Brevet FR2678132A1 — publié le 19921224

PROCEDE DE FABRICATION D'UN ECRAN ABSORBANT LE RAYONNEMENT ELECTROMAGNETIQUE DESCRIPTION La présente invention se rapporte au domai- ne des écrans destinés à absorber le rayonnement électromagnétique et, notamment, dans le domaine des microondes. Il s'applique par conséquent à du rayonnement électromagnétique compris dans une bande de l'ordre de 2 à 30 GHz et trouve des applications nombreuses soit dans les antennes d'installation chargées d'émettre de tels rayonnements soit dans la protection de structures qui, pour des raisons particulières, ne doivent pas émettre vers l'extérieur ou recevoir de tels micro-ondes. L'aptitude d'un milieu déterminé à absorber les ondes électromagnétiques est représenté par son impédance qui s'écrit formuLe dans laquelle est la perméabilité magnétique et E la permittivité électrique. En effet, une onde électromagnétique est essentiellement caractérisée par la propagation simultanée d'un champ électrique E et d'un champ magnétique H créant à La fois respectivement une polarisation D=EE et une induction magnétique B=8H, formules dans lesquelles d'ailleurs, La permittivité et la perméabilité sont elles-mêmes des grandeurs complexes que l'on peut écrire : E='-iE" et La présente invention se rapporte à des écrans absorbants qui sont constitués d'une structure plane en nid d'abeilles, chargée de carbone.La structure en nid d'abeilles est en un matériau le plus souvent plastique n'ayant aucun effet d'absorption vis-à-vis des ondes électromagnétiques, alors que le carbone dispersé dans cette structure est précisément le matériau qui par sa perm#ttivité permet de réaliser l'absorption recherchée. Par structure en nid d'abeilles, on désignera, dans la suite du présent texte, une structure plane constituée d'alvéoles juxtaposées de façon à remplir tout Le volume de la plaque constituant l'écran, chaque alvéole étant ouvert à ses deux extrémités. La forme des alvéoles peut être quelconque, par exemple constituée de petits cylindres droits à base circulaire juxtaposés ou de cylindres à section carrée ou polygonale. On définira de la même façon pour les écrans objet de l'invention une face avant et une face arrière, la face avant ou face d'entrée étant celle qui reçoit les ondes électromagnétiques à absorber, et la face arrière, celle au-delà de laquelle, si l'absorbant est de bonne qualité, ce même rayonnement est soit fortement atténué soit même complétement inexistant. De façon classique connue, les absorbants en nid d'abeilles chargés au carbone ont une impédance qui varie entre la face d'entrée et la face de sortie, l'impédance maximale étant localisée au voisinage de la phase d'entrée pour permettre une absorption élevée de l'onde incidente et, corrélativement, un minimum d'énergie réfléchie. Le plus souvent, les écrans absorbants en nid d'abeilles de l'art antérieur sont composés de plusieurs couches conductrices dont chacune a son impédance propre, c'est-à-dire une charge en carbone homogène, l'impédance Z des différentes couches juxtaposées diminuant par conséquent depuis la face avant jusqu'à La face arrière selon un profil en escalier tel que représenté sur la figure 1 ci-jointe, où le graphique correspond à un absorbant en trois couches, les ordonnées du graphique représentant l'impédance et les abscisses l'épaisseur de la couche depuis l'origine O qui désigne la face arrière jusqu'à l'abscisse d qui représente la face avant ou phase d'entrée. Pour certaines applications particulières des écrans absorbants les rayonnements électromagnétiques, le profil de variation de l'impédance en fonction de l'épaisseur tel qu'il apparaît sur la figure 1 ne convient pas et on recherche un gradient d'évolution linéaire en fonction de l'épaisseur traversée. Ceci correspond au cas de la figure 2 et peut être obtenu à L'aide des structures connues des figures 3 et 4. Dans la structure d'écrans absorbants de La figure 3, le gradient souhaité est obtenu en combinant les structures géométriques internes de l'écran qui sont des pyramides 2 et 4 dont la pointe est située du côté de la face d'entrée, volumes pyramidaux que l'on imprègne uniformément dans le volume de noir de carbone. C'est la combinaison de cette imprégnation uniforme avec la forme des pyramides 2 et 4 qui conduit au gradient recherché. Dans le cas de la structure également connue, visible sur la figure 4, l'écran est constitué pour l'essentiel d'un nid d'abeilles de cylindres juxtaposés tels que 6, et on vient déposer par pulvérisation d'une solution aqueuse de noir de carbone à l'aide d'un pistolet des épaisseurs de carbone telles que 8 à l'intérieur de chaque cylindre 6. L'ensemble de ces dépôts 8 qui se situe du côté de la face de sortie conduit également à un gradient Linéaire comme celui de la figure 2. Pour d'autres applications des écrans absorbants les rayonnements électromagnétiques et notamment les micro-ondes, il