Detonation – DETO

Dynamique et structure des détonations

Les comportements dynamiques des détonations (initiation, structure, extinction) résultent du couplage entre hydrodynamique et cinétique chimique. Nos études visent à observer et simuler ces comportements dans les explosifs gazeux ou condensés, homogènes ou hétérogènes.

1. Double structure cellulaire, régimes hélicoïdal et basse-vitesse de la détonation : Nous avons étudié expérimentalement la détonation hélicoïdale dans des mélanges à 2 étapes de libération d'énergie. Dans H2, CH4, C2H6-O2-N2/Ar, la dilution induit une seconde étape sans deuxième temps caracté-ristique. Dans H2-NO2/N2O4-Ar, au contraire, on observe 2 temps caractéristiques. Pour ces derniers mélanges, nous avons aussi observé une double structure cellulaire, un régime de détonation basse vitesse et proposé de nouveaux critères de diffraction. Le code EFAE du LCD a été parallélisé et étendu aux géométries 3D pour réaliser les premières simulations de régimes hélicoïdal et basse-vitesse dans ces mélanges (Figure). L’ensemble des processus et observations est reproduit, de l'amorçage à la détonation

2. Détonation des compositions non-uniformes : Les mélanges formés lors de fuites d’hydrocarbu-res gazeux ou dans les moteurs à détonation pulsée ou rotative présentent des variations de température ou de composition. Nous avons pro-posé un modèle donnant la réponse dynamique d’un front de détonation à de telles variations et, en particulier, des conditions spécifiques de propa-gation ou de décrochage. Il combine les effets, de cinétique chimique, de courbure et d’accé-lération du front et de variation de l’état initial.

3. Suspensions solides réactives en atmosphère gazeuse : Nous avons mis au point une méthode d’ajustement de la cinétique de combustion de l’Aluminium (Al) fondée sur la simulation de la structure cellulaire de la détonation dans des suspensions de particules d'Al dans l’air ou l'Oxygène. Nous pouvons ainsi prévoir la taille du nuage de particules d'Al assurant la transition à la détonation et l'énergie d'amorçage pour des particules de taille donnée. Nous avons aussi simulé, pour la première fois dans ces suspensions, une détonation hélicoïdale et défini son domaine d'existence. Des prédictions préliminaires ont été réalisées pour des suspensions liquides.

4. Explosifs condensés hétérogènes : (Coll. Institut de Chimie-Physique, Moscou) La célérité de détonation diminue avec le diamètre de la charge explosive. Au dessous d’un diamètre critique, la détonation ne peut pas être installée. Nous avons étudié expérimentalement cet effet de diamètre dans du Nitrate d'Ammonium, seul ou en mélange avec de l’Aluminium, et dans des mélanges de Nitrométhane et de grains de Perchlorate d’Ammonium. Des domaines très larges de richesse et de taille de particules ont été explorés. Des modèles physiques décrivant le com-portement de ces explosifs ont été développés et les paramètres des équations d'état (HOM modifié) et de cinétique chimique réduite ont été ajustés.

5. Explosifs liquides homogènes : Une hypothèse de transfert entre réactifs et produits est nécessaire pour construire l’équation d’état du mélange réactif. Pour les deux hypothèses les plus éloignées, nous avons défini rigoureusement les propriétés du mélange en fonction de celles des composants. Nous avons observé une influence marquée de l’hypothèse sur les longueurs chimiques et diamè-tres critiques et, selon la précision des lois de comportement, des profils de réaction différents pour une même hypothèse. Ces résultats sont im-portants car les instabilités caractérisant la déto-nation des explosifs liquides à l’approche du diamètre critique dépendent du profil de réaction.

6. Détonations basse-vitesse dans les supernovae : (Coll. Institut Astronomie&Astrophysique, Bruxelles) La décomposition du plasma Carbone-Oxygène 50%-50%, représentatif des supernovae de type Ia, est réalisée en 3 étapes exo-énergétiques. Nous avons étudié les influences combinées du détail du réseau nucléaire et de la divergence de l’écoulement sur les conditions de propagation d’une détonation thermonucléaire. Les longueurs de combustion, totale ou intermédiaires, calculées avec notre réseau très détaillé peuvent être 200 fois plus petites qu’avec les réseaux réduits utilisés ailleurs. Deux régimes de détonation courbe basse-vitesse à nucléosynthèse très incomplète ont été mis en évidence, chacun associé aux 2 étapes intermédiaires de libération d’énergie. Ces résultats contribuent aux analyses spectro- ou photométriques des courbes de lumière et, donc, au débat, toujours ouvert, sur la nature de l’onde de combustion dans une supernova.