle
à celles-ci et présente, sur son bord le plus proche de la face arrière du bloc balistique,
un prolongement perpendiculaire dans la direction s'écartant du bloc balistique et
formant une armature du cadre sur laquelle est fixé l'élément de maintien et blocage
de ladite face arrière, le tout étant fixé à l'environnement de montage. L'armature
du cadre et l'élément de maintien et blocage de la face arrière sont métalliques ou
équivalent.
[0017] De préférence, le cadre de maintien et blocage des faces latérales présente, sur
son bord le plus proche de la face avant du bloc balistique, un prolongement perpendiculaire
dans la direction se rapprochant du bloc balistique, prolongement qui forme l'élément
de maintien et blocage de ladite face avant du bloc balistique. Cet élément de maintien
et blocage de la face avant est métallique ou équivalent.
[0018] De préférence, dans la position de fixation de l'ensemble, un mastic avant déformable
est intercalé en compression entre la face avant du bloc balistique et son élément
de maintien et blocage. Aux fins de la présente invention, tout mastic est constitué
de polyuréthane, polysulfure ou équivalent.
[0019] De préférence, dans la position de fixation de l'ensemble, un mastic arrière déformable
est intercalé en compression entre la face arrière du bloc balistique et son élément
de maintien et blocage.
[0020] De préférence, dans la position de fixation de l'ensemble, un mastic latéral déformable
est intercalé en compression entre les faces latérales du bloc balistique et leur
cadre de maintien et blocage.
[0021] De préférence, l'ensemble transparent est fixé de l'extérieur ou de l'intérieur à
son environnement de montage au moyen de boulons traversant l'armature du cadre et
l'élément de maintien et blocage de ladite face arrière.
[0022] De préférence, ledit cadre de maintien et blocage est en métal déployé dans une matrice
d'élastomère, ou consiste en une structure de type panier grille dans une matrice
d'élastomère.
[0023] De préférence, l'un au moins du mastic avant ou du mastic arrière est conforme à
un motif géométrique, ou bien présente une souplesse / raideur différenciée selon
un motif géométrique, afin, lors d'un impact, d'accroître le potentiel de déformation
du mastic, et/ou d'absorber certains modes de vibration en lien avec cette géométrie.
[0024] De préférence, le mastic latéral présente une épaisseur, largeur, composition, et
est conforme à un motif géométrique, ou bien présente une souplesse / raideur différenciée
selon un motif géométrique, afin d'optimiser le compromis entre la rétention du dernier
pli viscoélastique anti-éclat constituant ladite face arrière et l'absorption des
vibrations aux faces latérales du bloc balistique. Comme mentionné ci-dessus, le pli
viscoélastique anti-éclat est en PC ou autre polymère transparent à haut taux de déformation
à la rupture.
[0025] Un autre objet de l'invention consiste en l'application d'un ensemble transparent
décrit précédemment, comme vitrage de petites dimensions et forte épaisseur, à résistance
élevée aux balles et/ou éclats et/ou autres projectiles à haute énergie, en particulier
comme vitrage latéral de véhicule blindé.
[0026] L'invention est illustrée par les dessins annexés dans lesquels
[Fig. 1] est une représentation schématique en perspective des deux constituants essentiels
d'un ensemble transparent à résistance balistique de l'état de la technique, prêts
à être assemblés.
[Fig. 2] représente schématiquement en perspective l'ensemble transparent de la figure
1 monté, juste avant l'impact par un projectile.
[Fig. 3] représente en perspective un bloc balistique de l'ensemble transparent de
la figure 2, identique à celui utilisé conformément à la présente invention, au moment
de l'impact / dans les millisecondes qui suivent l'impact.
[Fig. 4] représente schématiquement en perspective l'ensemble transparent de la figure
2, dont la feuille arrière anti-éclat a été déchaussée sous l'effet de l'impact.
[Fig. 5] représente schématiquement en perspective un ensemble transparent selon l'invention,
juste avant l'impact par un projectile.
[Fig. 6] représente schématiquement en perspective l'ensemble transparent de la figure
5 après l'impact par le projectile.
[Fig. 7] est une coupe longitudinale schématique de l'ensemble transparent de la figure
5.
[Fig. 8] représente un exemple de motif selon lequel un mastic arrière est conformé
selon l'invention.