peut être souhaitable d'obtenir des profils de gradient quelconques en fonction de l'épaisseur, tels que par exemple conformes à la loi de variation de La figure 5 où le gradient est continu et monotone, ou même conformes à la loi de variation de la figure 6 où le gradient est successivement décroîssant et croissant en passant par une valeur minimale, c'est-à-dire non monotone. Dans L'état actuel de la technique, il n'existe pas de possibilité de réaliser de tels gradients d'impédance à l'aide des structures connues en nid d'abeilles. La présente invention a précisément pour objet un procédé de fabrication d'écrans absorbants pour micro-ondes qui permet à L'aide de moyens simples à mettre en oeuvre de réaliser des écrans absorbants ayant un profil de variation d'impédance quelconque en fonction de l'épaisseur traversée. Ce procédé de fabrication d'un écran absorbant vis-à-vis du rayonnement électromagnétique, constitué d'une structure plane du type en nid d'abeilles chargé de carbone, ayant un gradient d'impédance variable en fonction de l'épaisseur selon une loi quelconque déterminée à l'avance, est caractérisé en ce que l'on réalise la charge de carbone exactement nécessaire en chaque point, en combinant la méthode de dépôt par immersion de la face arrière dans un bain aqueux de noir de carbone contenant un liant organique et la méthode de dépôt par pulvérisation du même bain au pistolet. Comme on le voit, le demandeur a mis en évidence qu'en combinant un dépôt de noir de carbone par immersion de La structure en nid d'abeilles dans une solution aqueuse suivie bien entendu des séchages nécessaires, avec les techniques de pulvérisation au pistolet de cette même solution, on pouvait obtenir des dépôts réglables en quantité à chaque endroit précis de la structure de façon à réaliser pour le gradient de celle-ci tout profil donné à l'avance. En effet, la conjugaison des deux méthodes permet de déposer exactement la quantité de carbone voulue à cet effet en chaque endroit précis des alvéoles du nid d'abeilles. De façon pratique d'ailleurs, cette quantité précise de carbone à déposer peut être calculée par modélisation à l'aide d'un ordinateur à partir du profil donné de la loi de variation d'impédance en fonction de l'épaisseur que l'on veut réaliser. Dans une combinaison de ce genre, la quantité de carbone déposée au cours de l'immersion dans le bain aqueux est évidemment uniforme et constante sur la partie des alvéoles qui a subi l'immersion. En revanche, le pistolettage permet un dépôt complémentaire d'une masse de carbone variable en fonction de l'épaisseur. Selon une caractéristique intéressante du procédé objet de l'invention, la structure plane en nid d'abeilles est soumise à une immersion en phase aqueuse de noir de carbone contenant un liant organique sur la face arrière suivie d'un séchage et d'une application de la même solution par pulvérisation au pistolet sur la face avant, également suivie d'un second séchage. Dans un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, le procédé de fabrication comporte en outre une pulvérisation au pistolet de la même phase aqueuse sur la face arrière suivie d'un nouveau séchage. En d'autres termes, alors qu'il suffit en général d'une opération d'immersion de la face arrière, plusieurs opérations de dépôt par pulvérisations au pistolet peuvent intervenir tant sur la face arrière que sur La face avant, ces différentes opérations étant à chaque fois bien entendu séparées par une phase de séchage. Selon une caractéristique du procédé objet de l'invention, l'immersion de la structure plane a Lieu sur une portion de l'épaisseur comprise entre 1/10è et 1/3, la masse de carbone déposée correspond à 10% à 30% de la masse de la structure vierge pour l'étape d'immersion et à 5% à 10% de la masse de la structure vierge pour les étapes de pulvérisation au pistolet. Selon une autre caractéristique du procédé de fabrication objet de l'invention, les opérations de séchage consécutives à l'étape d'immersion et aux étapes de pulvérisation consistent en un chauffage à une température de l'ordre de 600C à 800C pendant une durée de L'ordre d'une demi-heure. De toute façon, l'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui suit d'un exemple de mise en oeuvre qui sera donné à titre illustratif et non limitatif en se référant aux figures 7 à 9 sur lesquelles : - la figure 7 montre la structure du nid d'abeilles utilisé ; - la figure 8 montre la phase d'immersion de la structure en nid d'abeilles de la figure 7 composée de tubes cylindriques juxtaposés ; - la figure 9 montre, en coupe à travers l'épaisseur de l'écran absorbant, les profils de noir de carbone déposé dans l'opération d'immersion, puis dans la ou les opérations de pistolettage. Sur la figure 7, on a d'abord représenté un nid d'abeilles constitué dans L'exemple décrit d'une structure de 305mmx305mm de côté et d'une épais seur de 