Brevet FR2956137A1 — publié le 20110812

Dalle pour surface de détection et méthode d'installation d'une telle dalle L'invention a trait aux surfaces de détection, et plus particulièrement aux surfaces de détection au sol. Les surfaces de détection comprennent des capteurs permettant de détecter la présence d'un objet par rapport à la surface en mesurant la variation d'une grandeur physique. On peut mentionner à titre d'exemple les capteurs fonctionnant à partir de la variation d'une résistance, de la quantité de lumière (effet photoélectrique), des déformations d'un matériau ou encore les capteurs dits capacitifs. Les capteurs capacitifs sont des éléments fonctionnant comme des condensateurs dont la capacité peut varier en fonction de la présence d'un objet à proximité du capteur. En effet, la capacité d'un condensateur peut généralement être exprimée par la formule suivante : C= - d avec C la capacité du condensateur, S la surface utile des deux électrodes du condensateur, E la permittivité du diélectrique entre les électrodes et d la distance entre les électrodes. La présence d'un objet vient par exemple perturber le diélectrique de façon à ce que la permittivité varie, induisant une variation de la capacité. L'objet peut également être utilisé en tant qu'électrode supplémentaire, formant un deuxième condensateur avec l'une des électrodes du capteur, de sorte que la capacité totale est augmentée. La mesure de la variation de la capacité indique alors la présence ou non d'un objet à proximité du capteur, voire sa distance au capteur. Les capteurs capacitifs sont largement employés du fait notamment de leur facilité de mise en oeuvre, de leur précision et de leur réactivité. Les surfaces de détection connaissent de nombreuses applications. On peut citer déjà les écrans tactiles, qui permettent aux ordinateurs, PDA, téléphone portable, et autres dispositifs à écran, de s'affranchir de l'utilisation d'une interface (par exemple clavier, souris, pavé tactile) en intégrant directement l'interface avec l'utilisateur dans l'écran. Les écrans tactiles utilisent en particulier les capteurs capacitifs, placés derrière une paroi souple transparente. Un utilisateur fait varier la N004 B002 FR - brevet tqd capacité par exemple au moyen d'un doigt ou d'un stylet, comme il est présenté dans le document US 2008/011714. Les surfaces de détection sont également employées dans la détection au sol. Le document US 6,515,586 présente un exemple de détection au sol. La surface de détection est formée par une couche supérieure et une couche inférieure de part et d'autre d'une couche de détection. Des capteurs, de n'importe quel type, sont disposés en ligne sur la couche de détection. La couche supérieure peut être de tout type, par exemple en fibres tissées dans lesquelles les capteurs seraient directement cousus. Chaque ligne est analysée successivement. Lorsqu'un capteur est activé, la variation d'un signal sur la ligne est mesurée indiquant la présence notamment d'un intrus. Une alarme est alors déclenchée. Le document US 2006/0071674 décrit une surface de détection au sol pour détecter le mouvement d'objets ou de personnes. Les capteurs sont placés sur un plancher, une plaque de mise à la terre éventuellement interposée entre les capteurs et la dalle. Une couche de protection isolante est placée immédiatement au-dessus des capteurs, et une couche rigide recouvre l'ensemble, de façon à protéger les capteurs. Le document US 5,798,703 propose d'utiliser deux couches superposées au sol, faisant office d'un interrupteur dans un circuit, de sorte que le circuit est fermé lorsqu'un personne se trouve sur la surface, et qu'un signal est généré. Le document US 4,675,659 décrit un système permettant de générer une alarme lorsqu'aucune présence n'est détectée. En particulier, des capteurs sont placés dans le sol, sous une couche de matériau déformable. Ainsi, une personne se tenant sur la surface provoque le contact entre deux capteurs sous la couche déformable, générant un signal. Les surfaces de détection de l'art antérieur présenté se révèlent cependant inadaptées aux capteurs capacitifs. Tout d'abord, le principe même du fonctionnement des capteurs capacitifs requiert que l'environnement des capteurs