Développement d'un système d'initiation pyrotechnique, sécurisé, autonome, intelligent et intégrant des nanothermites

Development of a miniature, fully integrated, smart, and safe multipoint initiation system integrating nanothermites

• Auteur / Autrice : Jean-Laurent Pouchairet-Ramona
• Direction : Carole Rossi, Dominique Medus
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro et Nanosystèmes
• Date : Soutenance le 14/02/2019
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA en cotutelle avec Lacroix-Défense
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Génie électrique, électronique, télécommunications et santé : du système au nanosystème (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes - Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes [Toulouse] / LAAS
• Jury : Président / Présidente : Daniela Dragomirescu reyna
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Carole Rossi, Dominique Medus, Michel Arrigoni, Marc Bellenoue, Eric Lafontaine
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michel Arrigoni, Marc Bellenoue

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pyrotechnie

Mots clés libres

Systèmes pyrotechniques

Intelligence

Contrôle

Conception

Modélisation

Validation expérimentale

Pyrotechnics

Smart systems

Control

Conception

Simulation

Experimental validation

Résumé

Répondant à un besoin grandissant de standardisation et d’adaptabilité pour les systèmes pyrotechniques, nous présentons au travers de ce travail un nouveau concept de leurre infrarouge intelligent, contrôlable à l’aide d’un système d’initiation électronique miniature embarqué. Notre solution innovante se décompose en trois blocs fonctionnels distincts : (1) un bloc d’éjection pyrotechnique contrôlable intégrant trois charges d’éjection dans une seule pièce plastique métallisée, (2) un bloc appelé fonction terminale, constitué d’un pain pyrotechnique infrarouge structuré, couplé à un étage de micro-initiation à base de nano-thermites, adressable et basse énergie, et (3) un bloc de contrôle, connecté et autonome, répondant au STANAG 4187 qui commande l’armement et la mise à feu des fonctions pyrotechniques. Au cours de ce travail, nous avons développé un code de balistique intérieure à paramètres globaux et un superviseur d’optimisation, capable de simuler n’importe quel système à effet mortier, et un code de régression géométrique basé sur la méthode level-set,capable de modéliser la combustion de n’importe quel pain solide multicomposition, compartimenté ou structuré, allumé séquentiellement ou simultanément en plusieurs points.Nous avons montré théoriquement, puis validé expérimentalement, qu’il était possible de contrôler finement la réaction de combustion des pains pyrotechniques IR grâce à un allumage séquentiel de ces derniers, ce qui représente une innovation importante en pyrotechnie. Nous avons validé expérimentalement, qu’il était possible de contrôler la vitesse d’éjection de leurres IR grâce à un allumage partiel d’impulseurs plastroniques. Ce travail a abouti à l’intégration des différents blocs fonctionnels dans un démonstrateur représentatif d’un leurre infrarouge intelligent et miniature : CASSIS.

Answering a growing need for standardization and adaptability in pyrotechnics, we hereby present a smart and safe pyrotechnical infrared (IR) flare electronically controllable through an embedded miniature initiation system. The countermeasure has been designed to fit within a 1”×1”×8” standard cartridge, and consists of three distinct blocks, which are mechanically and electronically interconnected: (1) a pyrotechnical ejection block integrating three ejection charges in a single metalized plastic casing, (2) a micro-initiation stage comprising nanothermite-based micro-initiators and a structured pyrotechnic loaf, (3) a STANAG 4187 compatible electronic control, command and power management block.Throughout this work, we developed a lumped parameter internal ballistics model for the ejection, and conducted a response surface methodology study to extract optimal design parameters. We developed a geometric regression script, based on level set techniques, to model the combustion of multicomponent, sequentially-initiated, partially inerted pyrotechnic loafs. We demonstrated, theoretically then experimentally, that we could control the combustion of IR pyrotechnic loaves using sequential initiation, and that we could control the ejection velocity of IR flares using multipoint mortar ejectors.This work resulted in integrating said technological block in a functional 1’’1’’8’’ controllable, autonomous safe and smart infrared flare demonstrator, CASSIS.