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OBTURATEUR POUR CARTOUCHE DE TIR, PROCEDE DE PREPARATION D'UNE CARTOUCHE
EQUIPEE DUDIT OBTURATEUR ET CARTOUCHE EQUIPEE
La présente invention concerne un obturateur pour cartouche de tir et un
procédé de
préparation d'une cartouche équipée dudit obturateur. L'invention couvre aussi
la cartouche
équipée dudit obturateur.
Dans le domaine de la chasse et du tir sportif, un nombre important de
cartouches est utilisé.
Une cartouche est constituée généralement d'une amorce, d'une charge de
poudre, un ou
plusieurs accessoires du type bourre pour transférer la puissance générée par
l'explosion de
la charge aux projectiles et/ou un panier destinés à contenir lesdits
projectiles pendant la
phase de transfert.
Les architectures et les types d'accessoires sont extrêmement nombreux. De
même, les
projectiles peuvent être en plomb en tant que matériau ou en acier avec des
problématiques
différentes à résoudre, ceci dans tous les cas.
Tous les éléments sont contenus dans une enveloppe comprenant un culot
généralement
métallique et un corps généralement en carton. Ces deux matériaux étant
recyclables.
Une problématique commune et essentielle pour les cartouches est de transférer
la puissance
générée par l'explosion de la charge aux plombs en limitant au maximum les
pertes de
puissance.
De plus, la prise de conscience environnementale amène utilisateurs et
fabricants à recourir à
des cartouches sans matières plastiques d'origine pétrolière. Il existe des
matériaux
biodégradables donc il peut paraître évident de recourir à ces matériaux. Un
premier
problème technique posé pour utiliser un matériau de substitution
biodégradable est le
suivant : par définition les matériaux biodégradables ont une durée de vie
plus courte que
celle des matières plastiques d'origine pétrolière, leurs propriétés
mécaniques n'égalent pas
celles des matières plastiques et ces mêmes propriétés mécaniques s'altèrent
plus
rapidement que celles des matières plastiques.
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Un second problème est lié au fait que souvent les matériaux biodégradables,
du fait de leurs
propriétés mécaniques inférieures et leur évolution, se brisent sous des
efforts au lieu de
rester monolithiques.
Il existe différents assemblages et différents agencements mais on se réfère
ici à un
agencement type d'une cartouche de tir sportif ou cartouche de chasse, on
retrouve les
éléments suivants, description de bas en haut pour une cartouche placée
verticalement :
- un culot métallique contenant l'amorce et la poudre sur laquelle est
placé un
obturateur ou un carton sur poudre,
- un tube formant l'étui de la cartouche, solidaire du culot, recevant une
bourre placée
au-dessus de la poudre et grenaille de différentes natures, de diamètre
choisi,
disposée au-dessus de ladite bourre,
- un sertissage du tube formant l'étui de la cartouche à son extrémité, au
niveau de la
surface supérieure de la grenaille, pour fermer et compresser l'ensemble des
éléments
qu'il contient.
Le carton sur poudre ne donne pas de bonnes performances et est
majoritairement remplacé
par un obturateur en matière plastique.
Lorsque la cartouche est tirée, l'amorce est percutée, la poudre enflammée par
l'amorce brûle
instantanément, cette combustion produit un volume important de gaz. Du
confinement de
ces gaz dans le canon de l'arme résulte l'explosion. C'est sous la poussée des
gaz générés que
les éléments, projectiles et accessoires introduits dans la douille constituée
du culot et de son
étui, sont expulsés de l'arme par le fût du canon FC.
Le projectile, généralement de la grenaille, est donc expulsé par transmission
de l'énergie
générée par l'explosion. La transmission d'énergie due à la poussée des gaz
s'effectue en
premier lieu par l'intermédiaire de l'obturateur qui évite les déperditions de
la puissance de
l'explosion qui viendrait directement s'exercer sur la bourre. Mais pour des
performances
balistiques optimisées, l'obturateur comme l'indique son nom, doit être le
plus étanche
possible pour confiner lesdits gaz et pour transférer la puissance des gaz à
la bourre puis au
projectile.
