Détonateur - Detonator

En haut : petit détonateur au nonel avec un délai de 2 ms pour le chaînage des tubes au nonel ; milieu : détonateur SPD de classe B ; en bas : détonateur SPD de classe C
Insertion de détonateurs dans des blocs d' explosifs C-4

Un détonateur , souvent un détonateur , est un dispositif utilisé pour déclencher un engin explosif . Les détonateurs peuvent être déclenchés chimiquement, mécaniquement ou électriquement, les deux derniers étant les plus courants.

L'utilisation commerciale d'explosifs utilise des détonateurs électriques ou la mèche à capuchon qui est une longueur de mèche de sécurité à laquelle un détonateur ordinaire a été joint. L' explosif primaire de nombreux détonateurs est un matériau appelé composé ASA. Ce composé est formé à partir azoture de plomb , styphnate de plomb et d' aluminium et est pressé en place au- dessus de la charge de base, généralement TNT ou Tétryl dans les détonateurs militaires et PETN dans les détonateurs commerciaux.

D'autres matériaux tels que le DDNP ( diazo dinitro phénol ) sont également utilisés comme charge principale pour réduire la quantité de plomb émise dans l'atmosphère par les opérations d'exploitation minière et de carrière. Les anciens détonateurs utilisaient du fulminate de mercure comme principal élément, souvent mélangé avec du chlorate de potassium pour obtenir de meilleures performances.

Un détonateur est un petit engin explosif primaire sensible généralement utilisé pour faire exploser un explosif secondaire plus gros, plus puissant et moins sensible tel que le TNT , la dynamite ou l' explosif plastique .

Les détonateurs sont disponibles dans une variété de types, y compris les capuchons non électriques, les capuchons électriques et les capuchons de fusible. Ils sont utilisés dans l'exploitation minière commerciale, l'excavation et la démolition . Les types électriques sont déclenchés par une courte rafale de courant envoyée par une machine de sablage via un long fil vers le capuchon pour assurer la sécurité. Les capuchons de fusibles traditionnels ont un fusible qui est allumé par une source de flamme, telle qu'une allumette ou un briquet.

Besoin de détonateurs

Le besoin de détonateurs tels que les détonateurs est venu du développement d'explosifs plus sûrs. Différents explosifs nécessitent différentes quantités d'énergie (leur énergie d'activation ) pour exploser. La plupart des explosifs commerciaux sont formulés avec une énergie d'activation élevée, pour les rendre stables et sûrs à manipuler afin qu'ils n'explosent pas s'ils tombent accidentellement, sont mal manipulés ou exposés au feu. Ceux-ci sont appelés explosifs secondaires . Cependant, ils sont par conséquent difficiles à faire exploser intentionnellement et nécessitent une petite explosion d'amorçage. Ceci est fourni par un détonateur.

Un détonateur contient un explosif primaire facile à allumer qui fournit l' énergie d'activation initiale pour démarrer la détonation dans la charge principale. Les explosifs couramment utilisés dans les détonateurs comprennent le fulminate de mercure , l'azoture de plomb , le styphnate de plomb , le tétryl et le DDNP . Les détonateurs et certains détonateurs sont stockés séparément et ne sont insérés dans la charge explosive principale que juste avant leur utilisation, ce qui garantit la sécurité de la charge principale. Les premiers détonateurs utilisaient également du fulminate d'argent, mais il a été remplacé par des explosifs primaires moins chers et plus sûrs. L'azoture d'argent est encore parfois utilisé, mais très rarement en raison de son prix élevé.

Les détonateurs sont dangereux à manipuler pour un personnel non formé car ils contiennent des explosifs primaires. Ils ne sont parfois pas reconnus comme explosifs en raison de leur apparence, entraînant des blessures.

Les types

Détonateurs ordinaires

Les détonateurs ordinaires prennent généralement la forme d'explosifs à base d'allumage. Bien qu'ils soient principalement utilisés dans les opérations commerciales, les détonateurs ordinaires sont toujours utilisés dans les opérations militaires. Cette forme de détonateur est le plus souvent amorcée à l'aide d'une mèche de sécurité et utilisée dans des détonations à temps non critique, par exemple l'élimination de munitions conventionnelles . Les détonateurs bien connus sont l'azoture de plomb [Pb(N 3 ) 2 ], l' azoture d'argent [AgN 3 ] et le fulminate de mercure [Hg(ONC) 2 ].