[0027] Sur la figure 1, un bloc balistique 6 est constitué d'un vitrage feuilleté d'épaisseur
e du même ordre que sa largeur (plus petite longueur) l. Il comprend des feuilles
de verre minéral éventuellement trempé thermiquement ou renforcé chimiquement et des
feuilles de matériaux polymères tels que PMMA, PC, collées deux à deux voisines par
une couche adhésive intercalaire telle que PVB, TPU, EVA. La feuille du bloc balistique
située au fond du dessin est une feuille anti-éclat en PC ou autre polymère transparent
à haut taux de déformation à la rupture et a pour fonction de se déformer en arrêtant
un projectile venant de l'observateur du dessin. Le bloc balistique 6 est en position
d'assemblage par insertion dans un cadre 4 prolongé perpendiculairement par son armature
2, tous deux étant métalliques ou équivalent. Sont représentés des boulons 9 pour
fixer l'ensemble transparent constitué du bloc balistique 6 et du cadre 4 et son armature
2 à la carrosserie d'un véhicule blindé non représenté. L'avant de la feuille, en
direction de l'observateur du dessin, représente l'extérieur du véhicule blindé, en
position de montage. L'armature du cadre 2 est fixée à la carrosserie par les boulons
9, de sorte que le cadre 4 et le bloc balistique 6 qui y est inséré, sont en saillie
vers l'extérieur de la carrosserie.
[0028] Sur la figure 2, l'ensemble transparent de la figure 1, une fois assemblé, est sur
le point de recevoir de l'extérieur du véhicule blindé, l'impact d'un projectile simulant
un fragment (en anglais Fragment Simulating Projectile, abrégé en FSP).
[0029] Sur la figure 3, on a représenté le bloc balistique 6 des figures précédentes, caractérisé
par son épaisseur du même ordre que sa largeur. Par rapport à l'impact d'un projectile
tel que décrit ci-dessus, provenant de la direction de l'observateur du dessin, perpendiculairement
à la face avant du bloc balistique 6, les flèches sur le dessin montrent les ondes
de choc et déformations à l'impact, à la fois longitudinales (direction du projectile),
et transversales (plan perpendiculaire à la direction du projectile). Le verre est
alors sur le point de se briser en petits morceaux.
[0030] La figure 4 représente le déchaussement de la feuille arrière anti-éclat de PC après
l'impact subi par l'ensemble transparent de la figure 2.
[0031] La figure 5 est une représentation schématique d'un ensemble transparent selon la
présente invention sur le point de recevoir l'impact d'un FSP. Il se distingue par
le fait que le cadre 4 est en métal déployé dans une matrice d'élastomère, ou consiste
en une structure de type panier grille dans une matrice d'élastomère. Le cadre 4 est
apte à se déformer sous l'effet de l'impact, notamment des modes transversaux de l'onde
de choc.
[0032] Sur la figure 6, l'ensemble transparent de la figure 5 a été déformé à l'impact.
Le cadre 4 s'est déformé de manière à absorber une onde de choc transversale, c'est-à-dire
dans le plan perpendiculaire à la direction du projectile FSP (plan parallèle à la
feuille du dessin), de manière à éviter le déchaussement de la feuille anti-éclat
arrière. Le cadre peut s'être déformé, globalement, dans toutes directions normales
aux faces latérales du bloc balistique 6, chaque fois dans le sens s'écartant de celui-ci,
et en accompagnant d'autre part un léger écrasement du bloc balistique 6 dans la direction
longitudinale de l'impact du FSP, c'est-à-dire perpendiculaire à la feuille du dessin.
[0033] Sur la figure 7, l'ensemble transparent de la figure 5 est vu en coupe longitudinale
schématique. Un élément de maintien et blocage 1 de la face arrière du bloc balistique
6 est destiné à être fixé avec l'armature du cadre 2 à la carrosserie non représentée
d'un véhicule blindé, notamment par boulonnage. Un mastic arrière 7 déformable en
PU, polysulfure, élastomère ou équivalent, est intercalé en compression entre la face
arrière du bloc balistique 6 et son élément de maintien et blocage 1. Un mastic avant
5 déformable de la même matière est intercalé en compression entre la face avant du
bloc balistique 6 et son élément de maintien et blocage 8. Un mastic latéral 3 déformable
est intercalé en compression entre les faces latérales du bloc balistique 6 et leur
cadre de maintien et blocage 4.
[0034] La figure 8 représente un exemple de motif selon lequel un mastic arrière 7 peut
être conformé selon l'invention. Sur la vue de droite de cette figure, les parties
hexagonales sombres représentent le mastic arrière 7 en matériau déformable polyuréthane,
polysulfure, élastomère ou équivalent. Les parties plus claires entre les hexagones
représentent l'élément de maintien et blocage 1 de la face arrière du bloc balistique
6, élément de maintien et blocage 1 qui est en métal ou équivalent. Lors d'un impact
par FSP par exemple, le potentiel de déformation de ce mastic est accru, et certains
modes de vibration sont absorbés en lien avec cette géométrie.