L'étanchéité doit être réalisée entre la paroi intérieure de l'étui et le bord
périphérique de
l'obturateur. L'énergie de l'explosion est ensuite transmise à la grenaille
par la bourre de façon
à assurer une équi-distribution de l'énergie en minimisant les pertes.
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Cet obturateur joue un rôle primordial dans la qualité du tir et dans la
projection de la
grenaille. En effet, l'obturateur, de par son positionnement intermédiaire
entre l'explosion et
la grenaille, joue le rôle d'un joint qui capture les gaz pour les canaliser
et transmet l'énergie
de l'explosion à la grenaille. Il est important de maîtriser les fuites de gaz
afin d'apporter de la
reproductivité à la fabrication des cartouches. Ceci est d'autant plus
complexe que les
performances doivent être conservées dans le temps or les matériaux évoluent,
surtout les
matériaux biodégradables.
Un obturateur de l'art antérieur est décrit dans le brevet US 3 022 734. Cet
obturateur est
réalisé en matière thermoplastique élastomère d'origine pétrolière
polyéthylène, copolymère
de styrène/butadiène, acétate de cellulose notamment. Le procédé de
fabrication de cette
obturateur consiste à découper une rondelle d'un profil à section circulaire
extrudé puis à
déformer le disque entre les matrices d'un poinçon pour réaliser un profil à
section
sensiblement en H.
Les ailes du H, après déformation, viennent naturellement, du fait des
contraintes résiduelles,
se mettre en forme de coupelle, ceci du fait du matériau élastomère.
Cet obturateur est placé au-dessus de la poudre. Le problème de cet obturateur
est celui
d'être en matériau élastomère donc avec une certaine souplesse permettant sa
déformation
si bien qu'il agit comme un joint racleur et les bords se déforment de façon
aléatoire, sous la
poussée de gaz si bien qu'un tel obturateur se "froisse" comme cela est dit
dans le métier,
c'est à dire qu'il va se déformer de façon aléatoire, or il faut non seulement
une forte
étanchéité de l'obturateur mais il faut aussi une poussée uniforme sur
l'obturateur.
Un obturateur également de type connu se présente avec une architecture
rigidifiée en partie
centrale par des nervures dans le plan mais est apte à se déformer radialement
par
l'intermédiaire de lèvres verticales. Ces lèvres verticales sont reliées à la
partie centrale par
des épaulements. Au moment de l'explosion, la lèvre de l'obturateur est
violement gonflée à
une pression de 500 bars minimum, pouvant atteindre 1000 bars dans certains
chargements.
Aujourd'hui les obturateurs en matière plastique résistent à ces contraintes
importantes
d'étirements même en vieillissant autant à des températures très chaudes que
négatives.
Mais le profil de ces obturateurs ne donne pas satisfaction quand ils sont
fabriqués avec des
matériaux biodégradables qui résistent mal à ces contraintes d'étirements et
encore moins au
fil du temps car ces matériaux évoluent. De plus, en devenant cassant lors du
vieillissement, il
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peut y avoir des ruptures au droit des épaulements provoquant des fuites et
une perte de
puissance balistique au moment de l'explosion.
L'aspect environnemental est également de plus en plus présent, d'autant plus
dans les sports
pratiqués en plein air. Les producteurs de cartouches ont également la volonté
de rendre les
consommables plus vertueux et présentant des caractéristiques biodégradables
intéressantes.
Les matériaux biodégradables sont de plus en plus développés mais sont encore
sujets à des
évolutions de performances liées à la composition même, biodégradable.
Si cette biodégradabilité très légère est imperceptible et sans importance
pour certains
éléments, comme des couverts ou autres accessoires, elle peut affecter de
manière
significative les performances mécaniques d'une pièce comme un obturateur dont
les
caractéristiques mécaniques sont essentielles.
