Allumage laser de poudres propulsives à vulnérabilité réduite : influence du taux de nitrocellulose sur les conditions de pyrolyse et d’inflammation

Low vulnerability gun propellants are energetic materials specifically designed to resist unintended initiation stimuli and aim at replacing the usual nitrocellulose (NC) based ones. The different phenomena involved in the propellant’s ignition are numerous (thermal, chemical or physical) and not well known nowadays. Therefore, this study aims at investigating the pyrolysis and combustion phenomena of three propellants made of hexogen (RDX) and nitrocellulose (NC).These propellants were made through an extrusion process. The chemical species emitted during the pyrolysis process were analyzed by mass spectrometry using two experimental setups. Laser ignition is also investigated thanks to a laser diode. Depending on properties such as overpressure or ignition delay, influence of initial pressure, gas atmosphere or laser power are discussed. Ignition probabilities are calculated with the Langlie method. By adding carbon graphite on the surface of the propellant, the value of the ignition energy is decreased by 95 %. The “Reaction Mechanism Generator” tool has been exploited in order to build the first numerical model of NC decomposition. Eventually NC model has been merged with an already existing RDX model in order to simulate the overpressure experimentally obtained.Les poudres propulsives à vulnérabilité réduite ont été développées spécifiquement pour résister aux stimuli accidentels et remplacer les compositions classiques à base de nitrocellulose (NC). Néanmoins, aujourd’hui, les mécanismes mis en jeu, dictant le comportement de ces poudres propulsives, sont peu connus. Le phénomène d’allumage d’une poudre propulsive à vulnérabilité réduite inclut des phénomènes thermiques, physiques et chimiques très complexes. Ainsi, les poudres propulsives étudiées dans cette thèse sont des mélanges d’hexogène (RDX) et de nitrocellulose pour se concentrer sur l’interaction entre ces deux composés. De manière à préciser l’effet de la nitrocellulose sur l’allumage d’une poudre propulsive, trois compositions différentes sont étudiées. Ces poudres ont été préparées par un procédé d’extrusion. La phase gazeuse libérée lors de la pyrolyse est analysée par spectrométrie de masse à l’aide de deux dispositifs expérimentaux. Par la suite, l’allumage laser de ces poudres est étudié. À la lumière de propriétés de combustion comme la surpression ou le délai d’inflammation, certaines influences sont dégagées quant à l’impact de l’atmosphère gazeuse, de la puissance utilisée ou encore de la pression initiale. Les probabilités d’allumage sont calculées selon la méthode de Langlie. L’influence du graphitage en surface des grains se montre considérable, amenant une diminution de 95 % de l’énergie d’allumage. Numériquement, l’outil Reaction Mechanism Generator est utilisé pour générer le premier modèle de décomposition de la nitrocellulose. Ce modèle est, finalement, fusionné avec un modèle du RDX existant pour modéliser les surpressions obtenues expérimentalement