Une poubelle capable de résister à un explosif

Le projet PANTER se base sur la norme St ASTM E2639-12, selon laquelle la poubelle doit pouvoir résister à une explosion équivalant à 0,45 kg de TNT.

Cette norme propose une procédure de caractérisation de la résistance à l’explosion d’une charge placée dans un conteneur à ordures.

La norme E2740 est complémentaire à la procédure de test E2639, caractérisant les performances des BRTR pour donner suite aux tests E2639. Les critères de performance des BRTR sont les suivants :

1. Capacité de diriger le souffle de l’explosion, la pression et les fragmentations vers le haut.
2. Capacité à contenir les fragmentations primaires en provenance de l’engin explosif.
3. Capacité à ne pas produire des fragmentations secondaires en provenance d’un composant du conteneur.

4.Résistance structurelle générale à l’explosion.

L’objectif d’un containeur BRTR est ainsi de protéger les passants, non seulement de l’onde de choc de l’explosion et de ses conséquences corporelles (atteintes pulmonaires et auditives), mais aussi d’éventuelles brûlures et perforations balistiques.

Arène de test et placement des explosifs
dans le conteneur. © SymerLine

Qu’est-ce qu’une explosion ?

De l’explosion résulte la création d’un front d’onde de pression. La vitesse de ce front d’onde détermine la classification des explosifs. Il en existe deux groupes :

– les explosifs soufflants (régime de déflagration) ;
– les explosifs brisants (régime de détonation).

La différence entre les régimes de déflagration et de détonation n’est pas toujours évidente. Selon les conditions d’utilisation, un explosif normalement déflagrant peut détoner et un explosif normalement détonant peut déflagrer.

Les explosifs soufflants sont conçus pour un régime de déflagration, c’està- dire une auto-combustion subsonique (la réaction chimique se propage dans l’explosif à la vitesse de 10 à 400 m/s ).

Les explosifs brisants détonent également (de 4000 à 9000 m/s).

Explosif soufflant

Un explosif soufflant est un explosif qui provoque, lors de son explosion, une pression dans les directions de moindre résistance. Si l’on place une petite charge d’explosif soufflant sur un mur, lors de l’explosion, la pression va s’appliquer à l’opposé du mur et le mur restera intact.

Explosif brisant

Un explosif brisant est un explosif qui applique, lors de l’explosion, une pression sur la zone la plus résistante. En voici un exemple: si l’on place une petite charge d’explosif brisant sur un mur, lors de l’explosion, la pression va s’appliquer sur le mur et le perforer. Au contraire, si l’on avait placé une charge d’explosif soufflant, le mur n’aurait pas été perforé, mais il y aurait eu un fort effet de souffle dans la direction opposée au mur.

Utilisation d’explosifs par des sapeurs durant la Première Guerre mondiale

Les explosifs brisants ont une vitesse de détonation supérieure à 6050 m/s. Le plus puissant connu (l’octanitrocubane) atteint la vitesse de détonation de 10 100 m/s. On peut citer parmi les explosifs brisants, ceux comportant un groupe nitro, les nitrates, les peroxydes organiques, les chlorates et les perchlorates, les halogénures d’azote, les azotures et les fulminates.

Ces explosifs sont généralement utilisés dans le domaine militaire ou dans le bâtiment. Pour la pyrotechnie, on préférera les explosifs déflagrants, car les brisants sont trop complexes à manipuler. De plus, ils sont souvent très toxiques et même parfois cancérigènes.

La norme ASTM E2639-12 (Standard test method for blast resistance of trash receptacles)

Cette norme propose une procédure de caractérisation de la résistance à l’explosion d’une charge placée dans un conteneur à ordures. Les tests décrits par cette norme requièrent un conteneur neuf choisi aléatoirement pour chaque test effectué.