La présente invention propose un obturateur, pouvant être réalisé en matériau
biodégradable
de type à déformation plastique et dont la géométrie permet la compensation
d'une
éventuelle biodégradation de l'obturateur au cours du temps, en améliorant de
plus
l'étanchéité lors de la génération de la poussée par l'explosion de la poudre.
La présente invention est maintenant décrite suivant un mode de réalisation
principal, sans
que celui-ci soit limitatif, ceci en regard des dessins associés sur lesquels
les différentes figures
représentent :
- Figure 1: une vue en élévation d'une cartouche avec obturateur de l'art
antérieur,
- Figure 2 : une vue en élévation d'une cartouche avec l'obturateur objet
de la présente
invention,
- Figure 3 : une vue de dessus de l'obturateur, objet de la présente
invention,
- Figure 4: une vue en élévation de l'obturateur, objet de la présente
invention,
- Figure 5 : une vue en élévation de l'obturateur déformé par la compression
générée
par l'explosion de la poudre de la cartouche avec les variations
dimensionnelles.
- Figure 6A et 68 : une vue de dessus de l'obturateur dans l'étui avec en
trait discontinu
l'obturateur immédiatement après explosion de la charge.
- Figure 7A à 7D : une vue d'un synoptique du procédé de réalisation et
d'utilisation
d'une cartouche avec l'obturateur selon la présente invention.
Les figures 1 et 2 décrivent une cartouche 10, comportant un étui 12 et un
culot 14 muni d'une
amorce 16. L'intérieur de la cartouche 10 comporte de la poudre 18, placée au
niveau du culot
FEUILLE RECTIFIÉE (REGLE 91) ISA/EP
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14 et sur laquelle est placé un obturateur 0 et 20, l'obturateur 0 étant un
obturateur de l'art
antérieur et l'obturateur 20 étant l'obturateur objet de la présente
invention. Chacun des
obturateurs 0, 20 reçoit, par-dessus, une bourre 22, au-dessus de laquelle est
placée la
grenaille 24, plus généralement les projectiles, ceci de façon connue. La
bourre présente,
5 éventuellement, une forme de godet pour mieux recevoir la grenaille.
L'obturateur 20 selon la présente invention est représenté sur les figures 2 à
6 et représenté
déformé sur les figures 5 et 6.
L'obturateur 20 comporte un disque 25 central, d'une épaisseur E d'un diamètre
D et doté
d'une face inférieure 20-1 et d'une face supérieure 20-2, inférieure et
supérieure étant
considérées la cartouche posée verticalement sur son culot.
L'obturateur 20 selon la présente invention comporte venu de fabrication avec
le disque
central au moins deux ailettes 26 supérieures et au moins deux ailettes
inférieures, en
l'occurrence huit ailettes supérieures 27 et huit ailettes inférieures 28,
avec lesquelles ledit
disque central forme un élément monolithique. Les ailettes 26 peuvent
s'apparenter aux
pétales d'une marguerite.
Sur l'obturateur 20, les ailettes supérieures 27 et les ailettes inférieures
28 sont
respectivement au nombre de huit ailettes supérieures 27 et huit ailettes
inférieures 28 et
sont développées vers l'extérieur depuis le bord du disque 25. Chacune des
ailettes
supérieures 27 et inférieures 28 comportent deux bords rectilignes 30 radiaux
et un bord
périphérique extérieur circulaire 32, l'ensemble des bords périphériques
formant la périphérie
de l'obturateur 20 et ainsi un bord circulaire périphérique supérieur 34 et un
bord circulaire
périphérique inférieur 36. Dans le mode de réalisation représenté, chaque
ailette a une
épaisseur constante e, et cette épaisseur e est inférieure à E. L'épaisseur E
du disque est
inférieure ou égale à 2 fois l'épaisseur e.
Comme visible sur les figures 4 et 5, les ailettes 26 présentent par rapport
au plan du disque
25 central, un angle d'inclinaison non nul, considéré du bord périphérique du
disque au bord
périphérique des ailettes. Si l'on considère le disque 25 à l'horizontal, les
ailettes supérieures
27 présentent un angle d'inclinaison supérieur à 00 par rapport au plan du
disque 25 central.
