Brevet FR2916897A3 — publié le 20081205

FR 2916897 A3 20081205 FR 0703818 A 20070530 UNITE ACTIVE A DEFORMATION RAPIDE ET SIEGE A DEFORMATION RAPIDE CORRESPONDANT. L'invention concerne une unité active à déformation rapide et un siège à déformation rapide correspondant. Un tel siège est plus particulièrement destiné à un véhicule automobile. Il existe déjà des sièges pourvus de dispositifs de déformation permettant d'adapter la forme du siège à son occupant, ou de modifier cette forme en fonction de la situation de marche du véhicule (virages, accélération, ...), ou encore permettant un massage de l'occupant. La plupart des solutions proposées reposent sur des systèmes électropneumatiques. Des coussins gonflables à l'air sont placés dans différentes zones du siège et sont reliés à un mécanisme pneumatique intégré au siège qui permet de gonfler chaque coussin séparément. Un tel système nécessite un boîtier de commande et des soupapes électropneumatiques, qui doivent également être intégrées au siège. Toutefois ces systèmes présentent des temps de réaction faibles, et nécessitent en plus d'une unité centrale électronique, l'utilisation de compresseurs qui augmentent le poids du véhicule et peuvent engendrer des problèmes au niveau de la qualité de source sonore dans l'habitacle, ainsi que des problèmes de vibrations internes. Par ailleurs, ces systèmes sont particulièrement lourds et chers. Enfin, les zones d'action (coussins gonflables) sont larges et ne permettent pas un contrôle précis de l'action. Il a été envisagé de remplacer le compresseur par une pompe à air constituée de matériaux polymères (polymères électro-actifs) possédant des propriétés piezo-électriques, et pouvant s'épandre et se contracter en réponse à l'application d'une tension via des électrodes en contact avec les matériaux polymères. Une pompe à air de ce type est décrite dans le document US 2006/0074325. L'air généré par les contractions/rétractions des membranes est transmis dans les poches situées dans le siège qui se gonflent /dégonflent selon les besoins. Cette pompe présente l'avantage d'être silencieuse, moins lourde et moins encombrante que les compresseurs, mais présente un temps de réaction qui n'est pas immédiat. Une autre solution décrite dans le document US 6 578 916 consiste à réaliser des poches en matériau dont la déformation peut être contrôlée électriquement. Le siège est pourvu de coussins de support formés d'une enveloppe externe en matériau composite polymère pouvant se déformer sous l'action d'une sollicitation électrique. Cette enveloppe composite est formée d'une matrice polymère sans propriétés piezo-électriques particulières, mais emprisonnant des fibres actives de matériaux piezo-céramique, tels que le plomb zirconate titanate (PZT). Un tel système présente un temps de réaction très rapide. Sa fiabilité peut toutefois se détériorer au cours du temps suite à une dégradation de l'interface entre les fibres piezo-céramiques et la matrice polymère, conduisant à une détérioration du temps de réaction et de l'amplitude de la déformation. L'invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un système à temps de réaction très rapide et présentant une meilleure fiabilité dans le temps que les systèmes existants. A cet effet, l'objet de l'invention concerne une unité active à déformation rapide destinée à être reliée à un dispositif d'application d'une tension, caractérisée en ce que l'unité active est constituée d'une membrane en polymère électro-actif ionique dont chaque face est, au moins partiellement, recouverte d'au moins une électrode destinée à être reliée au dispositif d'application d'une tension. L'ensemble est ainsi entièrement réalisé en polymère électro-actif, de sorte qu'il n'y a pas de risque de perte de fiabilité due à une dégradation au niveau d'interface, comme dans la solution décrite dans le document US 6 578 916. De plus, les polymères électro-actifs ioniques présentent l'avantage de nécessiter une faible tension d'activation due à la présence de charges conductrices pour obtenir une déformation conséquente et rapide, avec une réversibilité parfaite. Ainsi, lorsqu'une faible tension (de l'ordre de 1 à 5V) est appliquée à la membrane en polymère électro-actif ionique, via des électrodes conductrices, les anions fixes de la matrice et les cations mobiles sont soumis à un champ électrique. Les cations diffusent vers l'électrode négative, ce qui induit une déformation de la membrane de type déplacement . Par rapport à l'application visée, à savoir une utilisation pour un siège de véhicule automobile, la tension à appliquer pourrait être plus élevée suivant le niveau de déplacement recherché. Il est par ailleurs possible d'ajuster les valeurs de déformation de la membrane en modifiant la quantité de charges conductrices au sein du polymère, le type de charges anioniques (par exemple des fonctions sulfonées) ou cationiques (protons, cations, .), en choisissant notamment l'épaisseur de la membrane et la nature du solvant utilisé pour le déplacement cationique...DTD: Avantageusement, chaque électrode est formée d'une couche conductrice déposée sur une face de la membrane. La membrane peut être recouverte d'une couche conductrice par différentes méthodes : dépôt sous vide (noir de carbone, argent, or, ...), enduction d'une couche conductrice par différentes méthodes (pinceau, spray, ...), ou bien la couche conductrice peut être formée d'un tissu conducteur suffisamment flexible. Chaque face de la membrane peut comporter une unique électrode, recouvrant tout ou partie de la face, ou une pluralité d'électrodes. Dans ce dernier cas, une partie ou la totalité des électrodes peuvent être reliées en série pour agir simultanément sur la zone correspondante de la membrane, et/ou certaines électrodes peuvent être commandées individuellement et indépendamment les unes des autres, pour une commande ponctuelle de la membrane. De préférence, le polymère électro-actif ionique utilisé dans la présente invention est un ionomère. Les ionomères sont des polymères ioniques faiblement chargés qui gonflent en présence de solvant polaire, tel que l'eau, sans être dissous par le solvant. La charge ionique peut être de différents types carboxylique (acide faible), sulfonique (acide fort), ... L'ionomère peut être choisi parmi les membranes ioniques classiques, telles que les membranes perfluorées, par exemple de type Nafion , dont la formule chimique est : [[C'F2_CF2±cF2ùF ' 1 CF,-CF-O-CF2-CF--SO3H - 1 CF; Avecx=6à 10. Toutefois, les membranes ioniques de ce type présentent l'inconvénient d'avoir une conductivité fortement dépendante de l'état d'hydratation de la membrane. En effet, dans ce type de membrane, l'eau adsorbée remplit les zones hydrophiles à proximité des fonctions ioniques, et induit un gonflement de la structure de la membrane qui engendre la création de chemins directs pour le transport des cations. La conductivité atteint sa valeur maximale lorsque le niveau d'hydratation est maximal. Or, exposé à l'air ambiant, la membrane se déshydrate rapidement et ne possède plus les propriétés recherchées. Des additifs de type SiO2 peuvent alors être ajoutés pour conserver l'eau dans la structure de la membrane, et/ou un vecteur différent de l'eau peut être utilisé pour la conduction ionique, tel que par exemple des liquides ioniques ayant une faible tension de vapeur (vapeur saturante), permettant une utilisation sur une large gamme de température. De préférence, on utilisera dans le cadre de la présente l'invention une membrane composite présentant une bonne conductivité (10-2 à 10-1 S/cm) dans la gamme de températures considérée pour une application à un siège de véhicule automobile (0 à 60 C environ), et utilisant un liquide ionique pour assurer la fonction de conduction ionique. A titre d'exemple, une membrane de ce type est décrite dans la demande WO2005/045976 au nom de la Demanderesse. Globalement, toute membrane composite entrant dans le cadre de la présente invention est formée d'une matrice polymère et d'un liquide ionique. Des composés additionnels, tels que des charges inorganiques (SiO2, ...) et/ou des hétéropolyacides, peuvent également être inclus dans la membrane composite. La sélection des composants de la membrane se fait de manière à garantir la non élution de composants au cours de l'utilisation de la membrane, et la conservation du composant permettant le transport ionique. A cet égard, une membrane ainsi obtenue est supérieure aux membranes classiques ioniques pour lesquelles le milieu nécessaire au transport (eau) s'évapore rapidement sans une alimentation en eau. D'autres éléments que ceux cités pourraient également être rajoutés dans le but de maintenir les composés à l'intérieur de la membrane, ou de modifier et renforcer d'autres propriétés recherchées telles que la flexibilité et la résistance mécanique de la membrane composite en fonction de l'application visée et des propriétés spécifiques recherchées. Avantageusement, la matrice polymère est choisie pour ses propriétés filmogènes afin de permettre la formation de membranes, et pour des propriétés de flexibilité et de résistance mécanique suffisantes pour exercer une déformation. De préférence, cette matrice sera choisie parmi : polysulfone (PS), polyéthersulfone (PES), polyphénylsulfone (PPS), difluorure de polyvinylidène (PVdF), polyimide (PI), polybenzimidazole (PBI), polyétheréthercétone (PEEK), polyéthercétone (PEK), polyamide (PA), polyuréthane (PU) et des mélanges de ceux-ci. Le liquide ionique sera choisi de manière à ne pas s'évaporer et à 15 permettre l'atteinte du niveau de conductivité (10-2 à 10-1 S/cm) dans les conditions d'utilisation de la membrane composite. De préférence, le liquide ionique est formé d'un ou plusieurs sels à faible point de fusion, de préférence insoluble dans l'eau. Il s'agit par exemple de sels organiques (non dépendant de l'eau) faisant partie de la 20 famille des sels d'imidazolium et de pyridinium (sels de pyridine d'acide fort). De préférence, ces sels ont un point de fusion compatible avec le domaine de température visé pour