Depuis plus de 10 ans, des travaux de recherche sont menés à l’ENSTA Bretagne sur les dispositifs de protections visant à contrer les effets mécaniques des explosions. En cas d’explosion, deux natures de chargements mécaniques extrêmes sont constatés : l’effet de souffle et l’impact de fragments à vitesses élevées. Ces deux phénomènes créent des chargements extrêmes sur les matériaux et structures qui sont rencontrés. Les efforts de recherche visent à trouver des solutions pour améliorer la survivabilité des personnels et des structures subissant une explosion.
Mieux comprendre et mesurer ces effets mécaniques : une première étape essentielle.
A l’ENSTA Bretagne, l’équipe du pôle thématique de recherche « Fluides, Structures et Interactions » de l’IRDL dispose d’une plateforme technologique dotée d’instruments rares et coûteux : tube à choc, lanceurs à gaz, canon laser, barre d’Hopkinson, banc de mesure laser doppler, capteurs de pression, caméras rapides …
Les chercheurs peuvent ainsi produire des impacts à plus de 1000 m/s, mesurer des vitesses de plusieurs km/s, reproduire l’effet de souffle dégagé par 1 kg de TNT à 1 m.
L’équipe de chercheurs a développé des connaissances spécifiques sur l’interaction d’une onde de choc avec un milieu diphasique.
Recouvrir un explosif d’une mousse aqueuse de type mousse à raser atténue considérablement l’onde de souffle qui s’en dégage et ralentit les fragments
explique Michel Arrigoni, enseignant-chercheur, responsable du pôle « Structures, Fluides, Interactions » à l’IRDL, site ENSTA Bretagne.
Ces travaux ont notamment fait l’objet de deux thèses (thèse soutenue par Carole Breda, 2015 ; thèse en cours d’Aymeric Reinders).
Dans le milieu marin, l’interposition d’un rideau de bulles devant un explosif positionné sous l’eau permet d’atténuer l’onde de choc transmise dans l’eau (thèse d’Hervé Grandjean 2012, projet RESIBAD).
La compréhension des mécanismes suivant la pénétration d’une balle dans un réservoir de liquide, connus sous le nom de coup de bélier hydrodynamique, a permis la mise en place d’un modèle semi analytique qui accélère considérablement les calculs de tenue aux chocs (thèse de Thomas Fourest, 2015).
Aujourd’hui, les protections balistiques les plus efficaces prennent la forme d’assemblages multi-matériaux.
Il devient donc crucial de s’intéresser à la tenue des assemblages sous sollicitation dynamique de type impact balistique. Cet axe est prospecté conjointement par les chercheurs des pôles « Structures, Fluides et Interactions » et « Assemblages multi-matériaux » au sein de l’Institut de Recherche Dupuy de Lôme.
Ensemble, des travaux de recherche ont été menés sur :
- les effets des chocs sur l’adhérence (thèse de Gilles Tahan, 2018 ; Projet RAPID CIBLES)
- les protections balistiques et ont permis de caractériser de nouveaux matériaux à base de PolyEthylène (COMPADD, DYNACOMPPE), de composites transparents (ANR TRIBAL),
- des protections utilisant la cavitation sous choc (ANR CACHMAP, ANR PROBALCAV, NIDACHOC),
Les chercheurs se sont également intéressés aux impacts hypervéloces, qui deviennent une menace pour les systèmes spatiaux. Ils ont pu proposer une démarche en modélisation des boucliers spatiaux avec le CEA, validée par l’expérience (thèse de Vincent Jaulin, 2021).
©ENSTA Bretagne
Des expérimentations pour valider les modèles
Les expériences servant à crédibiliser la modélisation, l’équipe a défini une méthode et un critère pour la prise en compte ou non de l’interaction fluide-structure dans la modélisation d’une infrastructure du génie civil, en collaboration avec la société Necs-Sixtens du groupe Vinci (thèse de Pierre Legrand, 2020).
Fort de cette expérience les chercheurs de l’ENSTA Bretagne, associée avec l’INERIS, le LaMé et Nuvia filiale de Vinci, ont travaillé à une sélection de matériaux à la fois performant sur le plan de l’isolation thermique et sur la protection contre les explosions (ANR MAPSEA).
En s’appuyant sur ces mêmes outils, l’équipe s’est intéressée à une problématique industrielle permettant d’augmenter considérablement la cadence de production de pièces en aluminium de grandes dimensions dédiées aux structures aéronautiques pour le leader mondial AIRBUS (thèse de Jérémie Tartière, 2022).
Actuellement, une thèse menée au sein du pôle, vise à prendre en compte l’interaction fluide-structure dans la balistique des munitions de nouvelle génération avec l’entreprise CTAI (thèse en cours de Marion Brateau).
