Brevet FR2821366A1 — publié le 20020830

TISSU POSSEDANT DES PROPRIETES DE CONDUCTION DE L'ELECTRICITE Domaine Tehnique L'invention se rattache au domaine des textiles techniques, et plus précisément aux textiles conducteurs de l'électricité. Elle trouve des applications multiples, et notamment dans la réalisation de bâches de camion, d'éléments de toiture souple ou encore d'ameublement ou d'aménagement intérieur. Elle concerne plus particulièrement un tissu chauffant incorporant des fils métalliques et de carbone qui permettent un chauffage par une alimentation basse tension , et qui est par construction très facilement configurable à tout motif de géométrie, et à différentes puissances surfacique de chauffe. Techniques antérieures De façon connue, les textiles conducteurs de l'électricité sont constitués d'un tissu élémentaire support incorporant en chaîne et/ou en trame des fils de cuivre ou plus généralement des fils métalliques. La présence de ces fils confère à la structure des tissus une certaine conductivité électrique en permettant de multiples utilisations, et notamment pour constituer des tissus chauffants. L'objectif de l'invention est de fournir un tissu qui présente des propriétés électriques optimales et continues sur la surface du tissu. De très nombreuses solutions ont déjà été proposées pour intégrer un tel fil conducteur à l'intérieur d'un tissu. Ainsi, dans le document FR 2 340 016, on a décrit un tissu conducteur incluant parmi ses fils de trame, des fils conducteurs de l'électricité. Ces fils de trame sont reliés électriquement en parallèles par deux fils de chaîne conducteurs situés de chaque côté du tissu. On conçoit que ce genre de tissu présente un certain nombre d'inconvénients. En effet, lorsque l'on souhaite réaliser des tissus présentant une largeur suffisante, il est nécessaire de soumettre les fils de trame à une tension relativement importante, généralement égale à la tension réseau 220 volts alternatifs. L'emploi d'une telle tension pose des problèmes de sécurité électrique, et notamment en ce qui concerne les risques de contact par des personnes. Cette tension électrique importante est également nécessaire compte tenu de la médiocrité des connexions existant entre les fils de chaîne formant électrode, et les fils de trame conducteurs. Un autre exemple d'un tel tissu a également été décrit dans le document FR 2 263 658. Dans ce cas, la mise en parallèle des différents fils conducteurs se fait par l'emploi d'un feuillard de cuivre disposé dans les lisières du tissu. L'emploi de ces feuillards présente deux inconvénients majeurs. D'une part, de tels feuillards en cuivre sont relativement rigides et empêchent de conformer le tissu très simplement. D'autre part, la connexion entre le feuillard et les fils conducteurs est relativement médiocre, et oblige donc l'emploi d'une tension élevée, c'est-àdire en pratique la tension de réseau 220 volts, induisant un courant très faible plus compatible avec une telle qualité de connexion. Les inconvénients de l'emploi d'une tension élevée sont les mêmes que ceux indiqués précédemment. En outre, la puissance dissipée par unité de surface, pour un tissu de dimensions données, est uniquement fonction de la tension appliquée. En d'autres termes, il n'est pas possible d'adapter la puissance dissipée en fonction de l'application souhaitée. L'objectif de la présente invention est de fournir un tissu conducteur qui puisse être employé avec des tensions d'alimentation du type basse tension , c'est-à-dire comprise dans la gamme classique allant de 12 volts à 48 volts. Un autre objectif est de permettre une grande modularité de manière à assurer une dissipation d'énergie par unité de surface qui soit configurable par l'utilisateur de façon très aisée. Un autre objectif est de fournir un tissu enduit dont l'enduction ne perturbe pas les propriétés de connexion entre les fils conducteurs. Exposé de l'invention L'invention concerne donc un tissu qui possède des propriétés de conduction de l'électricité. Un tel tissu se caractérise en ce qu'il comporte : dans le sens chaîne ou trame, des groupes de fils de carbone et des groupes de fils non conducteurs de l'électricité, lesdits groupes de fils de carbone formant des bandes régulièrement espacées d'une distance d ; dans le sens trame ou chaîne, des groupes de fils métalliques et des groupes de fils non conducteurs de l'électricité, lesdits groupes de fils métalliques formant des rayures reliant électriquement en parallèle les groupes de fils de carbone entre eux, les rayures de fils métalliques étant régulièrement espacées d'une distance D au moins cinq fois supérieure à la distance d ; ee une couche de revêtement isolant recouvrant chaque face du tissu. Autrement dit, ce tissu comporte, disposées de façon régulière, des