n'interfère pas avec l'objet à détecter. En effet, il s'agit de ne pas perturber les N004 B002 FR - brevet tqd capteurs par les matériaux utilisés pour réaliser la surface, ce qui détériorerait leurs performances. A cet effet, la protection proposée dans le document US 2006/0071674 est inadaptée aux capteurs capacitifs. En effet, les capteurs sont recouverts d'une couche isolante, de sorte que tout objet placé au dessus ne sera pas détecter. Par ailleurs, la plaque de mise à la terre placée sous les capteurs induiraient une capacité tellement importante, que toute variation due à un objet ne serait pas visible. Il est toutefois nécessaire de protéger les capteurs. En effet, dans les applications au sol, des personnes sont susceptibles de marcher sur la surface. Il s'agit d'éviter le contact direct avec les capteurs, qui risquerait de les endommager. Par ailleurs, il est souhaitable de dissimuler les capteurs, que ce soit aussi bien pour des raisons esthétiques, notamment lorsque la surface est mise en place dans un logement, que pour des raisons de sécurité, par exemple lorsque la surface a pour but de prévenir la présence d'intrus. En outre, on peut utiliser les surfaces de détection comme moyen de localisation. Les capteurs de présence sont placés de manière à ce qu'ils forment un maillage. Ainsi, en connaissant la position des capteurs, lorsque deux capteurs qui se croisent sont activés, leur point d'intersection permet de localiser une personne ou un objet sur la surface. Le document JP 10-213499 donne un exemple d'un tel maillage. Il est donc avantageux de maintenir les capteurs en position, de manière à ne pas fausser la localisation des capteurs activés. La présente invention a notamment pour but de pallier aux inconvénients précités, en proposant un sol instrumenté pour la détection de présence comportant des capteurs capacitifs conservant les performances des capteurs. La présente invention a également pour but de proposer un sol instrumenté facile à mettre en oeuvre, tout en garantissant discrétion à la fois pour des considérations esthétiques mais aussi pour des considérations de sécurité. N004 B002 FR - brevet tqd A cet effet, selon un premier aspect, la présente invention propose un sol instrumenté pour la détection de présence, rapporté sur une dalle et comprenant : une sous-couche réalisée dans un matériau électriquement isolant, posée sur la dalle ; des capteurs capacitifs posés sur la sous-couche ; une chape posée sur la sous-couche isolante et recouvrant les capteurs ; Le sol instrumenté forme ainsi une surface de détection au sol permettant aux détecteurs de conserver leurs performances, sans être gênés par leur environnement, et de détecter efficacement des corps à proximité de la chape. Une couche de colle peut avantageusement être interposée entre les capteurs et la sous-couche, de manière à maintenir les capteurs en place. Selon un mode de réalisation, une couche d'un primaire d'accrochage est interposée d'une part entre la chape et la sous-couche d'isolant et d'autre part entre la chape et les capteurs, de manière à augmenter l'adhérence de la chape sur les couches inférieures. Selon le mode préféré de réalisation, les capteurs se présentent sous la forme d'éléments filaires enrobés d'une gaine isolante, augmentant l'isolation de chaque capteur avec son environnement. Selon une première mise en oeuvre, les capteurs sont disposés parallèlement les uns aux autres, de sorte que lorsqu'un capteur détecte la présence d'un corps, un système de contrôle est capable de localiser le corps. Selon une seconde mise en oeuvre, les capteurs sont disposés dans deux plans superposés à distance l'un de l'autre, les capteurs d'un même plan étant parallèles les uns aux autres. Ainsi, lorsqu'un corps est détecté par un capteur de chaque plan, leur intersection permet de localiser avec précision le corps. Selon un mode de réalisation, la chape est en béton fibré. Les caractéristiques du béton fibré permettent d'obtenir un sol capable de soutenir les contraintes nécessaire à son utilisation, tout en conservant les performances des capteurs. N004 B002 FR - brevet tqd La chape présente de préférence une épaisseur de 5 mm, afin de répondre aux contraintes d'utilisation du