Brevet FR2675258A1 — publié le 19921016

Dispositif de maintien d'échantillons de matériaux à tester sur la surface plane d'un plan support Le domaine de l'invention est celui des dispositifs de test de matériaux et plus précisément celui des dispositifs permettant de fixer un échantillon d'un matériau à tester sur une surface plane. Les applications de tels dispositifs sont nombreuses. On peut par exemple citer, outre la caractérisation de matériaux absorbant des ondes électromagnétiques, l'étude de la rugosité de la surface d'un matériau. La caractérisation de tels matériaux permet notamment d'évaluer leur coefficient d'absorption en incidence normale ou oblique selon différentes configurations. Les matériaux sont généralement configurés sous la forme d'une plaque plane pouvant comprendre plusieurs couches de matériaux différents. Une mesure des caractéristiques d'absorption et de réflexion en incidence normale d'un matériau consiste à disposer une antenne émettrice-réceptrice perpendiculairement à la surface à tester et à comparer le module et la phase des signaux hyperfréquences réfléchis par la surface avec ceux émis par l'antenne. Une mesure en incidence oblique consiste à utiliser deux antennes positionnées de telle sorte que les ondes émises par l'antenne émettrice soient réfléchies par le matériau à tester en direction de l'antenne réceptrice. Un des objectifs de ce type de mesures et de mettre au point des matériaux absorbant une grande partie des ondes électromagnétiques émises. De tels matériaux peuvent notamment être utilisés dans le domaine militaire pour rendre invisibles aux radars des structures métalliques tels que des avions, des navires ou des chars. Une telle simulation est généralement effectuée en recouvrant un plan métallique de référence servant de cible par le matériau à tester. Ce matériau présente habituellement une surface supérieure ou égale à 1 pied carré. I1 est indispensable de fixer correctement le matériau sur ce plan métallique pour que la simulation soit représentative d'un cas réel. De façons connues, la fixation du matériau est effectuée par des moyens physiques ou chimiques. Un des procédés physiques de fixation consiste à percer l'échantillon à tester et à le visser sur la cible métallique. Le principal inconvénient de ce procédé de fixation est qu'il peut subsister des lames d'air entre le matériau et la cible qui modifient la propagation des ondes électromagnétiques en créant des réflexions parasites et entraînent de ce fait des erreurs de mesure. De plus, les vis de fixation du matériau sur le plan métallique de référence peuvent provoquer des réflexions parasites des ondes électromagnétiques incidentes et faussent ainsi les résultats de mesure obtenus. La fixation par vis est également délicate puisqu'elle peut entraîneur la brisure du matériau à tester. La fixation du matériau de test sur un plan métallique peut également être effectuée par chauffage du matériau, pour que celui-ci se ramollisse et adhère au plan métallique. Ce ramollissement entraine cependant une modification de la surface supérieure du matériau qui peut alors présenter une certaine rugosité. La rugosité de la surface provoque alors des réflexions parasites de l'onde hyperfréquence incidente. Des poches ou lames d'air peuvent également apparaître lorsque ce procédé est mis en oeuvre. Les procédés chimiques de fixation du matériau de test sur le plan métallique de référence consistent à faire réagir le matériau avec un composant de telle sorte que la réaction provoque une adhésion du matériau sur la cible. On peut également coller le matériau sur le plan métallique. Cependant, les procédés chimiques présentent les mêmes inconvénients que les procédés physiques précédents, à savoir une apparition de réflexions parasites et une non reproductibilité. De plus, les procédés chimiques de fixation présentent l'inconvénient de compliquer les tâches de séparation du matériau du plan de référence, lorsque les mesures sont terminées. En pratique, si l'on fait appel à un procédé de fixation chimique, il est nécessaire de changer de plan de référence pour l'application d'un autre matériau, car il est souvent difficile, voire impossible, de séparer le matériau de test du plan de référence après l'y avoir fixé. Le problème de la planéité et des lames d'air est donc le principal facteur limitatif quant à la précision et la validité des mesures hyperfréquence effectuées en propagation libre car il est difficile d'obtenir des échantillons plan et/ou de les fixer parfaitement sur une cible métallique sans faire intervenir des dispositifs susceptibles d'induire des réflexions parasites. Les études de rugosité d'un matériau nécessitent également une excellente fixation de l'échantillon sur une surface parfaitement plane. Les procédés de fixation mis en oeuvre dans ce type d'études