bandes de fils de carbone qui assurent une dissipation d'énergie lorsqu'ils sont parcourus par un courant électrique. Ces bandes de fils de carbone sont reliées entre elles par des bandes de fils conducteurs tels que des fils métalliques, les bandes de fils métalliques servant de fils d'alimentation et d'amenée du courant à destination des fils de carbone. Ces bandes de fils d'alimentation sont nettement plus espacées les unes des autres que les bandes de fils de carbone. En utilisant deux matériaux de conductivité nettement différente, c'est-à-dire des fils de carbone présentant une résistivité nettement supérieure à celle des fils métalliques, l'essentiel de la chute de tension se fait aux bornes des fils de carbone, qui assurent donc une dissipation d'énergie très nettement supérieure à celle qui a lieu dans les fils métalliques transversaux. Le tissage des différents fils de la bande de fils de carbone avec les fils métalliques de la bande de fils d'alimentation assure un contact relativement important entre ces différents fils, et donc une connexion qui autorise le passage d'un courant important, et donc l'emploi du tissu en association avec des alimentations électriques basse tension, du type de 12 volts à 48 volts. En outre, la répartition des fils métalliques et des fils de carbone sur l'ensemble de la surface du tissu confère à ce dernier une structure matricielle grâce à laquelle il est possible d'alimenter en tension n'importe quelle longueur ou largeur de tissu, dès lors que cette largeur ou longueur est supérieure à la distance D séparant les bandes de fils métalliques. Autrement dit, les fils d'alimentation sont suffisamment nombreux sur toute la largeur du tissu pour constituer deux électrodes pour n'importe quelle découpe de tissu. Du fait du tissage des fils métalliques et des fils de carbone, la pression exercée sur zone de contact entre ces différents fils est suffisante pour résister à la pression de la matière plastique qui est utilisée lors de l'opération d'enduction du tissu. En pratique, les fils métalliques utilisés peuvent être des fils à base d'alliage de nickel, des fils d'aluminium, des fils en acier inoxydable, ou encore des fils recouverts d'une couche d'or. On préférera par exemple utiliser des alliages de nickel pour sa bonne compatibilité avec la connectique généralement réalisée avec des alliages de cuivre. Compte tenu du très faible nombre de fils d'alimentation métalliques, l'emploi de matériaux relativement coûteux augmente de façon quasi insensible le prix de revient du tissu conforme à l'invention. On privilégiera donc les très bonnes qualités conductrices de certains métaux relativement coûteux. Par ailleurs, les fils non conducteurs utilisés entre les fils métalliques peuvent avantageusement être des fils de polyester, utilisés pour leur bon comportement mécanique. D'autres métaux peuvent également être utilisés dès lors que leur résistivité est suffisamment faible, comparée avec celle des fils chauffants de carbone, et en tenant compte du rapport entre les distances d et D séparant les différentes bandes de fils de carbone et de fils d'alimentation métallique. Dans une forme particulière, les couches de revêtement, et par exemple d'enduction, recouvrant les deux faces du tissu peuvent être différentes. De la sorte, on assure une dissipation de l'énergie qui est différente d'une face à l'autre du tissu, ce qui permet d'orienter le flux de chaleur dans une direction privilégiée. En pratique, on choisit des couches d'enduction qui possèdent des propriétés thermiques différentes, par exemple en utilisant des charges dans des proportions différentes d'une face à l'autre. Avantageusement en pratique, la distance d séparant les bandes de fils de carbone peut être comprise entre 1 et 10 centimètres, la distance séparant les bandes de fils métalliques étant alors comprise entre 20 centimètres et 2 mètres. Grâce à ces dimensions données à titre indicatives et non limitatives, il est possible de découper le tissu en conservant la possibilité d'une alimentation quelle que soit la forme générale de la découpe, dès lors qu'elle est supérieure à la dimension D séparant les rayures de fils métalliques. En pratique, l'alimentation peut s'obtenir en reliant différentes bandes de fils d'alimentation alternativement à une des deux bornes de la source d'alimentation électrique. Selon une autre caractéristique de l'invention, le tissu peut présenter sur ses lisières, et à l'endroit des extrémités des bandes de fils métalliques, des zones dans lesquelles les couches d'enduction sont éliminées. De la sorte, en réalisant une découpe perpendiculaire aux bandes de fils métalliques, au niveau de ces dernières, il suffit d'extraire les couches d'enduction en les faisant coulisser autour des fils métalliques en les