Brevet FR2710811A1 — publié le 19950407

VERRIERE DE PROTECTION A BLINDAGE ELECTROMAGNETIQUE, NOTAMMENT POUR AERONEF DESCRIPTION L'invention concerne une verrière de protection conçue pour être transparente aux ondes électromagnétiques dans le domaine optique (visible et infrarouge) et pour atténuer aussi fortement que possible la transmission des ondes électromagnétiques dans le domaine hyperfréquence (de 2 GHz à 20 GHz). La verrière de protection conforme à 1 invention est particulièrement adaptée pour être utilisée sur un aéronef et notamment pour former les surfaces vitrées d'un hélicoptère ou d'un avion. Toutefois, cette verrière peut aussi être utilisée sur des véhicules terrestres et dans des bâtiments. Elle peut donc présenter une forme et des dimensions quelconques. La verrière de protection équipant, par exemple, la cabine de pilotage d'un aéronef doit être capable de transmettre la majeure partie des ondes électromagnétiques visibles et infrarouges, afin que l'équipage puisse travailler dans les meilleures conditions possibles. On peut fixer à environ 80 % le seuil de transmission minimal permettant de satisfaire cette exigence. Par ailleurs, il est souhaitable que les ondes électromagnétiques hyperfréquence pénètrent aussi difficilement que possible à l'intérieur de l'aéronef au travers de la verrière. En effet, ces ondes électromagnétiques hyperfréquence risquent de perturber les appareillages électroniques embarqués dans l'aéronef. Ce problème est d'autant plus important que les fonctions remplies par les appareillages électroniques sont de plus en plus variées et de plus en plus complexes sur les aéronefs modernes. Pour satisfaire à ces deux impératifs, il est connu de réaliser des verrières de protection en associant à une ou plusieurs couches de diélectrique, transparentes aux rayonnements visibles et infrarouges un blindage électromagnétique. Comme l'illustre notamment le document EP-A-0 299 607, ce blindage électromagnétique est généralement constitué par une ou plusieurs couches métalliques, par exemple d'argent ou d'or, déposées à la surface du diélectrique. Cependant, cette solution pose de nombreux problèmes. Ainsi, la couche métallique provoque des reflets et la transparence aux ondes électromagnétiques dans le domaine optique est insuffisante. De plus, il s'agit d'une solution coûteuse et dont la réalisation technologique est délicate, étant donné que l'adhérence de la couche métallique dépend de la nature du diélectrique. Dans le document US-A-4 772 760, il est proposé d'associer à un substrat, transparent aux rayonnements visibles, une grille formée de fils métalliques enchevêtrés selon un agencement non orthogonal, de façon à former des boucles fermées, disposées à égale distance les unes des autres et reliées entre elles par des tronçons en arc de cercle. Cependant, il s'agit d'une structure conçue pour éviter que les qualités optiques ne soient affectées par des impulsions électromagnétiques dues, notamment à une explosion nucléaire. De plus, il s'agit d'une grille de forme complexe qui rend délicate et coûteuse la fabrication de la verrière. Par ailleurs, l'exposé de l'art antérieur fait dans le document US-A- 3 961 333 montre qu'il est connu d'intégrer, dans la structure d'un radôme protégeant une antenne radar, un grillage métallique à mailles carrées pour éviter que les ondes radar ne soient réfléchies à l'interface entre les différentes couches de diélectrique formant le radôme. Ce grillage a donc pour fonction d'améliorer la transmission des ondes hyperfréquence, ce qui est contraire à l'objectif poursuivi selon la présente invention. L'invention a précisément pour objet une verrière de protection équipée d'un blindage électromagnétique d'un type nouveau, dont la conception permette à la fois d'assurer une transmission d'au moins 80 % des ondes électromagnétiques dans le domaine optique et une réflexion de ces ondes dans le domaine hyperfréquence (entre 2 GHz et 20 GHz) assurant une atténuation d'au moins environ 9 dB, tout en étant d'une fabrication aisée et peu coûteuse. Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu au moyen d'une verrière de protection comprenant au moins une couche diélectrique et un blindage électromagnétique fixé sur une face de ladite couche, caractérisée par le fait que le blindage électromagnétique est un grillage à mailles carrées, de côté d, formé de fils électriquement conducteurs, de diamètre e, satisfaisant simultanément les relations d $ 1 mu 1 um e avec - d La réalisation d'une verrière satisfaisant à ces conditions est particulièrement simple et peu e coûteuse. La limitation du rapport d à une valeur d inférieure à environ 0,1 permet d'assurer un coefficient de transmission optique d'au moins 80 %. Par ailleurs, la limitation du diamètre e des fils formant le grillage à une valeur inférieure à environ 100 um permet de satisfaire aux conditions imposées au e rapport -, tout en donnant au côté d des mailles d carrées du grillage une valeur suffisamment petite pour qu'un blindage s'opposant à la transmission des hyperfréquences jusqu'à 20 GHz soit obtenu. Pour que le fil métallique constituant le grillage puisse être considéré comme parfaitement conducteur et remplisse sa fonction de blindage électromagnétique de manière satisfaisante, le diamètre de ce fil doit être grand devant l'épaisseur de peau, qui est elle-même de l'ordre du micromètre. Dans la pratique, cette condition est normalement satisfaite par le fait que les contraintes technologiques de fabrication ne permettent pas de fabriquer actuellement des fils métalliques de si petit diamètre. Pour satisfaire à ces différentes conditions, on peut notamment donner au côté d des mailles du grillage, une valeur sensiblement égale à 1 mm et au diamètre e des fils formant ce grillage une valeur inférieure à 100 um. Selon le cas, la verrière peut comprendre une ou plusieurs couches de diélectrique. Lorsqu'elle comprend une seule couche de diélectrique, le grillage est fixé sur une face de cette couche tournée vers l'intérieur de la verrière. Lorsque la verrière comprend au moins deux couches de diélectrique, le grillage est fixé entre les couches les plus proches de l'extérieur de la verrière. Le grillage peut être fixé sur le diélectrique par collage, de telle sorte que les mailles ne contiennent pas de diélectrique. Le diélectrique peut aussi être coulé sur le grillage, de telle sorte que les mailles soient remplies de diélectrique. On décrira à présent, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation préférentielle de 1 invention, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue en perspective, avec arrachement partiel, représentant une partie d'une verrière de protection conforme à l'invention ; et - la figure 2 est une courbe représentant l'atténuation (en décibels) de la transmission hyperfréquence, en fonction de la fréquence (en GHz) dans le cas d'une verrière de protection dépourvue de blindage électromagnétique (en traits mixtes) et dans le cas d'une verrière de protection conforme à 1 invention (en trait plein). Dans la forme de réalisation illustrée sur la figure 1, la verrière de protection conforme à l'invention comprend trois couches de diélectrique 10, 12 et 14 et un blindage électromagnétique formé par un grillage 16 interposé entre les couches de diélectrique 10 et 12. De façon plus précise, le grillage 16 est interposé entre la couche 10 de diélectrique formant l'extérieur de la verrière et la couche intermédiaire 12 de diélectrique adjacente à cette couche 10, alors que la couche 14 de diélectrique forme l'intérieur de la verrière. Dans d'autres formes de réalisation non représentées, la verrière ne comprend qu'une ou deux couches de diélectrique. Dans le premier cas, la couche unique de diélectrique est analogue à la couche 10, c'est-à-dire que le grillage 16 est fixé sur la face de cette couche de diélectrique tournée vers l'intérieur de la verrière. Lorsque la verrière comprend deux couches de diélectrique, celles-ci sont analogues aux couches 10 et 12, c'est-à-dire que le grillage 16 est interposé entre ces deux couches. Les matériaux utilisés pour réaliser les différentes couches de diélectrique 10, 12 et 14 sont les matériaux utilisés traditionnellement dans la fabrication des verrières d'aéronefs. Ainsi, dans la forme de réalisation illustrée sur la figure 1, les couches de diélectrique 10 et 14 peuvent être réalisées en verre d'environ 3 mm d'épaisseur, alors que la couche intermédiaire 