Détonateurs électriques

Il existe trois catégories de détonateurs électriques : les détonateurs électriques instantanés ( IED ), les détonateurs à délai court ( SPD ) et les détonateurs à délai long ( LPD ). Les SPD sont mesurés en millisecondes et les LPD sont mesurés en secondes. Dans les situations où une précision à la nanoseconde est requise, en particulier dans les charges d'implosion dans les armes nucléaires , des détonateurs à fil de pont explosif sont utilisés. L'onde de choc initiale est créée en vaporisant une longueur d'un fil mince par une décharge électrique . Un nouveau développement est un détonateur slapper , qui utilise des plaques minces accélérées par un fil ou une feuille électriquement explosé pour délivrer le choc initial. Il est utilisé dans certains systèmes d'armes modernes. Une variante de ce concept est utilisée dans les opérations minières, lorsque la feuille est éclatée par une impulsion laser délivrée à la feuille par fibre optique .

Détonateurs non électriques

Un détonateur non électrique est un détonateur à tube à choc conçu pour déclencher des explosions, généralement à des fins de démolition de bâtiments et pour le dynamitage de roches dans les mines et les carrières. Au lieu de fils électriques, un tube en plastique creux délivre l'impulsion de mise à feu au détonateur, le rendant insensible à la plupart des dangers associés au courant électrique vagabond. Il se compose d'un tube en plastique à trois couches de petit diamètre recouvert sur la paroi la plus interne d'un composé explosif réactif qui, lorsqu'il est enflammé, propage un signal de faible énergie, semblable à une explosion de poussière. La réaction se déplace à environ 6 500 pieds/s (2 000 m/s) le long du tube avec une perturbation minimale à l'extérieur du tube. Les détonateurs non électriques ont été inventés par la société suédoise Nitro Nobel dans les années 1960 et 1970, et lancés sur le marché de la démolition en 1973.

Détonateurs électroniques

Dans les mines civiles, les détonateurs électroniques ont une meilleure précision pour les retards. Les détonateurs électroniques sont conçus pour fournir le contrôle précis nécessaire pour produire des résultats de dynamitage précis et cohérents dans une variété d'applications de dynamitage dans les industries des mines, des carrières et de la construction. Les détonateurs électroniques peuvent être programmés par incréments d'une milliseconde ou d'une milliseconde à l'aide d'un dispositif de programmation dédié.

Détonateurs sans fil

Les détonateurs électroniques sans fil commencent à être disponibles sur le marché minier civil. Des signaux radio cryptés sont utilisés pour communiquer le signal d'explosion à chaque détonateur au bon moment. Bien qu'actuellement coûteux, les détonateurs sans fil peuvent permettre de nouvelles techniques d'exploitation minière, car plusieurs explosions peuvent être chargées à la fois et tirées en séquence sans mettre les humains en danger.

Détonateurs numéro 8

Un détonateur d'essai numéro 8 est un détonateur contenant 2 grammes d'un mélange de 80 pour cent de fulminate de mercure et de 20 pour cent de chlorate de potassium, ou un détonateur de force équivalente. Un capuchon de résistance équivalente comprend 0,40-0,45 gramme de charge de base PETN pressée dans une coque en aluminium avec une épaisseur inférieure ne dépassant pas 0,03 pouce, à une densité d'au moins 1,4 g/cc, et apprêtée avec des poids standard d'apprêt selon le fabricant. [1]

Types de détonateurs

Diagramme en coupe de divers types de détonateurs et de détonateurs.svg

Bouchon de détonation pyrotechnique

Le type de capuchon le plus ancien et le plus simple, les capuchons fusibles sont un cylindre métallique, fermé à une extrémité. De l'extrémité ouverte vers l'intérieur, il y a d'abord un espace vide dans lequel une mèche pyrotechnique est insérée et sertie, puis un mélange pyrotechnique d'allumage, un explosif primaire , puis la charge explosive détonante principale.

