Etude théorique et expérimentale de l'amorçage par choc et de la détonation de compositions énergétiques intégrant des additifs oxydants et métalliques réactifs.

par Thomas Elia

Thèse de doctorat en Génie des procédés et énergétique

Sous la direction de Laurent Catoire.

Le président du jury était Benoît Fiorina.

Le jury était composé de Eric Daniel, Nabiha Djebaili, Éric Lafontaine, Sophie Trélat.

Les rapporteurs étaient Michel Arrigoni, Ashwin Chinnayya.


  • Résumé

    Ce travail de thèse porte sur le mécanisme d’amorçage par choc des explosifs composites comportant des particules micrométriques d’aluminium. Une approche expérimentale et une approche théorique ont été mises en œuvre afin de répondre à la problématique. Pour cette étude, le choix de compositions énergétiques s’est porté sur des explosifs à liant plastique (PBHT) et à base de nitramines (RDX, HMX).L’étude bibliographique sur les compositions d’intérêt a révélé un manque cruel de données expérimentales mais aussi de modèles concernant la phase transitoire de la détonation. C’est pourquoi, une série de campagnes expérimentales a été menée afin d’avoir à disposition un panel de données utilisables pour l’élaboration d’un modèle de cinétique.L’acquisition de ces données s’est basée sur la réalisation d’essais de caractérisation de la sensibilité au choc plan soutenu et non-soutenu. La phase de dépouillement des résultats a nécessité le développement d’une nouvelle méthode de post-traitement faisant appel à un algorithme d’optimisation globale. De plus, un nouvel édifice expérimentale a été développé afin d’étudier la sensibilité des compositions énergétiques au choc sphérique divergent, sollicitation plus représentative de l’amorçage par détonateur. La réalisation de ces essais a permis la mise en œuvre et le développement de nouvelles métrologies permettant une acquisition toujours plus précise des phénomènes en jeu lors du fonctionnement d’un explosif.Grâce à une analyse approfondie des résultats expérimentaux et la confrontation par rapport à un explosif non-aluminisé de référence, un effet de désensibilisation des particules d’aluminium sur l’explosif a été révélé. Des voies d’explication se basant sur l’étude multiphasique des matériaux à l’échelle mésoscopique et les interactions thermiques et mécaniques possibles ont été explorées. Une explication phénoménologique de l’amorçage est alors proposée.

  • Titre traduit

    Theoretical and experimental study of shock priming and wave detonation in energetic materials


  • Résumé

    This thesis is focused on the shock to detonation transition of aluminized plastic bonded high explosives. An experimental approach and a theoretical one have been carried out to deal with the shock ignition issue of nitramines (RDX, HMX) based high explosives with HTPB binder.The bibliographic study reveals a cruel lack of experimental data and shock to detonation transition models. Thus, a series of experiments was conducted in order to have available data for the development of a kinetic model.These experiments are based on plane sustained and unsustained shock test, usually called Pop-Plot test. The analysis of the data provided requires the development of a new posttreatment method using a global optimization algorithm. In addition, a new experimental device was developed to study the shock to detonation transition in a spherical divergent geometry which is much more representative of detonator priming. This experimental study requires the development and the use of new metrological devices such as fiber Bragg grating and radio-interferometer.Thanks to a deep analysis of the experimental results and the comparison with a non-aluminized high explosive, a desensitization effect of the aluminum particles was provided. A study of the transition at the mesoscale using multiphasic Euler equations was carried out to deal with the mechanical and thermal equilibrium between the particles and the flow surrounded them. An explanation of the shock to detonation transition of aluminized high explosive phenomenology is proposed.


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