sont également du type physique ou chimique et provoquent de même un mauvais contact entre l'échantillon et la surface de repos de l'échantillon. La présente invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients. Plus précisément, un premier objectif de l'invention est de fournir un dispositif permettant de maintenir un matériau à tester contre une cible sans modifier la planéité du matériau et sans laisser subsister de lames d'air entre le matériau et la cible. Un autre objectif de l'invention est de fournir un tel dispositif qui permette une reproductibilité des mesures. Un objectif complémentaire est de fournir un tel dispositif qui présente une facilité de séparation après mesures du matériau et de la cible. Un autre objectif de l'invention est de permette la superposition de plusieurs couches de matériau en vue de mesurer leurs caractéristiques de réflexion et d'absorption. Un objectif complémentaire de l'invention est de fournir un tel dispositif qui assure une fixation fiable du matériau à tester sur la cible. Ces objectifs, ainsi que l'autres qui apparaitront par la suite, sont atteints grâce à un dispositif de maintien d'un échantillon de matériau à tester sur la surface supérieure d'un plan support, le dispositif comprenant des moyens pneumatiques permettant de plaquer ledit échantillon contre ladite surface supérieure. La mise en oeuvre de moyens pneumatiques permet d'assurer un excellent contact entre l'échantillon de test et la surface sur laquelle il repose. Il est de plus aisé de changer d'échantillons. Avantageusement, ledit plan support comporte une pluralité de perforations recouvertes par ledit échantillon et un joint d'étanchéité disposé entre ledit plan support et lesdits moyens pneumatiques, ledit échantillon étant plaqué contre ladite surface supérieure par aspiration dudit échantillon contre ladite surface supérieure à travers lesdites perforations par lesdits moyens pneumatiques. Selon un mode de réalisation complémentaire, le dispositif comprend une poche souple recouvrant ledit échantillon et coopérant avec lesdits moyens pneumatiques pour exercer une pression contre ledit échantillon sur ladite surface lorsque lesdits moyens pneumatiques sont activés. Ce mode de réalisation permet notamment d'empiler un certain nombre de couches de matériaux semblables ou différents. Préférentiellement, ladite poche souple comporte des moyens permettant son ouverture. Il est ainsi possible de changer rapidement d'échantillon de test. Avantageusement ledit plan support est de forme circulaire ou parabolique. Selon une autre caractéristique de l'invention, ladite surface supérieure dudit plan support est constituée d'un matériau réfléchissant les ondes électromagnétiques. Ce mode de réalisation permet la caractérisation de matériaux absorbant les ondes électromagnétiques. Préférentiellement lesdites perforations ont un diamètre compris entre 1 et 2 mm et leur surface totale représente moins de 1% de la surface dudit plan support. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparattront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, donné à titre explicatif et non limitatif, et des dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe d'un premier mode de réalisation de la présente invention - la figure 2 est une vue en coupe d'un deuxième mode de réalisation de l'invention - la figure 3 est une vue en coupe d'un mode de réalisation préférentiel de la présente invention. La figure 1 est une vue en coupe d'un premier mode de réalisation de la présente invention. Le dispositif représenté comprend un plan support ayant une surface métallique supérieure 11 percée d'orifices 15 et fixé sur une contre-plaque 16 à travers un joint isolant 14. I1 comprend également un tube 13 et une pompe à vide 12. Un échantillon 10 de matériau absorbant des ondes électromagnétiques est posé sur la surface métallique 11. Comme précisé précédemment, pour permettre la caractérisation en propagation libre, en incidence normale ou oblique, des matériaux pour des applications de filtrage électromagnétique, il est impératif qu'il n'y ait aucune lame d'air entre la cible constituée par la surface métallique 11 et l'échantillon 10. Selon l'invention, la fixation de l'échantillon 10 sur la surface métallique 11 correspond à un placage de l'échantillon 10 contre la cible 11. Ce mode de fixation est obtenu est activant la pompe à vide 12 qui aspire, à travers le tuyau 13, l'air compris entre la contre-plaque 16 et l'échantillon 10. L'air est aspiré selon la direction 17. Grâce aux orifices 15 percés dans le plan support, l'échantillon 10 adhère à la surface 11. Cette adhérence augmente avec la dépression régnant entre la contre-plaque 16 et le plan support. L'isolation du dispositif est assurée par le joint 14 disposé tout le long du périmètre du plan support. Bien entendu, dans