De manière symétrique, les ailettes inférieures 28 présentent un angle
d'inclinaison inférieur
à 00, également par rapport au plan du disque 25 central. L'inclinaison
angulaire varie en
fonction du calibre de l'arme donc du diamètre de l'étui de la cartouche, de
la nature du
matériau, de la conception de la cartouche et donc en fonction de la ou des
bourres, de la
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nature du matériau biodégradable. De façon générale, l'obturateur donne toute
satisfaction
avec tous les angles mais des essais permettent à l'homme de l'art de
déterminer rapidement
l'optimum, en travail de routine. L'angle se situe plus particulièrement entre
20 et 40 .
Ainsi, l'obturateur comprend un disque 25 central et des ailettes 26 formant
ensemble un
élément monolithique, chaque ailette 26 formant un angle non nul par rapport
au plan dudit
disque 25.
Les ailettes supérieures 27 et les ailettes inférieures 28 peuvent être liées
ou non par leurs
bords rectilignes radiaux 30 et sont dans la présente description, liées par
une membrane de
liaison 38. Ladite membrane de liaison 38 est assimilable à un trait, de par
sa faible largeur.
Ladite membrane de liaison 38 est placée entre les ailettes 26 et assure une
liaison
préférentiellement souple entre les ailettes supérieures 27 entres elles et
les ailettes
inférieures 28 entres elles, notamment pour éviter les déformations des
ailettes lors des
manipulations. Ces membranes de liaison 38 n'ont qu'une très faible résistance
mécanique
comparée aux pressions et efforts dont il sera question ci-après lors de
l'utilisation. Dans le
plan du disque 25, les ailettes supérieures 27 sont placées en quinconce par
rapport aux
ailettes inférieures 28 de façon que les bords rectilignes radiaux des
ailettes inférieures soient
décalés angulairement des bords rectilignes radiaux des ailettes supérieures.
Ainsi, et puisque
les ailettes supérieures 27 et inférieures 28 ont la même géométrie, les
membranes de liaison
38 sont non-alignés selon l'axe vertical longitudinal. Comme visible sur la
figure 3, les
membranes de liaison 38 des ailettes supérieures 27, sont positionnées de
façon avantageuse
au milieu des ailettes inférieures 28 et inversement, afin de respecter une
symétrie.
La matière utilisée pour l'obturateur est une matière deformable, sans
propriété élastique,
identique pour l'intégralité de l'objet. La propriété "sans propriété
élastique" correspond à un
matériau deformable mais qui ne reprend pas immédiatement sa forme initiale
une fois
déformé. C'est un matériau qui a donc des propriétés dites "plastiques" et non
"élastiques".
C'est ainsi que, pour les ailettes 26, si elles venaient à être mises à plat,
sous contrainte,
lesdites ailettes ne reviennent pas instantanément à la position initiale
lorsque la contrainte
cesse et bien que pouvant présenter une mémoire de forme.
Du point de vue de la géométrie, le diamètre extérieur dExT de l'obturateur
est inférieur au
diamètre intérieur diNT de l'étui dans lequel il doit être introduit. Le
diamètre DExT est le
diamètre théorique de l'obturateur en position de travail avec les ailettes
dans le plan du
disque 25.
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La présente invention propose une géométrie d'obturateur permettant
l'utilisation d'une
matière biodégradable avec des propriétés de plasticité.
Le procédé de réalisation d'une cartouche équipée de l'obturateur selon la
présente invention
consiste en la succession des étapes suivantes :
- préparer un culot avec son étui, ledit culot comportant une amorce et une
charge de
poudre,
- introduire un obturateur selon la présente invention dans l'étui,
- introduire au moins une bourre dans l'étui,
- introduire le projectile, en l'occurrence de la grenaille,
- sertir l'étui.