25,4mm. La structure du nid d'abeilles proprement dite est constituée d'alvéoles 6 ayant la forme de cylindres de section droite circulaire de diamètre 6,35mm et ouverts aux deux extrémités. La structure de la figure ô subit d'abord une immersion dans une dispersion aqueuse de noir de carbone 10, chargée d'un liant organique. Comme représenté sur la figure 8, la structure en nid d'abeilles 10 est immergée dans cette solution aqueuse 12 contenue elle-même dans un bac 14. La structure 10 est ensuite séchée pendant une demi-heure à 700C. Durant l'opération d'immersion précédente, 309 de dispersion solide de carbone ont été déposés sur la structure 10. D'une manière générale, l'immersion a lieu sur une proportion de l'épais- seur comprise entre le lOè et le tiers de celle-ci et la masse de carbone déposée est de 10 à 30% de la masse de la structure vierge en nid d'abeilles. A la suite de cette opération d'immersion, la structure en nid d'abeilles 10 possède des dépôts 16 de densité et d'épaisseur constante å la base de la portion de chacun des tubes 6 qui a été immergée dans la solution aqueuse 12. Après l'opération de séchage précédente, un dépôt par pulvérisation à partir de la face ayant subi l'immersion ou face avant de la structure est effectué par pistolettage et conduit, comme représenté sur cette figure 9, au dépôt complémentaire d'un gradient de masse carbonée 18 faisant suite aux masse lottes 16 déposées préalablement le long de la paroi de chaque cylindre 6. Durant cette opération de projection homogène, 10g de dispersion solide sont déposés sur la structure 10. CelLe-ci est ensuite séchée à une température de l'ordre de 60 à 800C pendant une durée de l'ordre d'une demi-heure. Dans certains cas particuliers, il peut être intéressant de compléter les deux traitements précédents par un troisième traitement consistant en une deuxième pulvérisation de solution carbonée effectuée cette fois par la face opposée ou face arrière du futur dispositif d'absorption des ondes. Dans une deuxième opération de ce genre, 49 de dispersion solide sont déposés sur la structure et la phase de séchage finale est identique aux deux phases de séchage précédemment décrites. La combinaison des deux techniques de dépôt précédemment décrites permet d'obtenir une structure d'absorption 10 ayant n'importe quel gradient d'impédance choisi à L'avance et notamment une structure ou écran absorbant ayant une très bonne atténuation vis-à-vis des micro-ondes en particulier entre 2 et 18Ghz. D'une façon générale, la masse de carbone déposée pour les étapes de pulvérisation au pistolet est voisine de 5 à 10% de la masse de la structure du nid d'abeilles vierge. Les absorbants électromagnétiques obtenus par le procédé objet de l'invention trouvent à s'appliquer, en particulier, au voisinage des antennes émettrices de micro-ondes, dont ils permettent ainsi de régulariser le profil d'émission, par exemple en supprimant certains lobes indésirables de ce profil. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un écran absorbant vis-à-vis du rayonnement électromagnétique, constitué d'une structure plane du type en nid d'abeilles chargé de carbone, ayant un gradient d'impédance variable en fonction de l'épaisseur selon une loi quelconque déterminée à l'avance, caractérisé en ce que l'on réalise la charge de carbone exactement nécessaire en chaque point, en combinant la méthode de dépôt par immersion de la face arrière dans un bain aqueux de noir de carbone (12) contenant un liant organique et la méthode de dépôt par pulvérisation du même bain au pistolet. 2. Procédé de fabrication d'un écran absorbant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure plane en nid d'abeilles (10) est soumise à une immersion en phase aqueuse (12) de noir de carbone contenant un liant organique sur la face arrière suivie d'un séchage et d'une application de la même solution par pulvérisation au pistolet sur la face avant, également suivie d'un second séchage. 3. Procédé de fabrication d'un écran absorbant selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une pulvérisation au pistolet de la même phase aqueuse sur la face arrière, suivie d'un nouveau séchage. 4. Procédé de fabrication d'un écran absorbant selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'immersion de la structure plane a lieu sur une portion de l'épaisseur comprise entre 1/10è et 1/3, en ce que la masse de carbone déposée correspond à 10% à 30% de la masse de la structure vierge pour L'étape d'immersion et à 5X à 10X de la masse de la structure vierge pour les étapes de pulvérisation au pistolet. 5. Procédé de fabrication d'un écran absorbant selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les opérations de séchage consécutives à l'étape d'immersion et aux étapes de pulvérisation consistent en un chauffage à une température de l'ordre de 600C à 800C pendant une durée de l'ordre d'une demi-heure.