sol de manière suffisante. La sous-couche isolante comprend de la résine, telle que de l'époxy, et présente une épaisseur d'au moins 2 mm pour assurer une isolation efficace. Selon un deuxième aspect, la présente invention propose une méthode d'installation dudit sol, la méthode comprenant les étapes suivantes : appliquer une sous-couche d'un matériau électriquement isolant sur la dalle ; placer des capteurs capacitifs sur la sous-couche isolante ; mettre en place une chape de manière à recouvrir la sous-couche isolante et les capteurs. L'installation du sol au moyen de cette méthode permet d'intégrer facilement le sol sur toute dalle, dans tout lieu. La méthode peut comprendre en outre une étape dans laquelle une couche de colle est appliquée sur la sous-couche pour fixer les capteurs capacitifs, maintenant les capteurs en place à la fois lors des étapes suivantes d'installation du sol et lors de l'utilisation du sol, garantissant l'intégrité du repère formé par les capteurs pour la localisation d'un corps. La couche de primaire d'accrochage est appliquée sur les capteurs et la sous-couche isolante avant de mettre en place la chape, pour augmenter l'adhérence de la chape sur les couches inférieures. Un revêtement peut alors être appliqué sur la chape en guise de couche finale, de sorte que le sol présente un aspect facile à intégrer en tout lieu et garantit la discrétion des capteurs. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue schématique d'un sol instrumenté pour la détection de présence permettant de détecter un corps et de générer une alarme ; les figures 2 et 3 sont des vues schématiques illustrant le principe d'un capteur capacitif ; N004 B002 FR - brevet tqd la figure 4 est une vue en coupe d'un exemple de réalisation d'un capteur capacitif ; la figure 5 est une vue en coupe du sol instrumenté de la figure 1 suivant la ligne V-V ; la figure 6 est un diagramme illustrant les étapes de réalisation du sol instrumenté des figures 1 et 5. Sur la figure 1 est représenté de manière schématique un sol 1 instrumenté pour la détection de présence, comprenant des moyens 2 pour générer une alarme lorsqu'un corps est détecté. La détection met en oeuvre des capteurs 3 de type capacitif. Comme exposé en introduction, les capteurs 3 capacitifs fonctionnent sur la base de la variation de la capacité. La mesure de la capacité permet de déterminer si un objet est à proximité du capteur 3 ou non. Un principe de fonctionnement des capteurs 3 capacitifs est donné en référence aux figures 2 et 3. Une première électrode 4 du capteur 3 capacitif est formée par un élément conducteur, la deuxième électrode 5 étant reliée à la masse. Les deux électrodes 4, 5 forment ainsi un condensateur de capacité Créf constante. Lorsqu'un corps 6 est approché du capteur 3, un deuxième condensateur se forme entre la première électrode 4 et l'objet 5 de capacité notée Cvar• On comprend qu'en l'absence de corps 6 à détecter, la capacité du capteur 3 demeure constante Créf. Lorsqu'un corps est approché, la capacité est perturbée par le deuxième condensateur de capacité Cvar formé. Ainsi, une augmentation de la capacité indique la présence d'un corps 6 à proximité du capteur 3. Le corps 6 à détecter peut être de n'importe quelle nature, et de préférence ne doit pas être un parfait isolant, afin de permettre la circulation du courant. La capacité est mesurée par exemple en plaçant le capteur 3 dans un circuit oscillant. La fréquence des oscillations dépendant de la valeur de la capacité, la mesure de la fréquence fournit une indication sur la capacité. Le sol 1 présente une structure multicouche permettant d'intégrer des capteurs 3 capacitifs sans dégrader leurs performances. N004 B002 FR - brevet tqd A cet effet, le sol 1 comprend une sous-couche 7 d'un matériau électriquement isolant, sur laquelle sont disposés des capteurs 3 capacitifs. Une chape 8 recouvre la sous-couche 7 isolante et les capteurs 3, les capteurs 3 se trouvant enchâssés dans la chape 8. La première sous-couche 7 peut être appliquée sur une dalle 9 présentant une surface brute, semi-finie ou finie. La sous-couche 7 isolante permet d'éviter de créer des interférences entre les capteurs 3 et la dalle 9. En effet, de la même manière