1. La poubelle est placée sur une plaque en acier dans une arène en plein air.
2. La poubelle est entourée de panneaux ou de silhouettes représentant approximativement la taille d’une personne. Des capteurs et des systèmes d’acquisition de données peuvent être placés ponctuellement sur ces panneaux, afin de récolter des données supplémentaires.
3. La charge est placée sur l’un des quatre emplacements du conteneur définis préalablement par les experts, puis elle détonne.

Ces emplacements sont les suivants :

1. Au centre et au fond du conteneur
2. Au milieu de la hauteur de la poubelle (qui ne serait pas vide) et sur le cordon de soudure
3. Au milieu de la hauteur de la poubelle et à l’opposé du cordon de soudure
4. Au centre du conteneur

Les étapes du projet

Sur cette base, l’entreprise SymerLine a établi un cahier des charges avec la Haute Ecole d’Ingénierie (HEI) de la HES-SO Valais- Wallis, laquelle a étudié l’état de l’art, puis produit plusieurs simulations. Celles-ci ont ensuite fait l’objet de tests avec des charges explosives, sous la supervision de la Société Suisse des Explosifs (SSE).

Une poubelle du commerce en tôle d’acier a été utilisée comme référence, préalable afin de tester expérimentalement les effets d’une explosion sous la charge minimale de la désignation BRTR.

Dans cette première étape, deux essais ont été réalisés en plaçant une charge explosive au centre et à mi-hauteur du conteneur :

– 1er essai : une charge de 450 g d’équivalent TNT (trinitrotoluène) ;
– 2e essai : une charge de 35 g d’équivalent TNT.

Conformément aux directives de la norme ASTM E2639-12, un équipement d’enregistrement a été positionné à 30 m du lieu de l’explosion, sous un abri ad hoc. Cet équipement était constitué d’une caméra HD, d’une vitesse d’acquisition d’images de 4000 fps.

Les tests suivants, réalisés sur un conteneur en tube ondulé axial et un conteneur monoparoi, se sont révélé concluants et ont permis de collecter les données nécessaires pour l’industrialisation d’une poubelle BRTR, en atteignant les objectifs initiaux fixés.

Le conteneur en tube ondulé axial permet de réduire la vitesse de propagation de l’onde de l’explosion et ainsi d’amortir la charge. Il présente cependant plus de risques d’explosion et ne redirige pas uniformément l’énergie vers le haut.

Pour cette raison, le conteneur monoparoi représente l’option la plus intéressante en termes de blindage résistant à des projections métalliques primaires, propulsées par la charge explosive minimale requise par la norme ASTM E2639-12. En outre, le matériau reste sous la limite d’élasticité Re et présente peu de déformations majeures après l’explosion.

L’arène avait environ 60 m de diamètre. Cela étant, le coeur de l’expérience avait véritablement pour objectif d’étudier la redirection de l’explosion vers le haut et de vérifier la qualité du blindage du conteneur. D’éventuelles projections latérales n’étaient pas attendues. L’état du conteneur après l’explosion a confirmé l’efficacité de son blindage.

Étant donné que l’objectif du projet consistait à développer un conteneur pouvant rediriger totalement l’explosion vers le haut pour éviter à la fois souffle et projectiles, on ne dispose pas de mesures relatives à l’atténuation du souffle (atteintes pulmonaires), ni à l’atténuation de l’onde sonore (atteintes auditives).

Une collaboration entre les secteurs publiques et privés

Le projet PANTER est le fruit d’une collaboration entre SymerLine et la HEI de Sion (HES-SO Valais-Wallis). Cette collaboration a permis à la haute école de collecter des résultats lui permettant d’améliorer ses outils scientifiques de simulation, via le logiciel Ansys.

Gabriel Paciotti, professeur du Groupe d’ingénierie mécanique de la HES-SO Valais- Wallis, remarque que les explosions sont très peu étudiées en Suisse. Il est satisfait d’avoir pu mettre en place des outils de dimensionnement capables d’être utilisés dans d’autres domaines également.

SymerLine Sàrl
CH-1958 Uvrier
Tél. +41 27 552 04 60
www.symerline.ch