L’objectif de ce travail de thèse est l’étude des chocs pyrotechnique à la source par une approche fréquentielle et de leur simulation à l’aide de la TVRC (Théorie Variationnelle des Rayons Complexes). Cette étude s’appuie largement sur un essai réalisé par le CNES dans le cadre du pôle chocs pyrotechniques en juin 2006. Afin de traiter le problème posé par la simulation de la propagation des chocs dans le démonstrateur, la TVRC a été étendue aux coques orthotropes de courbure quelconque. Une formulation variationnelle adaptée a été exhibée et la relation de dispersion a été établie. Les travaux effectués montrent que la prise en compte des moyennes et hautes fréquences, traditionnellement négligées, peut s’avérer essentielle pour la compréhension des phénomènes de propagation des ondes de flexion dans les structures complexes. / This memory is about the study of pyroshocks near the source by a frequency approach and their simulation by the mean of the VCTR (variational Theory of Complex Rays). This study is based on a test made by the CNES (French Space Agency) in the frame of the Pyroshock Pole in june 2006. In order to deal with the problem of shock propagation in the structure on which the test has been proceeded, the VTCR has been extended to orthotropic shells with arbitrary curvature. An adapted variational formulation and the dispersion relation have been established. Taking mid- and high-frequencies into account can be a key point in order to understand propagation phenomena of flexural waves in complex structures.

Les travaux de thèse, ont porté sur la conception et la réalisation d'un micro-initiateur sécurisé sur silicium. Le système intègre outre la fonction initiation, plusieurs fonctions sécuritaires répondant aux besoins militaires : armement, désarmement et stérilisation. Le système est initialement sécurisé par la mise en cours circuit des deux contacts de l'initiateur. L'initiateur consiste en un élément chauffant sur membrane diélectrique permettant d'initier des charges pyrotechniques avec 150mW. Les différentes fonctions sécuritaires sont assurées par des interrupteurs monocoups pyrotechniques que nous avons développés : - L'interrupteur ON-OFF consiste à sectionner une piste qui traverse un micro-actionneur pyrotechnique. Il nécessite une puissance minimale de 150mW pour réaliser la commutation et des temps de commutation de 25ms ont été obtenus pour 500mW. - L'interrupteur OFF-ON consiste à réaliser une micro-brasure commandable entre deux pistes à connecter. Il nécessite une puissance minimale de 200mW pour commuter et le temps minimum de commutation obtenu est 320ms avec 400mW. Ces interrupteurs sont bistables, présentent l'avantage d'avoir une très bonne isolation électrique dans l'état OFF et une très bonne conduction dans l'état ON. Leur caractère monocoup les rend particulièrement adaptés aux applications sécuritaires. Un démonstrateur du système appelé Pyrosecure a été réalisé. La fabrication utilise des techniques classiques de microtechnologies et nécessite seulement 4 masques, ce qui en fait un système peu coûteux, facilement réalisable et compatible avec les circuits microélectroniques.