Le principal danger des détonateurs pyrotechniques est que pour une utilisation correcte, le fusible doit être inséré puis serti en écrasant la base du capuchon autour du fusible. Si l'outil utilisé pour sertir le capuchon est utilisé trop près des explosifs, le composé explosif primaire peut exploser pendant le sertissage. Une pratique dangereuse courante consiste à sertir des capuchons avec ses dents; une détonation accidentelle peut causer de graves blessures à la bouche.

Les détonateurs de type fusible sont toujours en usage aujourd'hui. Ils sont le type le plus sûr à utiliser contre certains types d'interférences électromagnétiques, et ils ont une temporisation intégrée lorsque le fusible brûle.

Bouchon de sablage électrique solide

Les détonateurs électriques à pack solide utilisent un fil de pont mince en contact direct (donc pack solide) avec un explosif primaire, qui est chauffé par le courant électrique et provoque la détonation de l'explosif primaire. Cet explosif primaire fait alors exploser une charge plus importante d'explosif secondaire.

Certains fusibles solides intègrent un petit élément de retard pyrotechnique, jusqu'à quelques centaines de millisecondes, avant que le capuchon ne se déclenche.

Bouchon de sablage électrique Match ou fusehead

Les détonateurs de type allumette utilisent une allumette électrique (feuille isolante avec des électrodes des deux côtés, un fil de pont mince soudé sur les côtés, le tout trempé dans des mélanges d'allumage et de sortie) pour initier l'explosif primaire, plutôt que le contact direct entre le fil de pont et l'explosif primaire . L'allumette peut être fabriquée séparément du reste du capuchon et seulement assemblée à la fin du processus.

Les casquettes de type match sont maintenant le type le plus courant dans le monde.

Détonateur à fil de pont explosif ou détonateur

Ce type de détonateur a été inventé dans les années 1940 dans le cadre du projet Manhattan visant à développer des armes nucléaires. L'objectif de la conception était de produire un détonateur qui agissait très rapidement et de manière prévisible. Les capuchons électriques de type Match et Solid Pack prennent quelques millisecondes à tirer, car le fil de pont chauffe et chauffe l'explosif jusqu'au point de détonation. Les détonateurs à fil de pont explosif ou EBW utilisent une charge électrique à tension plus élevée et un fil de pont très fin, de 0,04 pouce de long, de 0,0016 de diamètre (1 mm de long, 0,04 mm de diamètre). Au lieu de chauffer l'explosif, le fil du détonateur EBW est chauffé si rapidement par le courant de tir élevé que le fil se vaporise et explose en raison du chauffage par résistance électrique. Cette explosion électrique déclenche ensuite l'explosif initiateur du détonateur (généralement du PETN ).

Certains détonateurs similaires utilisent une fine feuille de métal au lieu d'un fil, mais fonctionnent de la même manière que les vrais détonateurs à fil de pont.

En plus de tirer très rapidement lorsqu'ils sont correctement activés, les détonateurs EBW sont à l'abri de l'électricité statique parasite et d'autres courants électriques. Assez de courant et le fil de pont peut fondre, mais il est suffisamment petit pour ne pas faire exploser l'explosif initiateur à moins que la pleine charge à haute tension et à haut courant ne passe à travers le fil de pont. Les détonateurs EBW sont utilisés dans de nombreuses applications civiles où les signaux radio, l'électricité statique ou d'autres dangers électriques peuvent provoquer des accidents avec les détonateurs électriques conventionnels.

Détonateur slapper ou détonateur

Les détonateurs Slapper sont une amélioration par rapport aux détonateurs EBW. Les slappers, au lieu d'utiliser directement la feuille qui explose pour faire exploser l'explosif initiateur, utilisent la vaporisation électrique de la feuille pour entraîner un petit cercle de matériau isolant tel qu'un film PET ou du kapton dans un trou circulaire dans un disque supplémentaire de matériau isolant. À l'extrémité de ce trou se trouve une pastille d'explosif initiateur conventionnel.

L'efficacité de conversion de l'énergie de l'électricité en énergie cinétique du disque volant ou du slapper peut être de 20 à 40 %.