tirant vers l'extérieur du tissu. On procéde ainsi de la même manière que l'on dénude un fil métallique gainé en dénudant la zone extrémale de la bande du fil métallique. Il s'ensuit que l'ensemble des fils métalliques ainsi dénudés peuvent être rassemblés pour être ensuite mis en place dans des bornes d'alimentation disposées sur les lisières du tissu. Ces bornes d'alimentation peuvent être disposées à l'extrémité de toutes ou partie des bornes métalliques, en fonction de la tension d'alimentation que l'on souhaite appliquer sur le tissu. Ainsi, en faisant varier le nombre de bandes de fils métalliques présents entre deux bornes d'alimentation électrique, on fait varier la puissance dissipée par unité de surface, ce qui permet d'adapter le tissu à différentes applications. Description sommaire des figures La manière de réaliser l'invention ainsi que les avantages qui en découlent ressortiront bien de la description du mode de réalisation qui suit, donné à titre d'exemple non limitatif, à l'appui des figures annexées dans lesquelles : La figure 1 est une vue schématique d'un tissu conforme à l'invention. La figure 2 est une vue en coupe de détail illustrant le tissage des fils de carbone et des fils métalliques. La figure 3 est une vue en perspective sommaire d'une lisière du tissu conforme à l'invention, pendant la réalisation d'une connexion latérale. La figure 4 illustre une étape ultérieure de celle de la figure 3. La figure 5 est une vue schématique illustrant les différentes possibilités d'alimentation d'un dispositif conforme à l'invention. Manière de réaliser l'invention Comme déjà évoqué, l'invention concerne un textile chauffant qui est réalisé par tissage, et qui incorpore deux types de fils conducteurs différents dans ces sens chaîne et trame. Ainsi, et comme illustré à l'exemple de la figure 1, le tissu (1) comporte des bandes (2) de fils de carbone qui sont espacées d'une distance d. Ce tissu (1) comprend également des bandes (3) de fils métalliques. Dans l'exemple illustré, les fils de carbone présentent un titre de 200 tex et comportent 200 fibres par fils. Chaque bande (2) comprend cinq fils de carbone de ce type. Les bandes (2) de fils de carbone sont espacées d'une distance d de 5 centimètres. Dans une variante de réalisation, on peut remplacer les fils de carbone par des fils ayant des propriétés électriques similaires, c'est-à-dire une résistivité supérieure aux fils d'alimentation. On peut citer par exemple des fils réalisés à partir des fibres métalliques, d'un diamètre de l'ordre du micromètre. Dans l'exemple de la figure 1, les fils métalliques utilisés sont les fils de nickel pur de vingt centièmes de millimètres de diamètre. Chaque bande (3) de fils métalliques comprend dix fils de nickel, ce qui représente une largeur de bande de l'ordre du centimètre. Les bandes (3) de fils métalliques sont distantes d'une distance D valant environ un mètre. Compte tenu du fait que la résistivité du nickel est environ cent fois inférieure à celle du carbone, la chute de tension mesurée le long des fils d'alimentation d'une bande (3) est négligeable au regard de la chute de tension mesurée le long des fils de cuivre entre deux bandes (3) successives. C'est cette dernière chute de tension qui provoque l'échauffement des fils de cuivre et la dissipation d'énergie cherchée. Les fils (4) utilisés pour le reste du tissu sont des fils non conducteurs, par exemple des fils de polyester haute ténacité classiques de 1100 dtex, 200 brins. Bien entendu, les valeurs et les matériaux donnés ci-dessus le sont uniquement à titre d'exemple, et l'invention couvre de multiples variantes de réalisation qui s'en écartent. Le tissage des fils métalliques (13,14) avec des fils de carbone (12) tels qu'illustrés à la figure 2, procure un avantage en ce qui concerne la surface de contact entre ces différents fils. En effet, la zone de contact entre les fils de carbone (12) et les fils métalliques (13) s'étend sur une partie de la circonférence des fils de carbone (13), typiquement supérieure à un quart de cette circonférence. Les fils de carbone qui sont plus souples que les fils métalliques ont tendance à s'écraser, ce qui augmente considérablement la surface de contact. Cette importante surface de contact autorise le passage d'un courant relativement élevé, tel que ceux utilisés pour des alimentations en basse tension du type 12 à 48 volts. A la figure 2, on observe également la présence de la couche d'enduction (15, 16) qui recouvre les deux faces du tissu, empêchant ainsi tout risque de contact avec des zones sous tension. Dans la forme illustrée, les couches d'enduction (15, 16) sont identiques et réalisées par exemple en PVC. Néanmoins, comme déjà évoqué, ces couches (15,16) peuvent être différentes de manière à influencer la direction