Brevet FR2909447A1 — publié le 20080606

La présente invention concerne la fabrication des dispositifs de mesure de conductivité d'un liquide ultrapur, notamment de l'eau ultrapure, en particulier pour des dispositifs de mesure de substances organiques ou de carbone organique total ("Total Organic Carbon" ou "TOC" en anglais) dans un échantillon de liquide. De nombreuses applications technologiques modernes ont besoin, pour leur fonctionnement, d'une eau ultrapure, en particulier dans les industries chimiques, pharmaceutiques, médicales et électroniques. Actuellement, comme décrit par exemple dans le brevet US 4 767 995, les cellules de mesure de conductivité utilisées par exemple dans les systèmes de purification d'eau, se composent d'au moins deux pièces en matériau conducteur formant électrodes et montées tête bèche sur un même corps de pièce en matériau isolant avec chevauchement axial. L'une des électrodes au moins est creuse pour recevoir dans sa creusure, l'autre électrode coaxialement avec la première pièce. L'espace entre les deux électrodes définit un volume d'échantillon sur lequel est effectuée la mesure. Une telle disposition est destinée à permettre l'obtention d'une constante de cellule suffisamment faible pour permettre la mesure de la conductivité d'un liquide ultrapur. On rappellera, à cet égard, que la conductivité est la mesure du flux d'électrons qui traversent une substance. Elle est directement proportionnelle à la concentration en ions, à la charge portée par chacun de ces ions (valence) et à leur mobilité. Cette mobilité est fonction de la température, et par conséquent, la mesuré de la conductivité dépend elle aussi de la température. Dans l'eau théoriquement pure, les deux seules espèces ioniques présentes proviennent de la dissociation des molécules d'eau en H+ et OH-. Ainsi, à 25 , la conductivité théorique d'un échantillon d'eau exempt de contaminant ionique est égale à 0,055 S/cm, c'est-à-dire une résistivité (inverse de la conductivité) égale à 18,2 Mû.cm. Cette conductivité est mesurée en appliquant un potentiel électrique entre les deux électrodes plongées dans l'échantillon d'eau. Elle est déterminée à partir de la tension et de l'intensité du courant produit à l'intérieur de la cellule de mesure de conductivité. 2909447 2 Cette mesure de conductivité est affectée par la géométrie de la cellule : la surface totale des électrodes (s) et la distance qui les sépare (L). Ces deux derniers paramètres définissent la constante de cellule constante de cellule = Lis. 5 En pratique, plus la surface de l'électrode est grande, plus l'intensité du courant généré est élevée pour une tension donnée et donc plus la mesure de courant est précise. Cela signifie que plus la constante de cellule est faible, meilleure est la précision de la mesure. C'est particulièrement important quand il s'agit d'eau ultrapure. En 10 effet, de faibles constantes de cellule ( REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un dispositif de mesure de conductivité d'un liquide, notamment de l'eau ultrapure, du genre comportant deux électrodes de mesure de la conductivité propres à définir une constante de cellule permettant à la mesure de la conductivité du liquide ultrapur, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser chacune des électrodes en formant un motif d'électrode sur un substrat en matière isolante avec de la matière électriquement conductrice. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les motifs d'électrodes sont réalisés par gravure d'une couche de matière préalablement déposée sur le substrat ou sur une couche sous-jacente elle-même déposée sur ce substrat. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la matière électriquement isolante du substrat est choisie dans le groupe comprenant le verre de quartz, le Mylar et le silicium. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la matière électriquement conductrice formant électrode de mesure de conductivité est choisie dans le groupe comprenant le carbone, le platine, l'argent, l'or, le titane, et le diamant dopé au bore. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé 25 en ce qu'on réalise des motifs d'électrodes de mesure de conductivité se présentant sous la forme de deux peignes imbriqués formant une structure interdigitée. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à réaliser une thermistance sur le substrat en formant 30 un motif sur celui-ci avec de la matière conductrice ou semi-conductrice. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la matière de la thermistance est choisie dans le groupe comprenant le polysilicium, le platine et le diamant dopé au bore. 2909447 17 8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le ou chaque motif formant électrode de mesure de conductivité, lorsque réalisé sur la couche sous-jacente de matière formant thermistance, est séparé de celle-ci par un 5 dépôt de matière électriquement isolante, de préférence de l'oxyde de silicium (SiO2) ou du nitrure de silicium (Si3N4). 