l'application, par exemple de 0 à 60 C environ pour une application à un siège de véhicule. La silice, quand elle est présente, est nanodispersée dans la 25 matrice, ce qui permet d'éviter une sorte de précipitation dans la matrice polymère. De préférence, le précurseur organique hydrolysable de la silice fait partie de la famille des alcoxysilanes. Néanmoins, tous types de charges inorganiques peuvent être envisagés. L'hétéropolyacide éventuellement présent est choisi parmi les 30 hétéropolyacides présentant une structure en forme de cage du type PWA Keggin (PWA : 12-phosphotungstic acid = acide 12-tungstophosphorique). Ces structures possèdent un agencement particulier des atomes créant une cage proche d'une structure tétrahédrique générant une structure d'accueil. Il s'agit par exemple de 35 la famille des 12-hétéropolyacides, tels que l'acide 12-tungstophosphorique (H3PW12O4o, nH2O), ou l'acide 10-tungsto-2-vanadophosphorique (H5PW1oV2O40, nH2O). L'invention concerne également un siège à déformation rapide comprenant un châssis composé d'une partie d'assise et d'une partie de dossier, le châssis supportant au moins une zone déformable, et le siège comportant au moins un dispositif d'application d'une tension, caractérisé en ce que la zone déformable est formée d'au moins une unité active à déformation rapide selon l'invention. Avantageusement, la zone déformable est formée de plusieurs unités actives empilées les unes sur les autres et/ou placées les unes à côté des autres. L'empilement de plusieurs unités actives permet d'additionner les forces de déplacement générées pour chaque membrane. Les électrodes des membranes sont alors reliées en série. Lorsque plusieurs unités actives sont placées les unes à côté des autres, éventuellement avec un recouvrement partiel au niveau des bords des membranes, une commande individuelle de chaque unité active (ou une commande simultanée de groupes d'unités actives dont les électrodes sont reliées en série) permet d'ajuster et de contrôler des zones précises. L'homme du métier comprendra que les possibilités d'agencement et de combinaison des unités actives selon l'invention sont très nombreuses et seront choisies en fonction des résultats souhaités. Pour des raisons de simplicité de mise en oeuvre, on choisira préférentiellement une solution comportant une seule unité active, pour laquelle les caractéristiques de la membrane (épaisseur, quantités de charges, ...) auront été choisies de manière à obtenir la force de déplacement recherchée. Avantageusement, le siège à déformation rapide selon l'invention comprend au moins une zone déformable située au niveau des bords latéraux des parties d'assise et/ou de dossier, et/ou au niveau de la partie centrale inférieure de la partie de dossier. L'invention est maintenant décrite en référence au dessin annexé, non limitatif, dans lequel : - la figure 1 est une représentation schématique en perspective d'un siège selon l'invention ; - La figure 2 est une coupe transversale d'une membrane électro-active ; - la figure 3 est une coupe transversale de la membrane de la figure 2 déformée par l'application d'une tension, - la figure 4 est une représentation en perspective schématique d'une zone déformable formée d'une pluralité d'unités actives selon l'invention, - les figures 5a et 5b sont des représentations en perspectives schématisées d'une unité active activée et désactivée, respectivement, - la figure 6 est une représentation en perspective schématisée d'une variante d'une unité active selon l'invention. La figure 1 représente un siège à déformation rapide selon l'invention, comprenant un châssis 1 composé d'une partie d'assise 2 et d'une partie de dossier 3. 15 Le châssis 1 supporte plusieurs zones déformables 4. Chaque zone déformable 4 est formée d'une ou plusieurs unités actives 8 à déformation rapide selon l'invention. La zone déformable peut être une poche remplie d'un élément confort , tel que de la mousse (en morceaux, petites boules, ...), la membrane active de chaque unité 20 active constituant l'enveloppe externe de cette poche. Dans une variante non représentée, chaque zone déformable peut être formée d'une pluralité d'unités actives à déformation rapide, de manière à permettre une meilleure adaptabilité de cette zone déformable du siège. Dans l'exemple, le siège représenté comprend une zone 25 déformable 4 située au niveau de chaque bord latéral de la partie d'assise 2 et de la partie de dossier 3, ainsi qu'une zone déformable 4 située au niveau de la partie centrale inférieure de la partie de dossier. Le siège comporte également un dispositif d'application d'une tension 5. 30 Chaque unité active 8 à déformation rapide est reliée au dispositif d'application d'une tension 5 et est constituée d'une membrane 6 en polymère électro-actif ionique dont chaque face est reliée à une électrode 7 destinée à être reliée au dispositif 5 d'application d'une tension. 