du flux de chaleur libérée par les fils de carbone (12). A titre d'exemple, lorsque le textile conforme à l'invention est utilisé en tant que couverture supérieure d'un bâtiment, et qu'il est destiné à assurer une fonte controlée des neiges, on privilégiera le flux de chaleur vers la face supérieure du tissu. Dans ce cas, la couche d'enduction (15) située sur la face supérieure du tissu présente une meilleure conductibilité thermique que la couche (16) située sur la face inférieure. De même, l'enduction utilisée peut être telle que ses propriétés de conduction de la chaleur varient sur la surface même d'une face du tissu. Ainsi, en modulant cette conductivité thermique, on peut uniformiser le flux de chaleur émis entre les zones comportant les fils de carbone, et les espaces situés entre ces bandes fils de carbone. Une autre caractéristique de l'invention concerne la facilité avec laquelle le tissu conforme à l'invention peut être relié à l'alimentation électrique. Les figures 3 et 4 illustrent les manipulations nécessaires pour assurer la connexion du tissu à une source d'alimentation. Ainsi, le tissu (1) présente sur sa lisière (5) différents fils de trame qui sont apparents au travers de la couche d'enduction (15). Parmi ces fils apparents, on identifie les fils de polyester (6) non conducteurs, et les fils métalliques (13). Ces fils métalliques (13) font partie d'une bande (3) de fils conducteurs. Après avoir procédé à une entaille du tissu selon les plans (20,21) parallèles à la trame, on a découpé les fils de chaîne (4) en polyester situés dans cette région. On procède par la suite à une légère entaille (22) parallèle aux fils de chaîne pour délimiter la zone qui sera ensuite extraite. Cette entaille (22) peut être réalisée par un outil approprié ou bien encore ne pas être physiquement matérialisée, mais simplement résulter de la traction qui sera effectuée par l'opérateur. Par la suite, l'opérateur exerce une traction sur la zone délimitée par les découpes (20,21, 22). Cette zone (25) coulisse sur les fils métalliques (13), qui est ensuite extraite comme à la figure 4. Cette zone contient les portions de fils de polyester (4) qui ont été préalablement coupées lors de la réalisation des entailles (20,21). Les différents fils métalliques (13) sont alors apparents en lisière du tissu, et il suffit à l'opérateur de les rassembler pour les mettre en place dans l'organe de connectique approprié. La connexion de la bande (3) de fils métalliques (13) est ainsi assurée. Bien entendu, l'opérateur choisit selon la configuration du tissu et la tension d'alimentation les bandes (3) qui doivent être ainsi dénudées. Ainsi, différentes configurations d'alimentation peuvent être utilisées. Ainsi, comme illustré à la figure 5a, la source d'alimentation (26) peut voir sa borne supérieure reliée aux bornes des fils métalliques (3a, 3c, 3e), alors que sa borne inférieure est reliée aux bandes (3b, 3d). Autrement dit, tous les segments de fils de carbone situés entre deux bandes (3) de fils métalliques sont soumis à la tension d'alimentation de la source (26). Dans l'autre configuration illustrée à la figure Sb, la source d'alimentation (27) présente sa borne supérieure reliée aux bandes (3a, 3e) du tissu, tandis que sa borne inférieure est reliée à la bande (3c) du tissu. Dans ce cas, et à tension d'alimentation constante, les segments de fils de carbone sont soumis à une différence de potentiel égale à la moitié de celle de la configuration précédente. Il s'ensuit que la chaleur dégagée par l'unité de surface est égale au quart de celle qui est dissipée dans le cas de la configuration de la source d'alimentation (26). La même logique peut être déclinée avec la configuration de la source d'alimentation (28) illustrée à la figure 5c. Dans ce cas, la source d'alimentation (28) est reliée par sa borne positive à la bande (3a) et à sa borne négative à la bande (3e). A source équivalente, la tension imposée aux fils de carbone vaut le quart de celle de la configuration (26), ce qui se traduit par une puissance dissipée seize fois inférieure. Bien entendu, le schéma de câblage des différentes bandes métalliques (3) peut être adapté en fonction de la puissance de dissipation recherchée, en déterminant la longueur des fils de carbone nécessaire, et donc le multiple de la distance D pour obtenir la dissipation de la puissance souhaitée. Ce câblage peut également être variable à l'intérieur même du tissu, pour concentrer la dissipation d'énergie dans certaines zones particulières. De la même manière, ce câblage peut être adapté en fonction de la tension nominale des sources (26-28) utilisées. Ainsi, à titre d'exemple, pour une puissance à dissiper de l'ordre de 100 watts par mètre carré, une tension d'alimentation de 12 volts peut être suffisante. Il