Étant donné que le slapper frappe une large zone - 40 millièmes de pouce (environ un mm) de diamètre - de l'explosif, plutôt qu'une fine ligne ou un point comme dans un détonateur à feuille ou à fil de pont qui explose, la détonation est plus régulière et nécessite moins d'énergie. Une détonation fiable nécessite d'élever un volume minimum d'explosif aux températures et pressions auxquelles la détonation commence. Si l'énergie est déposée en un seul point, elle peut rayonner dans l'explosif dans toutes les directions sous forme d'ondes de raréfaction ou d'expansion, et seul un petit volume est efficacement chauffé ou comprimé. Le disque volant perd de l'énergie d'impact sur ses côtés à cause des ondes de raréfaction, mais un volume conique d'explosif est efficacement comprimé par choc.

Les détonateurs slapper sont utilisés dans les armes nucléaires . Ces composants nécessitent de grandes quantités d'énergie pour s'amorcer, ce qui les rend extrêmement peu susceptibles de se décharger accidentellement.

Initiateurs de munitions laser

Dans ce type, une impulsion d'un laser descend une fibre optique pour frapper et ainsi initier un explosif dopé au carbone. Ces initiateurs sont très fiables. L'amorçage involontaire est très difficile car l'explosif ne peut être déclenché que par le laser attaché, qui est précisément réglé pour le faire, ou un laser complètement indépendant qui correspond.

Histoire

Le premier détonateur ou détonateur a été démontré en 1745 lorsque le médecin et apothicaire britannique William Watson a montré que l' étincelle électrique d'une machine à friction pouvait enflammer de la poudre noire, en enflammant une substance inflammable mélangée à la poudre noire.

En 1750, Benjamin Franklin à Philadelphie a fabriqué un détonateur commercial composé d'un tube en papier rempli de poudre noire , avec des fils passant des deux côtés et de la ouate scellant les extrémités. Les deux fils se sont rapprochés mais ne se sont pas touchés, de sorte qu'une grande décharge d'étincelle électrique entre les deux fils aurait déclenché le capuchon.

En 1832, un détonateur à fil chaud fut produit par le chimiste américain Robert Hare , bien que des tentatives similaires aient déjà été tentées par les Italiens Volta et Cavallo. Hare a construit son détonateur en faisant passer un fil multibrin à travers une charge de poudre à canon à l'intérieur d'un tube d'étain ; il avait coupé tous les brins fins du fil multibrin sauf un afin que le brin fin serve de fil de pont chaud. Lorsqu'un fort courant provenant d'une grosse batterie (qu'il appelait un "déflagateur" ou "calorimoteur") traversait le fil fin, il devenait incandescent et enflammait la charge de poudre à canon.

En 1863, Alfred Nobel s'est rendu compte que bien que la nitroglycérine ne puisse pas être détonée par une mèche, elle pouvait l'être par l'explosion d'une petite charge de poudre à canon, qui à son tour était enflammée par une mèche. En moins d'un an, il ajoutait du fulminate de mercure aux charges de poudre à canon de ses détonateurs et, en 1867, il utilisait de petites capsules de cuivre de fulminate de mercure, déclenchées par une mèche, pour faire exploser la nitroglycérine.

En 1868, Henry Julius Smith de Boston introduisit un capuchon qui combinait un allumeur à éclateur et du fulminate de mercure, le premier capuchon électrique capable de faire exploser de la dynamite.

En 1875, Smith, puis en 1887, Perry G. Gardner de North Adams, Massachusetts, développa des détonateurs électriques qui combinaient un détonateur à fil chaud avec un explosif fulminate de mercure. Ce furent les premiers détonateurs de type généralement moderne. Les bouchons modernes utilisent des explosifs différents et des charges explosives primaires et secondaires séparées, mais sont généralement très similaires aux bouchons Gardner et Smith.

Smith a également inventé la première alimentation électrique portable satisfaisante pour allumer les détonateurs : une magnéto haute tension entraînée par une crémaillère et un pignon , qui à son tour était entraîné par une poignée en T qui était poussée vers le bas.

Les bouchons d'allumettes électriques ont été développés au début des années 1900 en Allemagne et se sont répandus aux États-Unis dans les années 1950 lorsque ICI International a acheté Atlas Powder Co. Ces bouchons d'allumettes sont devenus le type de bouchon standard mondial prédominant.

Variantes fictives

Voir également

Les références

Lectures complémentaires

  • Cooper, Paul W. Ingénierie des explosifs . New York : Wiley-VCH, 1996. ISBN  0-471-18636-8 .

Liens externes