Dans la littérature, que ce soit pour un explosif secondaire ou un matériau composite, une balance en oxygène (BO) proche de 0% est assimilée à de bonnes performances énergétiques (vitesse de détonation, chaleur de décomposition, etc…). L’objectif majeur de cette thèse est d’améliorer les performances énergétiques d’explosifs secondaires courants (RDX, HMX, CL-20) par l’ajout d’un oxydant (DNA) afin d’obtenir un matériau composite avec une BO de -1%. Le mélange intime de ces deux composés est permis par un procédé d’évaporation flash de spray, utilisé habituellement pour réduire la taille de particules des explosifs. Les matériaux composites ont été cristallisés dans les trois cas avec succès, avec la présence d’explosif submicrométrique et de DNA nanostructuré. Un tel résultat a été permis grâce à une meilleure compréhension du procédé, et en conséquence l’ajustement des conditions expérimentales. L’étude de la réactivité de ces matériaux composites montre dans certains cas une désensibilisation, une diminution de la distance de la déflagration à la détonation, ou encore une augmentation de la vitesse de détonation, comparée aux explosifs correspondants. / In literature, for secondary explosive or composite material, an oxygen balance (OB) close to 0% is often linked to good energetic performances (detonation velocity, heat of decomposition, etc.). The main objective of this thesis is to enhance energetic performances of current secondary explosives (RDX, HMX, CL-20) by adding oxidizer (ADN) to obtain a composite material with an OB of -1%. The spray flash evaporation process, usually used for particle size reduction of explosives, enables to obtain an intimate mixture of these two compounds. Composite materials were successfully crystallized in three cases, resulting of submicrometric explosives and nanostructured ADN particles. These results were obtained thanks to a preliminary study for better process understanding and the optimization of experimental conditions. Reactivity studies show some desensitization, shorter distance from deflagration to detonation, and/or higher detonation velocity, compared to corresponding explosives.

Les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit ont porté sur l’élaboration et la caractérisation de poudres propulsives à sensibilités réduites. Ceci a été effectué par l’utilisation de matériaux énergétiques relativement insensibles ainsi que par l’emploi du procédé de Spray Evaporation Flash (SFE). Ce dernier a permis d’obtenir des poudres nanostructurées de composition ternaire. La caractérisation de ces poudres propulsives par spectroscopie Raman a permis de mettre en évidence le mécanisme de plastification de la nitrocellulose par les plastifiants employés. Des analyses de microscopie électronique à balayage ont été menées pour étudier la granulométrie de ces échantillons. Leur caractérisation par diffraction des rayons X a permis d’étudier leur structure et leur cristallisation. Des mesures de calorimétrie différentielle à balayage, des essais de tirs en tubes et en bombe manométrique, ainsi que des mesures de sensibilités à divers types de sollicitations, ont permis de montrer que les poudres obtenues sont particulièrement insensibles. / The PhD thesis presented in this manuscript focused on the elaboration and characterization of propellants with reduced sensitivities. This was accomplished by the use of relatively insensitive energetic materials, in conjunction with the application of the Spray Flash Evaporation (SFE) process. The latter made it possible to obtain nanostructured propellants of ternary composition.The characterization of these propellants by Raman spectroscopy revealed the mechanisms ruling the plasticization of nitrocellulose by the plasticizers used. Scanning electron microscopy analyzes were conducted to determine the particle size of these samples. Their characterization by X-ray diffraction allowed to study their structure and their crystallization. These propellants were shown to be particularly insensitive through analyses by differential scanning calorimetry,pyrotechnic tests in tubes and manometric vessels as well as sensitivity measurements to various types of solicitations.

L'évaporation flash est un phénomène qui se caractérise par la vaporisation partielle d'une fraction liquide d'un fluide (chargé ou non en particules solides), provoquant le refroidissement de la matière non vaporisée. Le travail proposé a pour objectif de développer un outil d'aide à la décision pour la conception préliminaire d'un procédé d'évaporation flash bi-étagé. Cet outil est basé sur la mise en oeuvre d'une démarche de formalisation en trois étapes. L'analyse et la structuration du problème (étape 1), visent à déterminer et sélectionner les éléments pertinents du problème de conception préliminaire. Les éléments retenus concernent la modélisation des phénomènes physiques liés au comportement des composants, comme les condenseurs, le dévésiculeur, la pompe à vide, etc. Ils se rapportent également à des critères technico-économiques et à des écocritères. La formulation et la qualification des modèles (étape 2) conduisent à l'expression d'un Problème de Satisfaction de Contraintes (CSP) formulé et adapté à un contexte et à des outils d'aide à la décision. La qualification du modèle lié au comportement physique du procédé d'évaporation flash bi-étagé a été réalisée à partir de résultats expérimentaux obtenus à l'aide d'un pilote instrumenté. Le traitement numérique du problème de conception (étape 3) est ensuite réalisé à l'aide d'un solveur CSP, permettant de résoudre des problèmes hétérogènes (variables définies sur des domaines continus ou énumérés, contraintes égalitaires, inégalitaires ou règles logiques). Les différents problèmes de conception traités dans le cadre de ce travail ont permis la validation de la démarche de formalisation pour la conception préliminaire de procédés d'évaporation flash, en aboutissant à des solutions techniques performantes sur les plans énergétique et environnemental, qui offrent une réduction du volume de l'installation conséquente et permettent une optimisation de l'exploitation de ressources (matériaux, énergie, eau).