ce mode de réalisation, il faut que l'échantillon 19 recouvre tous les orifices 15 percés dans le plan support pour qu'il n'y ait pas d'admission d'air dans le volume précédemment défini. La figure 2 est une vue en coupe d'un deuxième mode de réalisation de l'invention. Ce mode de réalisation comprend également une pompe à vide 12 et un tuyau 13 fixé à une contre-plaque 16. L'échantillon 10 à caractériser est posé sur la surface supérieure 20 d'un plan support ne comportant pas d'orifices comme dans le mode de réalisation précédent. Les extrémités de la contre-plaque 16 comportent des moyens de fixation, non représentés, d'une poche 21 souple et hermétique à l'air recouvrant l'intégralité de la contre-plaque 16 et comprenant ainsi le plan support et l'échantillon 10. Le plan support est fixé sur la contre-plaque 16 par des moyens de fixation 22, 23, par exemple constitués d'entretoises. Il n'y a pas d'obstacle au passage de l'air à l'intérieur de la poche 21 souple. Le maintien de l'échantillon 10 contre la surface supérieure 20 du plan support est réalisé par activation de la pompe à vide 12 qui crée une dépression à l'intérieur de la poche 21 souple. La poche 21 vient alors épouser parfaitement la forme de l'échantillon 10 et l'échantillon 10 est plaqué contre la surface supérieure 20 du plan support. Le principal avantage de ce mode de réalisation est qu'il permet la caractérisation d'échantillons multicouches puisque le maintien de l'échantillon est assuré par une pression, et non plus par une attraction. Ce mode de réalisation nécessite cependant l'installation d'une poche 21 souple et hermétique. La poche 21 est un matériau transparent aux ondes électromagnétiques, par exemple en polyéthylène. Elle possède de préférence une ouverture supérieure étanche à l'air permettant l'accès à l'échantillon 10. Cette ouverture peut par exemple être réalisée à l'aide de deux lèvres en plastique qui s'emboîtent les unes dans les autres, chaque lèvre étant solidaire d'un pan de la poche 21. Le mécanisme d'ouverture doit bien entendu ne pas être susceptible de perturber les ondes électromagnétiques. La fixation de la poche 21 sur les extrémités de la contre-plaque 16 est par exemple également réalisée à l'aide de lèvres en plastique coopérant l'une avec l'autre ou alors par des vis de fixation. La figure 3 est une vue en coupe d'une mode de réalisation préférentiel de la présente invention. Ce mode de réalisation préférentiel est une structure hybride alliant les avantages des dispositifs décrits en référence aux figures 1 et 2. Le dispositif comprend d'une part un plan support comportant des orifices 15 et coopérant avec un joint d'étanchéité 14 disposé entre la contre-plaque 16 et la périphérie du plan support, et d'autre part une poche souple 21 solidarisée aux extrémités de la contre-plaque 16. L'activation de la pompe à vide 13 crée une dépression à l'intérieur de la poche souple 21 et celle-ci vient se plaquer contre la face externe de l'échantillon 10, l'échantillon épousant la forme de la surface métallique 11. Le joint d'étanchéité 14 ne forme pas une surface fermée, les extrémités du joint étant séparées de quelques millimètres pour permettre la réalisation d'une dépression dans la poche souple 21. Cette caractéristique permet d'utiliser des échantillons 10 qui recouvrent tous les orifices 15 du plan support. L'échantillon est alors parfaitement plan et il ne subsiste pas de lames d'air entre l'échantillon et la surface métallique 11. La présence de la poche souple 21 permet de superposer un nombre important de couches d'échantillons, la pression exercée par la poche 21 assurant l'évacuation immédiate des lames d'air pouvant se trouver entre les différentes couches. A titre d'exemple, l'échantillon 10 représenté est constitué de deux couches 30 et 31 superposées. En pratique, les échantillons doivent avoir une surface relativement importante, supérieure à un pied carré, c'est-à-dire environ 0,1 m2 afin de pouvoir considérer les échantillons comme des cibles diffusantes et de limiter le régime de diffraction. D'autre part, il est possible de travailler dans des configurations en champ proche et en champ lointain. I1 est à signaler que la caractérisation de matériaux absorbant des ondes électromagnétiques suppose que l'échantillon recouvre complément la surface supérieure du plan support, afin d'éviter des réflexions parasites. Dans le cas où le dispositif de l'invention est utilisé pour permettre des mesures de rugosité, l'échantillon peut avoir une surface inférieure à celle du plan support. Le dispositif de l'invention est destiné à être installé dans une enceinte anéchoique c'est-à-dire du type comprenant des cônes absorbant les ondes hyperfréquences ne frappant pas directement la cible. Un système de mesure complet comprend une telle enceinte et une ou deux