que le capteur 3 forme un deuxième condensateur avec un corps 6 à détecter, le capteur 3 peut former un condensateur avec la dalle. La capacité initiale du capteur 3 peut alors être tellement importante que toute variation induite par un corps 6 à détecter risque de passer inaperçue. La sous-couche 7 isolante permet en outre de limiter les interférences entre les deux côtés de la sous-couche 7, de sorte que les capteurs 3 placés d'un côté de la sous-couche 7 isolante ne sont pas ou peu perturbés par l'environnement situé de l'autre côté de la sous-couche 7. Avantageusement, la sous-couche 7 isolante présente de plus des caractéristiques d'isolation par exemple contre l'humidité ou contre les émanations de radon. Selon le mode de réalisation préféré, la sous-couche 7 isolante comprend une résine, par exemple de l'époxy. Il a été constaté que l'isolation électrique est efficace pour une épaisseur d'époxy au moins égale à 2 mm. La chape 8 est de préférence en matériau dont les caractéristiques notamment de dureté et d'élasticité sont suffisantes supporter le poids d'un revêtement et minimiser les déformations dues au déplacement de personnes ou d'objets sur la chape 8. Par exemple, la chape 8 est en béton. Le béton est un matériau composite connu dans le domaine de la construction, et de ce fait sa mise en oeuvre est aisée. Le béton peut être avantageusement renforcé par des fibres, permettant d'améliorer les propriétés physiques du béton notamment concernant la résistance mécanique à la traction due aux chocs, à la fatigue ou à l'usure. Les fibres peuvent être de nature différente. On N004 B002 FR - brevet tqd citera à titre d'exemple les fibres de verre, les fibres métalliques ou encore les fibres de polymère. L'épaisseur de la chape 8 de béton peut varier typiquement entre 1 et 10 mm. On prendra de préférence une épaisseur d'environ 5 mm. Selon le mode de réalisation préféré, qui est celui des figures, un capteur 3 se présente sous la forme d'élément filaire, c'est-à-dire présentant une extension longitudinalement très supérieure à sa dimension transversale. Selon un mode de réalisation, chaque capteur 3 comprend un bus de dix éléments 10 filaires conducteurs, enrobés d'une gaine 11 isolante de manière à être séparés les uns des autres. Neufs de ces conducteurs 10 sont utilisés en tant que première électrode 4 d'un condensateur, tandis que le dixième conducteur est relié à la masse, de manière à former la deuxième électrode 5. Les capteurs 3 capacitifs peuvent être disposés de différentes manières. Selon une première disposition, les capteurs 3 sont placés parallèlement les uns aux autres, par exemple dans un même plan. Selon une deuxième disposition, les capteurs 3 sont placés suivants deux plans, à distance l'un de l'autre. Dans chaque plan, les capteurs 3 sont disposés parallèlement les uns aux autres, tandis que les capteurs 3 d'un plan croisent ceux de l'autre plan. La distance entre deux capteurs 3 d'un même plan est de l'ordre de quelques dizaines de centimètres, par exemple trente cm, afin de permettre la détection par exemple d'un corps humain allongé au sol. Toutefois, cette distance pourra être adaptée au type de corps à détecter. De préférence, chaque capteur 3 fonctionne indépendamment des autres. Ainsi, la capacité de chaque capteur 3 est mesurée puis analysée par un système 12 de contrôle qui détermine si la valeur de la mesure indique la présence ou non d'un corps 6, et déclenche une alarme 13. Avantageusement, le système 12 de contrôle détermine également quel capteur 3 subit une variation de la capacité indiquant la présence d'un corps. Ainsi, il est possible de localiser le corps par rapport aux capteurs 3. N004 B002 FR - brevet tqd Il est donc intéressant pour certaines applications de connaître avec précision la localisation des capteurs 3, afin de localiser le corps. C'est pourquoi les capteurs 3 sont encastrés dans la chape 8, de façon à diminuer le déplacement des capteurs 3 par exemple sous l'effet des déformations de la dalle 9 ou sous l'effet des chocs sur la chape 8. Comme il sera vu plus loin, les capteurs 3 peuvent être préalablement fixés sur la sous-couche 7 isolante au moyen d'une colle 14. Les capteurs 3 sont ainsi maintenus en place lors de