12 de diélectrique peut être une couche de polyvinyle butyral- (PVB) d'environ 1,5 mm d'épaisseur. Lorsque la verrière ne comprend qu'une couche de diélectrique, celle-ci peut être réalisée en polyméthacrylate de méthyle (PMMA) et présenter une épaisseur d'environ 4 mm. Enfin, lorsque la verrière comprend deux couches de diélectrique, celles-ci peuvent être réalisées toutes les deux en verre et présenter chacune une épaisseur d'environ 3 mm. Dans ce dernier cas, la couche intérieure peut aussi être réalisée en polyuréthanne (PU) et présenter une épaisseur d'environ 3,8 mm. Par ailleurs, le grillage 16 formant le blindage électromagnétique est un grillage à mailles carrées, formé de fils métalliques électriquement conducteurs tels que des fils de cuivre. Il s'agit d'un grillage dont les fils sont soudés ou reliés électriquement entre eux de toute autre manière convenable. L'assemblage des différents éléments constituant la verrière, c'est-à-dire des couches de diélectrique 10, 12 et 14 et du grillage 16 dans la forme de réalisation illustrée sur la figure 1, peut notamment être effectué par collage. Dans ces conditions, les espaces remplissant les mailles carrées du grillage 16 ne contiennent pas de diélectrique. En variante, la liaison entre ces différents éléments peut aussi être effectuée en coulant directement le diélectrique formant la couche 10 ou la couche 12 sur le grillage 16. Dans ces conditions, les mailles carrées de ce grillage sont remplies par ce diélectrique. Des études faites par le demandeur ont montré que le choix entre ces deux formes de- réalisation est pratiquement sans incidence sur les caractéristiques électromagnétiques de la verrière. Conformément à l'invention, pour que le grillage 16 remplisse une fonction de blindage électromagnétique dans le domaine des hyperfréquences, c'est-à-dire pour des ondes électromagnétiques de fréquences comprises entre 2 GHz et 20 GHz, des calculs effectués par le demandeur ont montré que le côté d des mailles carrées formées par le grillage doit être aussi petit que possible et l'épaisseur e du fil aussi grande que possible. Par ailleurs, le rapport entre le diamètre e des fils métalliques constituant le grillage 16 et le côté d des mailles carrées formés par ce grillage doit être inférieur à 0,1. Cette caractéristique permet de donner au coefficient de transmission optique une valeur telle qu'au moins 80 % des rayonnements visible et infrarouge soient transmis par la verrière. Pour tenir compte des conditions imposées au e rapport - pour rendre maximal le coefficient de d transmission optique, cela conduit à donner au diamètre e des fils métalliques formant le grillage une valeur au plus égale à environ 100 um. La valeur donnée au diamètre e des fils métalliques formant le grillage 16 est conditionnée par ailleurs par le respect de l'hypothèse selon laquelle le diamètre du fil est grand devant l'épaisseur de peau. En effet, cette condition doit être satisfaite pour que les fils puissent être considérés comme parfaitement conducteurs, conformément à une hypothèse dont dépendent les calculs faits par le demandeur. Dans la pratique, cette hypothèse est nécessairement satisfaite en raison des contraintes technologiques de fabrication des fils métalliques, qui ne permettent pas actuellement de fabriquer des fils de diamètre très inférieur à 30 um. L'évolution ultérieure des techniques de fabrication des fils métalliques peut toutefois conduire à prendre en compte cette limitation. Un compromis satisfaisant entre les différentes contraintes est obtenu en réalisant le grillage 16 au moyen d'un fil de 25 um de diamètre et en formant des mailles carrées de 1 mm de côté. Ces caractéristiques permettent d'assurer une transmission d'environ 95 % dans le domaine optique pour une atténuation de la transmission hyperfréquence d'au moins 9 à 14 dB, selon le nombre et la nature des couches de diélectrique contenues dans la verrière. Ainsi, on a représenté sur la figure 2, l'atténuation de la transmission hyperfréquence au travers d'une verrière de protection comprenant une couche extérieure de verre de 3 mm d'épaisseur, une couche intermédiaire de PVB de 1,5 mm d'épaisseur et une couche intérieure de verre de 3 mm d'épaisseur. La