L'introduction de l'obturateur est très aisée puisque le diamètre extérieur
dExT de l'obturateur
est inférieur au diamètre intérieur cliNT de l'étui, voir figure 7A. Ensuite
les autres éléments
constitutifs de la cartouche, à savoir bourre, projectile sont introduits de
façon parfaitement
connue avant le sertissage voir figure 7B. On constate que le sertissage qui
consiste à rouler
.. les bords de l'étui sur un opercule ou en repliant le carton en étoile,
ceci étant parfaitement
connu également, il se produit une diminution de la hauteur de l'étui, ce qui
conduit à exercer
une première pression sur l'ensemble des éléments introduits dans la cartouche
et donc sur
l'obturateur, voir figure 7C.
Cette pression est limitée mais vient mettre en contact les ailettes 26 de
l'obturateur avec la
paroi intérieure de l'étui 12.
Le fonctionnement de l'obturateur 20, objet de la présente invention, est
maintenant décrit.
Lorsque la poudre 18 est mise en combustion rapide et que l'explosion se
produit, au niveau
du culot 14, l'obturateur 20 et la bourre 22 ont pour rôle de transférer
l'énergie générée par
l'explosion à la grenaille 24, pour permettre sa projection. Le comportement
mécanique de
l'obturateur est donc primordial pour la qualité du tir.
Il est donc important que la jonction entre la périphérie du cercle constituée
par le bord
circulaire supérieur 34 et le bord circulaire inférieur 36 soit le plus
étanche possible par
rapport à la paroi intérieure de l'étui. La surpression engendrée sur la face
de l'obturateur
étant du côté des ailettes inférieures 28 et sur la face inférieure 20-1 du
disque 25, l'obturateur
.. subit une compression sous l'effet de la poussée générée par l'explosion
agissant sur cette
face inférieure du disque 25 et sur les ailettes inférieures 28. Les ailettes
inférieures 28 sont
donc ramenées dans le plan du disque.
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Simultanément, les ailettes supérieures 27 sont ramenées dans le plan du
disque par le
déplacement de l'obturateur 20, en venant en appui sur la bourre 22 surmontée
de la grenaille
24, éléments qui ne subissent encore aucune action liée à l'explosion dans
cette phase, voir
figure 7D. Les ailettes inférieures 28 sont comprimées et s'appuient quant à
elle sur les ailettes
supérieures 27 immobilisées contre la bourre. Il y a alors continuité planaire
des ailettes 26 et
du disque 25. On note en regard des figures 6A et 6B que lors de la mise à
plat, le diamètre
DEXT théorique, représenté en trait discontinu, étant supérieur au diamètre
intérieur de l'étui,
diNT, l'étui contraint par l'obturateur mis à plat se déforme et vient se
plaquer contre le fût et
le déforme radialement la déformation étant inférieure à la déformation
théorique, jusqu' ce
que la paroi extérieure de l'étui vienne contre la paroi intérieure du canon
FC. La paroi
intérieure du canon FC confine radialement la paroi extérieure de l'étui et
donc l'obturateur,
il se produit une pression radiale de la tranche de l'obturateur très
importante.
L'étanchéité radiale est simultanément extrêmement forte et les fuites sont
négligeables si
bien que les paramètres balistiques sont excellentes.
Dans la partie centrale, du fait du positionnement en quinconce des bords
radiaux rectilignes
des ailettes avec leurs membranes de liaison 38, l'étanchéité est renforcée et
ceci même si
l'une ou plusieurs des membranes de liaison 38 se déchirent car l'effet
chicane est totalement
prépondérant. En effet, lors de la fabrication et de la manipulation post
fabrication, la
membrane de liaison 38 peut être partiellement ou complètement déchirée et
donc
inopérante, ce qui ne dégrade pas les performances d'étanchéité et donc les
valeurs
balistiques car les ailettes 26 sont plaquées avec une pression très
importante. Dès lors, la
poussée des gaz est quasi intégralement transmise à l'obturateur 20 qui peut
alors venir en
appui sur la bourre 22 qui répartit cette poussée sur la grenaille 24 et
transmet là encore la
quasi intégralité de la poussée.