la mise en place de la chape 8, tout en diminuant davantage les risques de déplacement des capteurs 3 une fois la chape 8 installée. L'intégrité du repère formé par les capteurs 3 est ainsi préservée, pour permettre une localisation fiable. La méthode d'installation du sol 1 va maintenant être décrite. Tout d'abord, la dalle 9 sur laquelle le sol 1 va être rapporté présente une surface apte à recevoir la sous-couche 7 électriquement isolante. Cette surface peut être brute ou avoir été préalablement préparée, par exemple décapée ou lissée. La sous-couche 7 isolante est appliquée sur la dalle 9. L'application peut se faire simplement au moyen d'une spatule. L'épaisseur de la sous-couche 7 isolante est avantageusement contrôlée, par exemple en mesurant régulièrement et à différents points l'épaisseur de la couche. La sous-couche 7 isolante est de préférence plane pour faciliter l'installation des éléments suivants. Les capteurs 3 sont installés sur la sous-couche 7 isolante lorsque celle-ci est sèche de manière à présenter une dureté suffisante pour supporter les capteurs 3. Comme exposé précédemment, les capteurs 3 peuvent être collés sur la sous-couche 7 isolante. La colle 14 est par exemple de type résine polymérique. Afin d'assurer la rectitude des capteurs, la colle est par exemple appliquée par filet au moyen d'une règle. Chaque capteur 3 est ensuite placé sur un filet de colle 14. Les capteurs 3 peuvent être pressés contre la sous-couche 7 isolante, par exemple au moyen d'un rouleau, pour assurer la répartition homogène de la colle 14 entre les capteurs 3 et la sous-couche 7 isolante. N004 B002 FR - brevet tqd Dans la deuxième disposition dans laquelle les capteurs 3 sont placés dans deux plans à distance l'un de l'autre, les capteurs 3 d'un premier plan, placés sur la sous-couche 7 isolante, sont recouverts d'une deuxième couche isolante, de quelques millimètres, par exemple trois, d'épaisseur, qui peut être également en époxy. Les capteurs 3 du deuxième plan sont alors placés sur la deuxième couche isolante, sur laquelle ils peuvent être également collés comme précédemment. Dépendamment de la nature des matériaux utilisés pour la ou les couches isolantes et la chape 8, il peut être nécessaire d'appliquer un primaire 15 d'accrochage sur la ou les couches isolantes pour garantir la prise de la chape 8. Le primaire 15 d'accrochage est un matériau augmentant l'adhérence entre la sous-couche 7 isolante et la chape 8. Par exemple, le primaire 15 d'accrochage est une résine synthétique appliquée à l'aide d'un rouleau sur l'ensemble de la surface formée par les capteurs 3 et la sous-couche 7 isolante. L'épaisseur de la couche du primaire 15 d'accrochage ne dépasse pas quelques millimètres. Il convient en outre de prévoir des moyens pour connecter les capteurs 3 au système 12 de contrôle extérieur à au sol 1. La chape 8 est ensuite mise en place de manière à recouvrir complètement les capteurs 3. Dans le cas où la chape 8 est en béton, le béton est par exemple coulé puis étalé au moyen d'une truelle. L'épaisseur est contrôlée de manière à obtenir une chape 8 uniforme. De préférence, la surface 16 supérieure de la chape 8 sera aplanie et lissée. Lorsque la chape 8 a séché pour durcir, le sol 1 peut servir de surface de détection. Un revêtement 17 peut être appliqué sur la dalle, de manière à donner un aspect adéquat pour le lieu où la surface de détection est installée. Le revêtement 17 peut être de tout type, par exemple du bois, du carrelage ou de la moquette pour pouvoir être mis en place dans les pièces d'un logement. Le sol 1 ainsi formée permet de former une surface de détection discrète dans tout lieu. En particulier, le sol 1 peut être installé dans des pièces d'un logement, le revêtement 17 permettant d'intégrer facilement la surface dans l'environnement des pièces. N004 B002 FR - brevet tqd Le sol 1 permet également de limiter les interférences entre la dalle 9 et les capteurs 3. En outre, notamment lorsque le sol 1 est installé dans une pièce dans un étage d'un logement, la sous-couche 7 isolante permet de limiter les interférences avec l'environnement de l'étage du dessous. Les capteurs 3 étant encastrés dans la chape 8, ils ne sont pas visibles ou accessibles, limitant