antennes, selon que la réflexion mesurée est normale ou oblique à la cible. Les antennes peuvent être placées à des distances variables du dispositif et coopèrent avec un analyseur vectoriel de réseau piloté par un logiciel spécifique. L'analyseur vectoriel de réseau permet de mesurer l'absorption ou la réflexion caractéristique d'un matériau à partir de la phase et du module du signal hyperfréquence réfléchi. Le logiciel permet d'effectuer les divers réglages nécessaires à la mesure et traite les données obtenues par des codes de calculs appropriés. Afin d'éviter des phénomènes de diffraction, le diamètre des orifices 15 du plan support est compris entre 1 et 2 millimètres et les orifices 15 sont préférentiellement répartis uniformément et leur nombre est tel que leur surface totale est inférieure à environ 1% de la surface totale du plan support. La forme géométrique du dispositif de l'invention peut être de forme quelconque, par exemple carrée ou rectangulaire. Il est cependant préférable de choisir une forme circulaire pour limiter l'anisotropie des champs rayonnés. Le support métallique peut avoir une configuration plane surfacique ou volumique. Dans le cas d'une configuration volumique il est possible de choisir une structure parabolique pour analyser les réflexions provenant d'antennes radar paraboliques recouvertes d'un matériau absorbant tel que celui testé. La présente invention permet de caractériser des matériaux, par exemple à propriétés électromagnétiques absorbantes, en structures mono-couches et en structures multi-couches sans faire intervenir de processus physique ou chimique habituellement nécessaire au maintien des couches entre-elles et sur le plan support. L'invention permet de faire des mesures sur des échantillons de grandes dimensions, dans des conditions fiables et reproductibles. Il est à noter qu'elle permet également un gain de temps considérable, puisque la fixation et la désolidarisation sont effectuées pneumatiquement. Le dispositif de l'invention permet également, à titre d'exemple, de mesurer l'influence de la rugosité et de la nature du support et d'effectuer des simulations de leurres en faisant varier la dépression d'air. De telles variations créent des lames d'air qui modifient la réponse de l'échantillon testé. La présente invention ne s'applique pas exclusivement à la caractérisation de matériaux absorbant des ondes électromagnétiques. Elle trouve application dans toutes les études de matériau nécessitant un excellent contact entre le matériau et un support plane. Une des applications du dispositif de l'invention est l'étude de la rugosité d'un matériau. Une telle étude nécessite une adhérence parfaite du matériau sur une surface plane. Dans ce cas, la surface plane peut ainsi en un matériau autre que le métal, par exemple en plastique rigide, la mesure de rugosité étant effectuée par des moyens optiques ou magnétiques suivant le matériau. Il n'est alors pas nécessaire d'utiliser les dispositifs tels que décrits en référence aux figures 2 et 3. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de maintien d'un échantillon de matériau à tester sur la surface supérieure d'un plan support, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (12) pneumatiques permettant de plaquer ledit échantillon (10) contre ladite surface supérieure (11, 20). 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit plan support comporte une pluralité de perforations (15) recouvertes par ledit échantillon (10) et un joint d'étanchéité (14) disposé entre ledit plan support et lesdits moyens (12) pneumatiques, ledit échantillon (10) étant plaqué contre ladite surface supérieure (11) par aspiration dudit échantillon (10) contre ladite surface supérieure (11) à travers lesdites perforations (15) par lesdits moyens (12) pneumatiques. 3/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend une poche (21) souple recouvrant ledit échantillon (10) et coopérant avec lesdits moyens (12) pneumatiques pour exercer une pression contre ledit échantillon (10) sur ladite surface supérieure (11, 20) lorsque lesdits moyens (12) pneumatiques sont activés. 4/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite poche (21) souple comporte des moyens permettant son ouverture. 5/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit plan support est de forme circulaire. 6/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 5, caractérisé en ce que ledit plan support est de forme parabolique. 7/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite surface (11, 20) supérieure dudit plan support est constituée d'un matériau réfléchissant les ondes électromagnétiques. 8/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdites perforations (15) ont un diamètre compris entre 1 et 2 mm et en ce que leur surface totale représente moins de 1% de la surface dudit plan support.