s'agit alors d'applications permettant un léger réchauffement du tissu en vue de l'élimination de la condensation présente sur celui-ci lorsqu'il est utilisé pour réaliser des tentes de chapiteau ou autres constructions analogues. Pour un schéma de câblage, une alimentation en 24 volts quadruplera la puissance dissipée par unité de surface. Ainsi, avec une dissipation de 400 watts par mètre carré, le tissu pourra être utilisé pour réaliser des toits ou des tentures supérieures aptes à supporter la neige. Dans ce cas, le chauffage permettra d'assurer une légère fusion de la neige. Cette fusion sera controlée, de sorte que l'on évitera les accumulations d'eau lors de la fonte des neiges, grâce à une maîtrise des zones dans lesquelles la neige fondera en premier. Lorsque le même schéma de configuration est utilisé avec une source d'alimentation en 48 volts, correspond donc à une dissipation de 1 600 watts par mètre carré, le tissu pourra alors être utilisé pour des applications de chauffage, par exemple pour former des cloisons ou des plafonds chauffants. Il ressort de ce qui précède que le tissu conforme à l'invention présente de multiples avantages et notamment : la possibilité d'être alimenté de façon tout à fait sûre par des alimentations basses tension, du type 12 à 48 volts ; . :. une très grande modularité du fait de sa structure matricielle, qui permet d'obtenir les propriétés recherchées quelle que soit la forme des découpes du tissu ; une grande facilité pour réaliser la connectique aux sources d'alimentation électrique. Applications industrielles Le tissu conforme à l'invention présente de multiples applications grâce d'une part à sa structure matricielle, d'autre part à sa grande facilité de connexion. Ainsi, ce tissu peut être utilisé pour de multiples applications de chauffage, en parois extérieures de bâtiment, ainsi qu'en parois intérieures du type cloison ou autres. Il peut également être utilisé pour des fonctions de chauffage dans toutes sortes d'articles aptes à être revêtus d'un textile. Il peut également s'agir d'accessoires utilisés dans l'habitat tels que des stores. Grâce à ses excellentes qualités électriques, ce tissu peut également être utilisé pour des applications anti-statiques, et notamment dans des domaines où il est nécessaire d'effectuer des extractions de poussières telles que les industries minières, ou les tunnels automobiles ou ferroviaires, ou bien encore dans l'industrie de l'électronique. Il peut également être utilisé pour équiper des bâtiments de manière à leur conférer des propriétés de cage de Faraday. REVENDICATIONS 1/Tissu (1) possédant des propriétés de conduction de l'électricité, caractérisé en ce qu'il comporte : - dans le sens chaîne ou trame, des groupes de fils de carbone (12) et des groupes de fils (4) non conducteurs de l'électricité, lesdits groupes de fils de carbone formant des bandes (2) régulièrement espacées d'une distance d ; - dans le sens trame ou chaîne, des groupes de fils métalliques (13) et des groupes de fils non conducteurs de l'électricité, lesdits groupes de fils métalliques formant des bandes (3) reliant électriquement en parallèle les bandes (2) de fils de carbone entre eux, les bandes (3) de fils métalliques étant régulièrement espacées d'une distance D au moins cinq fois supérieure à la distance d ; - une couche de revêtement isolant (15,16) recouvrant chaque face du tissu. 2/Tissu selon la revendication 1, caractérisée en ce que les fils métalliques (13) sont choisi parmi les fils de nickel, les fils d'aluminium, les fils en acier inoxydable et le fils recouverts d'une couche d'or. 3/Tissu selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fils (14) non conducteurs de l'électricité sont des fils de polyester. 4/Tissu selon la revendication 1, caractérisé en ce que les couches de revêtement isolant (15,16) sont des couches obtenues par enduction. 5/Tissu selon la revendication 1, caractérisé en ce que les couches de revêtement isolant (15,16) sont différentes sur les deux faces du tissu. 6/Tissu selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance d séparant les bandes (2) de fils de carbone est comprise entre 1 et 10 centimètres, et en ce que la distance D séparant les bandes (3) de fils métalliques est comprise entre 20 centimètres et 2 mètres. 7/Tissu selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il présente sur ses lisières (5), et à l'endroit des extrémités des bandes (3) de fils métalliques, des zones (25) dans lesquelles les couches d'enductions (15,16) sont éliminées. 8/Tissu selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des bornes d'alimentation disposées sur ses lisières, à l'extrémité de certains groupes de fils métalliques. Déposant : TISSAGE ET ENDUCTION SERGE FERRARI SA Mandataire : Cabinet LAURENT ET CHARRAS