Etude expérimentale et numérique de la sensibilité de composites énergétiques : influence de la microstructure et rôle de l'endommagement

par Elodie Kaeshammer

Projet de thèse en Morphologie mathématique

Sous la direction de François Willot et de Petr Dokladal.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique , en partenariat avec Mathématiques et Systèmes (laboratoire) , CMM - Centre de Morphologie Mathématique (equipe de recherche) et de École nationale supérieure des mines (Paris) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 15-10-2017 .


  • Résumé

    La sensibilité au choc d'un explosif est souvent étudiée dans le but d'améliorer la sécurité des explosifs. De nombreuses études expérimentales ont mis en évidence un lien entre la sensibilité au choc des explosifs et leurs caractéristiques microstructurales. Néanmoins, plusieurs questions restent en suspens : quelle est l'importance de l'endommagement mécanique lors de l'initiation de l'explosif ? Comment la suppression de défauts intra/extra-granulaires ainsi que la forme des particules influencent l'initiation de l'explosif au choc ? L'ISL (Institut de recherches franco-allemand de Saint-Louis) et le CEA Gramat ont démarré en 2015 une collaboration sur cette thématique. Des formulations explosives de « RDX » et cire (70:30) avec différentes caractéristiques physiques (porosités intra-granulaire et extra-granulaire, différentes formes de particules) ont été réalisées à l'ISL et analysées au CEA Gramat par microtomographie. Des travaux expérimentaux menés à l'ISL ont permis de montrer qu'une diminution des défauts intra-granulaires de RDX entraîne une réduction de la sensibilité au choc mais aussi que la morphologie des grains influence la sensibilité à l'amorçage de ces matériaux énergétiques. Cela souligne le rôle du comportement mécanique sous choc du matériau. Parallèlement, une étude numérique a débuté au CEA et à l'ISL pour étudier ces phénomènes en utilisant des microstructures idéalisées. Le but final est d'intégrer une microstructure réelle (issue des images de microtomographie) dans le modèle numérique. Cette étude permettra de mieux comprendre l'évolution de l'endommagement microstructural en fonction de la morphologie des explosifs et des conditions de sollicitation.

  • Titre traduit

    Experimental and numerical study of the sensitivity of energetic materials : influence of the microstructure and role of the mechanical damage


  • Résumé

    The shock sensitivity of an explosive is often studied in order to improve the security. A large number of experiments have demonstrated a link between the shock sensitivity of explosives and their microstructural characteristics. But several questions remain unanswered : what is the influence of the mechanical damage during the initiation of the explosive ? How the supression of intra/extra granular defects as well as the shape of the particles influence the initiation of the explosive ? The ISL (French-German Research Institute of Saint-Louis) and the CEA of Gramat have started a since 2005 a collabation on this thematic. Explosive formulations of 'RDX' and wax (70:30) with different characteristics (intra and extra-granular porosity, particle shapes) were made at the ISL and analysed at the CEA Gramat by microcomputed tomography. Experiments at the ISL have shown that a decrease in intra-granular defects of RDX results in a reduction of the shock sensitivity but also that the shape of the grains influences the impact sensitivity of these energetic materials. It highlights the role of the mechanical behaviour of the material. At the same time, a numerical study has begun at the CEA and the ISL to study these phenomena using idealized microstructures. The final objective is to use a real microstructure (from microcomputed tomography) in the numerical model. This study will allow to better understand the evolution of the microstructural damage depending on the explosives morphology and the stress conditions.