35 Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, la membrane 6 est recouverte de part et d'autre par une couche conductrice 7, tel que représenté schématiquement en coupe sur les 10 figures 2 et 3. Les couches conductrices 7 forment ainsi les électrodes de la membrane et sont reliées au dispositif d'application de la tension 5 du siège. Tel que développé plus haut, la membrane utilisée peut être tout type de membrane composite décrit dans la présente invention ou tout type de membrane ionique classique telle que le Nafion . Dans une variante non représentée, on peut envisager de réaliser une zone déformable formée d'un empilement d'unités actives. Chaque face de chaque membrane d'une unité active étant reliée à au moins une électrode elle-même reliée au dispositif d'application d'une tension. Une telle superposition d'unités actives sera de préférence prévue ponctuellement aux endroits où l'on souhaite un plus fort déplacement de la zone déformable. En variante, une zone déformable 4 peut être formée de plusieurs unités actives 8 juxtaposées, par exemple à la manière d'un damier ou d'une trame, seuls les bords des membranes 6 se superposant, par exemple sur deux côtés opposés d'une membrane, tel que représenté sur la figure 4 (pour plus de clarté, les dimensions et les espaces ont été exagérés sur cette figure, et les électrodes ne sont pas représentées). Lors de l'application d'une tension sur la membrane 6, les cations mobiles de la membrane se déplacent vers le pôle négatif de la membrane, tel que représenté figure 3, induisant un déplacement de la membrane, et un gonflement de l'unité active, et donc de la zone déformable correspondante, tel que représenté sur les figures 3 et 5a. Le phénomène est complètement réversible en supprimant la tension appliquée (figure 5b). Une adaptation rapide, quasiment instantanée de l'unité active est ainsi obtenue. Dans la variante représentée figure 6, pour une meilleure modularité, il est possible de positionner plusieurs électrodes 7' espacées sur chaque face d'une membrane 6' d'une unité active 8', indépendamment des dimensions de la membrane. Un tel agencement permet de générer différents déplacements en différents points d'une même membrane. REVENDICATIONS 1. Unité active à déformation rapide (8) destinée à être reliée à un dispositif d'application d'une tension (5), caractérisée en ce que l'unité active est constituée d'une membrane (6) en polymère électro- actif ionique dont chaque face est, au moins partiellement, recouverte d'au moins une électrode destinée à être reliée au dispositif d'application d'une tension. 2. Unité active à déformation rapide selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque face de la membrane est recouverte d'une couche conductrice (7) formant une électrode. 3. Unité active à déformation rapide selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le polymère électro-actif ionique est un ionomère. 4. Unité active à déformation rapide selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la membrane est une membrane composite comprenant une matrice polymère et un liquide ionique. 5. Unité active à déformation rapide selon la revendication 4, caractérisée en ce que la membrane contient une charge inorganique, telle que de la silice, et/ou un hétéropolyacide. 6. Unité active à déformation rapide selon la revendication 5, caractérisée en ce que le précurseur organique hydrolysable de la silice comprend un membre de la famille des alcoxysilanes. 7. Unité active à déformation rapide selon la revendication 5, caractérisée en ce que 1'hétéropolyacide est choisi parmi les hétéroacides présentant une structure en forme de cage du type PWA Keggin. 8. Unité active à déformation rapide selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisée en ce que la matrice polymère est choisie parmi : polysulfone (PS), polyéthersulfone (PES), polyphénylsulfone (PPS), difluorure de polyvinylidène (PVdF), polyimide (PI), polybenzimidazole (PBI), polyétheréthercétone (PEEK), polyéthercétone (PEK), polyamide (PA), polyuréthane (PU) et des mélanges de ceux-ci. 9. Unité active à déformation rapide selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisée en ce que le liquide ionique est formé d'un ou plusieurs sels à faible point de fusion, de préférence insoluble dans l'eau. 10. Siège à déformation rapide (1) comprenant un châssis composé d'une partie d'assise (2) et d'une partie de dossier (3), le châssis supportant au moins une zone déformable (4), et le siège comportant au moins un dispositif d'application d'une tension (5), caractérisé en ce que la zone déformable est formée d'au moins une unité active déformable (8) selon l'une des revendications 1 à 9. 11. Siège à déformation rapide selon la revendication 10, caractérisé en ce que la zone déformable est formée de plusieurs unités actives (8) empilées les unes sur les autres et/ou placées les unes à côté des autres. 12. Siège à déformation rapide selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une zone déformable située au niveau des bords latéraux des parties d'assise et/ou de dossier, et/ ou au niveau de la partie centrale inférieure de la partie de dossier.15