courbe 18, en traits mixtes, montre l'atténuation de la transmission (en dB), sur la bande hyperfréquence comprise entre 2 GHz et 20 GHz, dans le cas d'une verrière dépourvue de blindage électromagnétique. On voit que la valeur maximale prise par cette atténuation n'excède pas 4 dB. Au contraire, la courbe 20 , en trait plein, représente l'atténuation de la transmission (en dB), sur la bande hyperfréquence, lorsque la verrière de protection est réalisée avec un blindage électromagnétique conforme à l'invention, les valeurs du côté d des mailles du grillage et du diamètre e du fil étant respectivement de 1 mm et de 25 um. On voit sur la figure 2, que l'atténuation est toujours supérieure à 11 dB dans la bande hyperfréquence comprise entre 2 GHz et 20 GHz. Comme on l'a déjà indiqué, la valeur de l'atténuation de la transmission hyperfréquence au travers de la verrière varie selon le nombre et la nature des matériaux diélectriques présents dans la verrière. Cette variation s'explique notamment par les différences de permittivité entre les matériaux diélectriques. Elle conduit à une atténuation qui reste en permanence supérieure à 14 dB dans la bande des hyperfréquences lorsque la verrière comprend une seule couche de diélectrique constituée par 4 mm de PMMA. L'atténuation minimale est de 9 dB lorsque la verrière de protection comprend deux couches de diélectrique formées par une couche extérieure de 3 mm de verre et une couche intérieure de 3,8 mm de PU. Cet exemple montre qu'il est possible, conformément à l'invention, de réaliser une verrière de protection incorporant un blindage électromagnétique efficace en limitant les pertes par transmission dans le domaine optique à des valeurs très faibles. De plus, le grillage 16 à mailles carrées qui constitue le blindage électromagnétique selon l'invention peut être fabriqué aisément selon des techniques industrielles bien connues, et introduit dans la verrière sans difficultés particulières, ce qui limite le coût de fabrication de la verrière à des valeurs acceptables. Comme on l'a déjà indiqué, la présence ou l'absence de diélectrique dans l'espace intérieur des mailles carrées du grillage 16 est pratiquement sans influence sur les performances de la verrière. Toutes les valeurs données précédemment, notamment en référence à la figure 2, concernent le cas où les ondes électromagnétiques arrivent sur la verrière en incidence normale. Au fur et à mesure que l'on s'éloigne de l'incidence normale, l'efficacité du blindage tend à diminuer, de la même manière que dans les autres technologies existantes. REVENDICATIONS 1. Verrière de protection comprenant au moins une couche de diélectrique (10, 12, 14) et un blindage électromagnétique (16) fixé sur une face de ladite couche, caractérisée par le fait que le blindage électromagnétique est un grillage (16) à mailles carrées, de côté d, formé de fils électriquement conducteurs de diamètre e, satisfaisant simultanément les relations d 4 1 mm 1 um um e avec - d 2. Verrière selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comprend une seule couche (10) de diélectrique, le grillage (16) étant fixé sur une face de cette couche tournée vers l'intérieur de la verrière. 3. Verrière selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comprend au moins deux couches (10, 12) de diélectrique, le grillage (16) étant fixé entre les couches les plus proches de l'extérieur de la verrière. 4. Verrière selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que le grillage (16) est fixé sur le diélectrique par collage, de telle sorte que les mailles ne contiennent pas de diélectrique. 5. Verrière selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que le diélectrique (10) est coulé sur le grillage (16), de telle sorte que les mailles sont remplies de diélectrique. 6. Verrière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le côté d des mailles du grillage (16) est sensiblement égal à 1 mm, et le diamètre e des fils formant ce grillage est sensiblement égal à 25 um. 7. Verrière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le diamètre e des fils du grillage (16) est très supérieur à un micromètre. 8. Verrière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle est appliquée à un aéronef.