Répondant à un besoin grandissant de standardisation et d’adaptabilité pour les systèmes pyrotechniques, nous présentons au travers de ce travail un nouveau concept de leurre infrarouge intelligent, contrôlable à l’aide d’un système d’initiation électronique miniature embarqué. Notre solution innovante se décompose en trois blocs fonctionnels distincts : (1) un bloc d’éjection pyrotechnique contrôlable intégrant trois charges d’éjection dans une seule pièce plastique métallisée, (2) un bloc appelé fonction terminale, constitué d’un pain pyrotechnique infrarouge structuré, couplé à un étage de micro-initiation à base de nano-thermites, adressable et basse énergie, et (3) un bloc de contrôle, connecté et autonome, répondant au STANAG 4187 qui commande l’armement et la mise à feu des fonctions pyrotechniques. Au cours de ce travail, nous avons développé un code de balistique intérieure à paramètres globaux et un superviseur d’optimisation, capable de simuler n’importe quel système à effet mortier, et un code de régression géométrique basé sur la méthode level-set,capable de modéliser la combustion de n’importe quel pain solide multicomposition, compartimenté ou structuré, allumé séquentiellement ou simultanément en plusieurs points.Nous avons montré théoriquement, puis validé expérimentalement, qu’il était possible de contrôler finement la réaction de combustion des pains pyrotechniques IR grâce à un allumage séquentiel de ces derniers, ce qui représente une innovation importante en pyrotechnie. Nous avons validé expérimentalement, qu’il était possible de contrôler la vitesse d’éjection de leurres IR grâce à un allumage partiel d’impulseurs plastroniques. Ce travail a abouti à l’intégration des différents blocs fonctionnels dans un démonstrateur représentatif d’un leurre infrarouge intelligent et miniature : CASSIS. / Answering a growing need for standardization and adaptability in pyrotechnics, we hereby present a smart and safe pyrotechnical infrared (IR) flare electronically controllable through an embedded miniature initiation system. The countermeasure has been designed to fit within a 1”×1”×8” standard cartridge, and consists of three distinct blocks, which are mechanically and electronically interconnected: (1) a pyrotechnical ejection block integrating three ejection charges in a single metalized plastic casing, (2) a micro-initiation stage comprising nanothermite-based micro-initiators and a structured pyrotechnic loaf, (3) a STANAG 4187 compatible electronic control, command and power management block.Throughout this work, we developed a lumped parameter internal ballistics model for the ejection, and conducted a response surface methodology study to extract optimal design parameters. We developed a geometric regression script, based on level set techniques, to model the combustion of multicomponent, sequentially-initiated, partially inerted pyrotechnic loafs. We demonstrated, theoretically then experimentally, that we could control the combustion of IR pyrotechnic loaves using sequential initiation, and that we could control the ejection velocity of IR flares using multipoint mortar ejectors.This work resulted in integrating said technological block in a functional 1’’1’’8’’ controllable, autonomous safe and smart infrared flare demonstrator, CASSIS.

Lors d'un tir d'abattage à l'explosif en carrière, l'exploitant est particulièrement intéressé par la blocométrie du tir et donc la fragmentation de la roche. Lorsqu'une roche est soumise à une sollicitation dynamique, trois zones de fragmentation sont expérimentalement observées : une zone de broyage près du chargement, puis une zone de fragmentation multiple et enfin une zone de fragmentation simple. Des essais balistiques et pyrotechniques sont présentés et analysés pour comprendre et modéliser la fragmentation. Les essais sont réalisés sur deux roches calcaires : le calcaire crinoïde et la ``blanche de Beaucaire''. Une comparaison de la fragmentation de ces deux matériaux est réalisée. Une étude analytique permet d'identifier les différents modes d'endommagement lors d'un chargement dynamique de compression. Une loi d'endommagement dynamique en tension couplée à un modèle de plasticité est proposée et permet de simuler les essais. Ce modèle, dans lequel peu de paramètres interviennent, est identifié à partir d'essais quasi statiques. Les simulations permettent d'identifier les paramètres influençant les différentes zones de fragmentation.

L'objectif de ce travail de thèse est l'étude des chocs pyrotechnique à la source par une approche fréquentielle et de leur simulation à l'aide de la TVRC (Théorie Variationnelle des Rayons Complexes). Cette étude s'appuie largement sur un essai réalisé par le CNES dans le cadre du pôle chocs pyrotechniques en juin 2006. Afin de traiter le problème posé par la simulation de la propagation des chocs dans le démonstrateur, la TVRC a été étendue aux coques orthotropes de courbure quelconque. Une formulation variationnelle adaptée a été exhibée et la relation de dispersion a été établie. Les travaux effectués montrent que la prise en compte des moyennes et hautes fréquences, traditionnellement négligées, peut s'avérer essentielle pour la compréhension des phénomènes de propagation des ondes de flexion dans les structures complexes.