1. Ensemble transparent à résistance accrue aux balles et/ou éclats et/ou autres projectiles
à haute énergie, comprenant un bloc balistique (6) associé à des éléments pour sa
fixation à un environnement de montage, dans lequel une face dudit bloc balistique
(6) destinée à être au contact de l'atmosphère extérieure est définie comme la face
avant, la face opposée destinée à être au contact du volume intérieur de l'environnement
de montage est définie comme la face arrière, et toutes faces perpendiculaires aux
faces avant et arrière sont des faces latérales du bloc balistique (6), lesdits éléments
de fixation comprennent au moins un élément de maintien et blocage (8) de ladite face
avant du bloc balistique (6), un élément de maintien et blocage (1) de ladite face
arrière, et un cadre de maintien et blocage (4) desdites faces latérales, caractérisé en ce que le cadre de maintien et blocage (4) est apte à absorber une partie de l'énergie de
l'impact en se déformant de manière irréversible et spontanée, sur des longueurs comprises
entre 5 et 150, de préférence 10 et 100 % de la longueur du cadre (4).
2. Ensemble transparent selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans sa position de fixation, le bloc balistique (6) est en saillie vers l'extérieur
- l'avant par rapport à son environnement de montage.
3. Ensemble transparent selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le cadre de maintien et blocage (4) des faces latérales est parallèle à celles-ci
et présente, sur son bord le plus proche de la face arrière du bloc balistique (6),
un prolongement perpendiculaire dans la direction s'écartant du bloc balistique (6)
et formant une armature du cadre (2) sur laquelle est fixé l'élément de maintien et
blocage (1) de ladite face arrière, le tout (1, 2) étant fixé à l'environnement de
montage.
4. Ensemble transparent selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le cadre de maintien et blocage (4) des faces latérales présente, sur son bord le
plus proche de la face avant du bloc balistique (6), un prolongement perpendiculaire
dans la direction se rapprochant du bloc balistique (6), prolongement qui forme l'élément
de maintien et blocage (8) de ladite face avant du bloc balistique (6).
5. Ensemble transparent selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans la position de fixation de l'ensemble, un mastic avant (5) déformable est intercalé
en compression entre la face avant du bloc balistique (6) et son élément de maintien
et blocage (8).
6. Ensemble transparent selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans la position de fixation de l'ensemble, un mastic arrière (7) déformable est
intercalé en compression entre la face arrière du bloc balistique (6) et son élément
de maintien et blocage (1).
7. Ensemble transparent selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans la position de fixation de l'ensemble, un mastic latéral (3) déformable est
intercalé en compression entre les faces latérales du bloc balistique (6) et leur
cadre de maintien et blocage (4).
8. Ensemble transparent selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est fixé de l'extérieur ou de l'intérieur à son environnement de montage au moyen
de boulons (9) traversant l'armature du cadre (2) et l'élément de maintien et blocage
(1) de ladite face arrière.
9. Ensemble transparent selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit cadre de maintien et blocage (4) est en métal déployé dans une matrice d'élastomère,
ou consiste en une structure de type panier grille dans une matrice d'élastomère.
10. Ensemble transparent selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que l'un au moins du mastic avant (5) ou du mastic arrière (7) est conforme à un motif
géométrique, ou bien présente une souplesse / raideur différenciée selon un motif
géométrique, afin, lors d'un impact, d'accroître le potentiel de déformation du mastic,
et/ou d'absorber certains modes de vibration en lien avec cette géométrie.
11. Ensemble transparent selon la revendication 7, caractérisé en ce que le mastic latéral (3) présente une épaisseur, largeur, composition, et est conforme
à un motif géométrique, ou bien présente une souplesse / raideur différenciée selon
un motif géométrique, afin d'optimiser le compromis entre la rétention du dernier
pli viscoélastique anti-éclat constituant ladite face arrière et l'absorption des
vibrations aux faces latérales du bloc balistique (6).
12. Application d'un ensemble transparent selon l'une des revendications précédentes,
comme vitrage de petites dimensions et forte épaisseur, à résistance élevée aux balles
et/ou éclats et/ou autres projectiles à haute énergie.
13. Application selon la revendication 12, comme vitrage latéral de véhicule blindé.