Optimisation du fonctionnement d’un détonateur optique : expériences et simulations

Contexte :

L’amorçage par laser de matériaux énergétiques est une alternative intéressante à l’amorçage électrique habituellement utilisé. D’un point de vue de la sécurité, cela permet de s’affranchir des risques liés aux décharges électriques et électrostatiques puisqu’aucun conducteur n’est au contact du détonateur. Cela permet également d’éloigner la source d’énergie initiatrice à plusieurs dizaines de mètres du détonateur contre quelques mètres pour l’amorçage électrique.
Un détonateur optique est en cours de développement au laboratoire. Son principe de fonctionnement repose sur l’utilisation d’un laser impulsionnel nanoseconde qui, focalisé sur un dépôt multicouche déposé sur une fenêtre de verre, permet de générer un projectile d’aluminium dont l’impact va faire détoner un chargement d’explosif pulvérulent. Un prototype de détonateur est opérationnel mais les différents éléments doivent être optimisés et les phénomènes physiques maîtrisés pour être en mesure de concevoir un système polyvalent avec une très bonne fiabilité.

Objectif de la thèse :

L’objectif principal de la thèse sera d’optimiser les différents paramètres régissant le fonctionnement d’un détonateur optique en associant expériences et simulations et ceci pour différents explosifs, utilisés actuellement (pentrite, HMX) ou en cours de développement.
Pour initier la détonation soutenue d’un explosif solide hétérogène à l’aide d’un projectile mince propulsé par laser, il faut dépasser une certaine énergie critique d’amorçage qui dépend des propriétés intrinsèques de l’explosif (densité, granulométrie, diamètre critique) et de celles du projectile (vitesse, épaisseur, diamètre). Pour chacun des explosifs envisagés, il s’agira de déterminer cette énergie critique d’amorçage puis de définir la géométrie des projectiles permettant de dépasser ce seuil. Ce travail s’appuiera principalement sur l’utilisation de moyens expérimentaux disponibles au laboratoire ainsi que sur des simulations à l’aide d’un code de calcul 1D d’interaction laser-matière développé au CEA. Des simulations hydrodynamiques pourront également être effectuées afin d’étudier des effets 2D tels que l’influence du diamètre du projectile.

Déroulement de la thèse :

Le début de la thèse sera consacré à l’optimisation du détonateur actuel avec comme explosif de chargement, la pentrite. Des expériences effectuées avec un générateur de chocs développé au laboratoire ainsi que des simulations permettront de déterminer les conditions critiques d’amorçage de l’explosif. Les résultats obtenus seront comparés avec les données disponibles dans la littérature afin de valider la démarche. Par la suite, les travaux seront étendus à deux autres explosifs, le HMX d’une part, plus difficile à amorcer mais qui offre des performances détoniques supérieures et un explosif en cours de développement ayant des paramètres de sûreté de meilleur niveau.

DIRECTEUR DE THESE

Michel ARRIGONI
michel.arrigoni@ensta-bretagne.fr

ECOLE DOCTORALE

ED 602
SPI – Sciences pour l’Ingénieur
Ecole centrale de Nantes
1 rue de la Noë
44321 Nantes cedex 3

ENCADRANT

Philippe HEBERT
philippe.hebert@cea.fr

CENTRE

Le Ripault
BP 16
37260 Monts
Tél. : 02-47-34-40-00