9. Dispositif de mesure de conductivité d'un liquide, notamment de l'eau ultrapure, du genre comportant deux électrodes (15, 16) de mesure de conductivité 10 propres à définir une constante de cellule permettant la mesure de la conductivité d'un liquide ultrapur, caractérisé en ce que chaque électrode se présente sous la forme d'un motif de matière électriquement conductrice sur un substrat (13) en matière électriquement isolante. 15 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte une cellule ayant une chambre (14) de mesure de conductivité communiquant avec l'extérieur de la cellule par une entrée et une sortie de liquide (21, 22) ménagées dans la cellule, et recouvrant au moins partiellement les motifs des électrodes de mesure de conductivité. 20 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que la cellule comporte deux éléments complémentaires (12, 13), l'un comportant un évidement formant la chambre (14) de mesure de conductivité et l'autre formant le substrat (13), les entrée et sortie de liquide de la cellule étant ménagées dans l'élément formant substrat (13). 12. Dispositif selon l'une des revendications 10 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier en deux parties (10, 11) à la faveur duquel est logée la cellule et des moyens d'assemblage par serrage (29a-29d) des deux parties propres à assurer l'étanchéité de la cellule de mesure de conductivité. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que la matière électriquement isolante du substrat est choisie dans le groupe comprenant le verre de quartz, le Mylar et le silicium. 2909447 18 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que la matière électriquement conductrice formant électrode de mesure de conductivité est choisie dans le groupe comprenant le carbone, le 5 platine, l'argent, l'or, le titane, et le diamant dopé au bore. 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 14, caractérisé en ce que les motifs d'électrodes de mesure de conductivité se présentent sous la forme de deux peignes imbriqués formant une structure 10 interdigitée. 16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 15, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à réaliser une thermistance (17) sur le substrat en formant un motif sur celui-ci avec de la matière conductrice ou semi- 15 conductrice. 17. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que la matière de la thermistance est choisie dans le groupe comprenant le polysilicium, le platine et le diamant dopé au bore. 20 18. Dispositif selon la revendication 16 ou 17, caractérisé en ce que le ou chaque motif formant électrode de mesure de conductivité, lorsque réalisé sur la couche sous-jacente de matière formant thermistance, est séparé de celle-ci par un dépôt de matière électriquement isolante, de préférence de l'oxyde de silicium 25 (SiO2) ou du nitrure de silicium (Si3N4). 19. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 18, caractérisé en ce qu'il comporte des composants électroniques propres au dispositif, sur le revers du substrat. 20. Dispositif de mesure de la teneur en carbone organique total d'un échantillon de liquide comprenant : - un dispositif de mesure de conductivité selon l'une quelconque des revendications 10 à 19, qui présente au moins une fenêtre (12) transparente aux 30 2909447 19 rayons ultraviolets pour effectuer une photo-oxydation de l'échantillon de liquide se trouvant dans la chambre de mesure (14). 21. Dispositif selon la revendication 20, caractérisé en ce qu'il comporte, 5 pour la photo-oxydation, une lampe UV émettant à une longueur d'onde supérieure ou égale à 360 nm et inférieure ou égale à 400 nm, de préférence égale à 365 nm, et un dépôt de photo-catalyseur à base de matière semi-conductrice à large bande d'énergie sur le substrat. 10 22. Dispositif selon la revendication 20, caractérisé en ce qu'il comporte pour la photo-oxydation, une lampe flash au xénon émettant des rayons ultraviolets à une longueur d'onde supérieure ou égale à 160 nm et inférieure ou égale à 400 nm et, éventuellement, un dépôt de photo-catalyseur à base de matière semi-conductrice à large bande d'énergie sur le substrat. 15 23. Dispositif selon la revendication 21 ou 22, caractérisé en ce que la matière semi-conductrice à large bande d'énergie comprend l'un au moins d'un oxyde simple d'un métal de transition, d'un oxyde mixte d'un métal de transition et d'un métal alcalin ou alcalino-terreux et d'un sulfure de métal de transition, de 20 préférence dopé. 24. Dispositif selon la revendication 23, caractérisé en ce que la matière semi-conductrice est choisie dans le groupe comprenant TiO2, ZnO, Fe203, ZrO2, Ta205, SrTiO3, CaTiO3, KTaO3, CdS et ZnS. 25. Dispositif selon l'une des revendications 21 à 24, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur optique (36) agencé du côté du revers du substrat pour détecter les rayons ultraviolets émis par la lampe à rayons ultraviolets. 30 26. Dispositif selon l'une des revendications 21 à 25, caractérisé en ce que la lampe à rayons ultraviolets se présente sous la forme d'une diode électroluminescente. 25