les risques de détérioration intentionnelle ou non des capteurs 3. L'invisibilité des capteurs 3 dans le sol 1 ajoute à la discrétion, à la fois pour des raisons d'esthétisme et de sécurité. Le présent sol 1 trouvera une application particulière dans l'intégration dans un logement pour la surveillance de personnes à risque, telles que les personnes âgées. Par exemple, le sol 1 peut être installé dans le logement d'une personne à surveiller. Le système 12 de contrôle est alors configurer pour détecter des corps en contact sur la surface dépassant une certaine taille et au-delà d'un délai déterminé. Ainsi, si la personne par exemple chute et reste inconsciente sur la surface pendant une durée déterminée, le système 12 de contrôle est capable de générer une alarme 13 qui sera par exemple transmise à une antenne de surveillance. Des mesures adaptées peuvent alors être prises rapidement. La localisation de la personne par rapport aux capteurs permet de prendre des mesures encore plus rapidement. En outre, le système 12 peut être préconfiguré de manière à localiser les objets immobiles de la vie courante comme les meubles, de sorte que le sol 1 n'impose aucune contrainte quand à la disposition des meubles et l'utilisation d'une pièce. Le sol 1 peut également être utilisé pour former une surface de détection d'intrus. Par exemple, en plaçant la dalle à proximité des points d'accès dans un logement, un intrus tentant de pénétrer dans le logement sera détecter, et une alarme pourra être déclenchée. Le sol 1 trouvera d'autres applications dans lesquelles une surface de détection est nécessaire. N004 B002 FR - brevet tqd REVENDICATIONS1. Sol (1) instrumenté pour la détection de présence, rapporté sur une dalle et comprenant : une sous-couche (7) réalisée dans un matériau électriquement isolant, posée sur la dalle (9) ; des capteurs (3) capacitifs posés sur la sous-couche (7) ; une chape (8) posée sur la sous-couche (7) isolante et recouvrant les capteurs ; 2. Sol (1) selon la revendication 1 comprenant en outre une couche (14) de colle interposée entre les capteurs (3) et la sous-couche ( 7) 3. Sol (1) selon la revendication 1 ou 2, comprenant une couche (15) d'un primaire d'accrochage interposée d'une part entre la chape (8) et la sous-couche (7) d'isolant et d'autre part entre la chape (8) et les capteurs (3). 4. Sol (1) selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle les capteurs (3) se présentent sous la forme d'éléments (10) filaires enrobés d'une gaine (11) isolante. 5. Sol (1) selon la revendication 4, dans laquelle les capteurs (3) sont disposés parallèlement les uns aux autres. 6. Sol (1) selon la revendication 4 dans laquelle les capteurs (3) sont disposés dans deux plans superposés à distance l'un de l'autre, les capteurs (3) d'un même plan étant parallèles les uns aux autres. 7. Sol (1) selon la revendication 6, dans laquelle la chape (8) est en béton fibré. 8. Sol (1) selon l'une des revendications 1 à 7 dans laquelle la chape (8) a une épaisseur de 5 mm. 9. Sol (1) selon l'une des revendications 1 à 8, dans laquelle la sous-couche (7) isolante comprend de la résine, telle que de l'époxy. 10. Sol (1) selon la revendication 9 dans laquelle la sous-couche (7) isolante est au moins de 2 mm d'épaisseur. 11. Méthode d'installation d'un sol (1) sur une dalle suivant l'une des revendications 1 à 10, comprenant les étapes suivantes : û appliquer une sous-couche (7) d'un matériau électriquement isolant sur la dalle (9) ; N004 6002 FR - brevet tqdplacer des capteurs (3) capacitifs sur la sous-couche (7) isolante ; mettre en place une chape (8) de manière à recouvrir la sous-couche (7) isolante et les capteurs (3). 12. Méthode selon la revendication 11, comprenant une étape dans laquelle une couche (14) de colle est appliquée sur la sous-couche (7) pour fixer les capteurs (3) capacitifs. 13. Méthode selon la revendication 11 ou 12, comprenant une étape dans laquelle une couche (15) d'un primaire d'accrochage est appliquée sur les capteurs (3) et la sous-couche (7) isolante avant de mettre en place la chape (8). 14. Méthode selon l'une des revendications 11 à 13, comprenant une étape finale d'application d'un revêtement (17) sur la chape (8). N004 B002 FR - brevet tqd