Lesdites ailettes inférieures 28 et supérieures 27 sont donc rapprochées de
par la compression
subie par l'obturateur 20. Les bords circulaires supérieurs 34 et les bords
périphériques
inférieurs 36 se voient également écartés radialement du disque 25 et sont
donc plaqués et
appuyés contre la paroi intérieure de l'étui 12. On note en regard des figures
6A et 6B que lors
de la mise à plat, le diamètre DExT théorique, représenté en trait discontinu,
étant supérieur
au diamètre intérieur de l'étui, dINT, l'étui dans le fût du canon FC
confinant ledit étui
radialement, il se produit une pression radiale de la tranche de l'obturateur
très importante
liée au différentiel de diamètre. Cette expansion radiale met en compression
les bords
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circulaires 34 et 36 sur la paroi intérieure de l'étui 12 qui, lui-même, se
trouve plaqué contre
la paroi intérieure du fût du canon. L'étanchéité périphérique est donc
renforcée et assurée.
L'étanchéité radiale est extrêmement forte et les fuites sont négligeables si
bien que les
paramètres balistiques sont excellents.
D'un point de vue environnemental, la matière utilisée pour la fabrication de
l'obturateur 20
peut être biodégradable. En effet, au moment de l'explosion, le disque 25 et
les ailettes
supérieures 27 sont comprimés sur la bourre 22, les ailettes inférieures 28
sont comprimées
sur les ailettes 27 supérieures, les bords 34 et 36 sont alors comprimés
contre la paroi
intérieure de l'étui 12, l'ensemble, exceptées les membranes 38, se trouve
comprimé mais à
aucun moment étiré. Les caractéristiques mécaniques de matériaux
biodégradables satisfont
à ces contraintes de compression qui s'exercent sur l'obturateur 20.
Les matériaux biodégradables ont une tendance à évoluer dans le temps et par
exemple à
perdre de la plasticité ou avoir des variations dimensionnelles. On constate
que, si par
exemple, le matériau devient plus cassant, une ou plusieurs ailettes se
brisent, l'architecture
permet de plaquer les ailettes supérieures et inférieures constituant une
surface continue et
de compenser cette cassure. De même, si une variation de diamètre dExT se
produit, les ailettes
compensent en diamètre et la réduction de la pression radiale sera infime et
amplement
suffisante pour assurer une étanchéité adaptée.
Ceci est un élément très important car les matériaux biodégradables sont des
matériaux
évolutifs du fait de la présence de charges organiques, fibres ou poudres
d'origines végétales,
naturelles, polymères d'origines végétales ou de production microbiologiques.
Ainsi il se
produit nécessairement une dégradation au cours du temps puisque c'est la
vocation
première de ces matériaux et celle qui est recherchée après que ces
obturateurs sont utilisés
et diffusés dans la nature.
La saison de chasse notamment est limitée en durée et les munitions type
cartouches sont
achetées une année mais peuvent être conservées 1 ou plusieurs années
supplémentaires
avant d'être utilisées. Il existe en effet différents types de grenailles
suivant les gibiers,
différents calibres d'armes si bien que toutes les munitions achetées au cours
d'une année ne
sont pas épuisées, sans compter les réserves normales restantes en fin de
saison. Il est donc
impératif que les cartouches recourant à un obturateur selon la présente
invention conserve
les performances balistiques d'une année sur l'autre au moins voire
durablement pendant
plusieurs années. Le paramètre pour un utilisateur est la performance
balistique et si
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l'utilisateur est prêt à payer des cartouches un prix plus élevé pour des
produits avec des
propriétés écologiques, ledit utilisateur ne tolèrera pas une perte de
performance balistique.
L'obturateur selon la présente invention est biodégradable, autorise une
expansion radiale de
compensation et permet un déroulement de la transmission de poussée de façon
homogène
5 et constante dans le temps.
Il est entendu que l'architecture interne peut varier en terme de bourres, de
disposition de
l'obturateur, par exemple entre deux bourres mais l'obturateur reste identique
et le
fonctionnement reste aussi identique. De même, la nature des bourres peut
varier suivant les
applications, les projectiles mais ceci ne fait pas partie de la présente
invention.
