Mesures continues de la vitesse de détonation et du profil de contrainte par fibres optiques à réseau de Bragg

National audienceL’intérêt des réseaux de Bragg photo-inscrits sur des fibres optiques n’est plus à démontrer pour les mesures en quasi-statique de température et de pression. L’utilisation de ce type de sonde en dynamique pour mesurer des phénomènes physiques très brefs est beaucoup moins éprouvée. Des réseaux de Bragg à pas variable placés à l’extrémité de fibres optiques sont mis en œuvre et optimisés au CEA Gramat pour effectuer des mesures dynamiques de vitesse de détonation et plus récemment pour mesurer l’évolution du profil de contrainte à des niveaux atteignant plusieurs GPa. Ces fibres faiblement intrusives, de diamètre de l’ordre de 125 µm, avec leurs réseaux de Bragg photoinscrits de plusieurs dizaines de mm de longueur, peuvent être insérées au cœur d’un matériau énergétique ou inerte. Les fibres optiques ont aussi l’avantage d’être immunes aux radiations électromagnétiques et leur bande passante est supérieure à la vitesse des phénomènes à observer. Un état de choc soutenu dure quelques microsecondes, mais les phénomènes transitoires initiaux sont plus rapides, de l’ordre de la dizaine de nanosecondes. Les mesures sont continues et non ponctuelles au sein du matériau. Deux systèmes de mesures dynamiques basés sur l’utilisation de réseaux de Bragg à pas variable sont présentés. Le premier, le système BraggFast pour la mesure continue de vitesse de détonation est maintenant régulièrement utilisé au CEA Gramat dans différentes expériences de détonique. Le deuxième, un spectromètre rapide pour la mesure du profil de contrainte au sein de matériaux inertes ou énergétiques est en cours de développement et les premiers résultats sont détaillés

Development of a Shock and Detonation Velocity Measurement System Using Chirped Fiber Bragg Gratings

International audienceDynamic measurements of shock and detonation velocities are performed using long chirped fiber Bragg gratings (CFBGs). Such thin probes, with a diameter of typically 125 µm or even 80 µm can be directly inserted into high-explosive (HE) samples or simply glued laterally. During the detonation, the width of the optical spectrum is continuously reduced by the propagation of the wave-front, which physically shortens the CFBG. The light power reflected back shows a ramp-down type signal, from which the wave-front position is obtained as a function of time, thus yielding a detonation velocity profile. A calibration procedure was developed, with the support of optical simulations, to cancel out the optical spectrum distortions from the different optical components and to determine the wavelength-position transfer function of the CFBG. The fitted slopes of the X-T diagram give steady detonation velocity values which are in very good agreement with the classical measurements obtained from discrete electrical shorting pins (ESP). The main parameters influencing the uncertainties on the steady detonation velocity value measured by CFBG are discussed. To conclude, different HE experimental configurations tested at CEA (Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives) are presented: bare cylindrical sticks, wedges for shock-to-detonation transitions (SDT), spheres, a cast-cured stick around a CFBG, and a detonation wave-front profile configuration