Mémoire d'Habilitation à Diriger des RecherchesPhysique des explosifs : de l’amorçage aux effets des explosifs condensés

High explosives (HE) are used in civilian and military applications to obtain brisant, ballistics, blast and thermal effects called usable effects. Their studies are useful to control their effects and to define the HE quantities strictly necessary inside pyrotechnic devices and to design protective systems to accidental explosions. HE has detonation characteristics, stability, and sensitivity to impact, friction and heating depending on the chemical substances and their manufacture operating method. They are characterized inside the triangle effects (brisance, ballistics, blast, thermal effects)-sensitivity-stability, called « physics of explosives ». This document describes my investigations concerning the effects and the sensitivity to shock wave of HE, since 1988. Both experimental and modeling investigations (hydrodynamics, equations of state, reaction rate) have been performed for solid and liquid HE ignition and detonation. The effects depend on both the detonation characteristics and post-detonation combustion reactions: metal additives combustion with detonation products (DP) and DP – air combustion. A model is proposed to describe these phenomena and to compute the blast and thermal effects. The thermal measurements devices and the associated exploitation methods developed are presented in the last part of this document. The scientific progress is compared to literature.Les explosifs ont des applications dans le domaine civil et dans le domaine militaire pour créer des effets brisants, de propulsions d’éclats métalliques, de souffle et thermiques, appelés effets utiles. Leur étude est nécessaire pour maîtriser leurs effets et définir la quantité d'explosif juste nécessaire dans les édifices pyrotechniques utilisés et se protéger d'explosions accidentelles. Selon les substances chimiques utilisées et leur mode de fabrication, les explosifs possèdent des caractéristiques de détonation et de sensibilité à l’impact, la friction et l’échauffement très variées. Leur stabilité dans le temps en dépend également. Ils se caractérisent selon le triangle effets utiles (brisance, propulsif, souffle, thermique)-sensibilité-stabilité, appelé « physique des explosifs ». Les aspects effets utiles-sensibilité au choc sont abordés dans ce mémoire qui relate les avancées scientifiques de mes travaux depuis 1988. L'amorçage et la détonation des explosifs solides et liquides y sont abordés à la fois sous l'angle expérimental et modélisation (hydrodynamique, équations d'état et vitesse de réaction). Les effets utiles dépendent des caractéristiques de détonation et des réactions post-détonation : combustion d'éléments métalliques avec les espèces chimiques oxygénées de détonation et combustion de ces derniers avec l'air. Un modèle est proposé pour les décrire et calculer les effets de souffle et thermique d'une explosion aérienne ou en volume clos. L'aspect mesure thermique constitue la dernière partie de ce mémoire regroupant les méthodes de mesure et d'exploitation. Les avancées de ces travaux sont comparées à l'état actuel de la littérature