Brevet FR3056070A1 — publié le 20180316

RESEAU PERCOLANT DE NANOFILS POUR CHAUFFAGE LOCALISE Domaine technique La présente invention a trait à un objet comportant une surface transparente dans le domaine visible, la surface transparente comprenant une surface de chauffage destinée à être chauffée à une température de chauffage. La présente invention a également trait à un procédé de fabrication d'un tel objet. A titre d'exemples non limitatifs, l'objet peut être une visière d'un casque, un masque de ski, un pare-brise d'un véhicule, une vitre arrière d'un véhicule, un phare d'un véhicule, un rétroviseur, un panneau de douche. A titre d'exemples d'application, la surface de chauffage chauffée à la température de chauffage permet le dégivrage ou le désembuage de l'objet. Etat de la technique antérieure Un objet connu de l'état de la technique, illustré à la figure 1, comporte : - une surface transparente 1 dans le domaine visible, comprenant : - un pourtour 10 délimitant la surface transparente 1, le pourtour 10 présentant une première zone 100 et une deuxième zone 101 en regard de la première zone 100, - une surface de chauffage 11 s'étendant à partir des première et deuxième zones 100, 101 du pourtour 10, la surface de chauffage 11 étant destinée à être chauffée à une température de chauffage, - une première surface 12 et une seconde surface 13 s'étendant respectivement de part et d'autre de la surface de chauffage 11 à partir du pourtour 10 ; - un réseau percolant formé à la surface transparente 1, le réseau percolant comprenant des nanofils 2 répartis à la surface transparente 1 selon une première densité surfacique ; - une première électrode E1 et une seconde électrode E, s'étendant entièrement respectivement le long d'une première partie 10a et d'une seconde partie 10b du pourtour 10 de part et d'autre de la surface de chauffage 11, les première et seconde électrodes E1, E, étant connectées au réseau percolant, les première et seconde électrodes E1, E, étant destinées à être soumises à une différence de potentiel adaptée relativement à la première densité surfacique pour chauffer par effet Joule la surface de chauffage 11 à la température de chauffage. Par « réseau percolant », on entend une organisation des nanofils créant au moins un chemin électrique continu à la surface transparente. 3056070 2 Les première et seconde électrodes s'étendent entièrement le long de la première partie et de la seconde partie du pourtour de sorte que : - la surface transparente conserve un coefficient de transmission élevée (supérieur à 85%, de préférence supérieur à 90% pour une longueur d'onde à 550 nm) sur une superficie 5 maximale, ce qui serait rendu impossible avec des première et seconde électrodes s'étendant sur une portion centrale de la surface transparente. - les première et seconde électrodes peuvent être facilement dissimulées sur le pourtour de la surface transparente à des fins esthétiques, ce qui serait rendu impossible avec des première et seconde électrodes s'étendant sur une portion centrale de la surface transparente. 10 Cependant, un tel objet de l'état de la technique n'est pas entièrement satisfaisant dans la mesure où une forte inhomogénéité de la température de chauffage peut être observée à la surface de chauffage (entre les zones A, B, C à la figure 1), tout particulièrement lorsque les première et seconde électrodes s'étendent entièrement respectivement sur les première et 15 seconde parties du pourtour suivant une direction curviligne. Ainsi, un taux de variation maximal -C de la température de chauffage à la surface de chauffage, défini par la formule Tmax-Tmin T = peut atteindre 500/0, où T,,,;,, est la température minimale mesurée à la surface Tmin de chauffage, et T,,, est la température maximale mesurée à la surface de chauffage. Ainsi, un tel taux de variation maximal de la température de chauffage est préjudiciable, notamment 20 pour les applications de dégivrage et de désembuage. Exposé de l'invention Ainsi, la présente invention vise à remédier en tout ou partie aux inconvénients précités, et concerne à cet effet un objet comportant : 25 - une surface transparente dans le domaine visible, comprenant : un pourtour délimitant la surface transparente, le pourtour présentant une première zone et une deuxième zone, une surface de chauffage s'étendant à partir des première et deuxième zones du pourtour, la surface de chauffage étant destinée à être chauffée à une température de 30 chauffage, une première surface et une seconde surface s'étendant à partir du pourtour respectivement de part et d'autre de la surface de chauffage ; - un réseau percolant formé à la surface transparente, le réseau percolant comprenant des nanofils répartis à la surface de chauffage selon une première densité surfacique ; 3056070 3 - une première électrode et une seconde électrode s'étendant entièrement respectivement le long d'une première partie et d'une seconde partie du pourtour de part et d'autre de la surface de chauffage, les première et seconde électrodes étant connectées au réseau percolant, les première et seconde électrodes étant destinées à être soumises à une différence de 5 potentiel adaptée relativement à la première densité surfacique pour chauffer par effet Joule la surface de chauffage à la température de chauffage ; l'objet étant remarquable en ce que les nanofils du réseau percolant sont répartis aux première et seconde surfaces selon une seconde densité surfacique strictement supérieure à la première densité surfacique. 10 Ainsi, un tel objet selon l'invention autorise une amélioration de l'homogénéité de la température de chauffage à la surface de chauffage de par une densité surfacique des nanofils différenciée entre la surface de chauffage et les première et seconde surfaces. Dans l'état de la technique, la forte inhomogénéité de la température de chauffage pouvant être observée est 15 liée à la présence d'un gradient de champ électrique à la surface de chauffage. Ce gradient de champ électrique se manifeste tout particulièrement lorsque les première et seconde électrodes s'étendent suivant une direction curviligne car la distance entre les électrodes n'est alors pas constante. Plus le rayon de courbure des électrodes est élevé, plus le gradient de champ électrique à la surface de chauffage est important. La présente invention convient tout 20 particulièrement pour ce type d'électrodes. Cependant, la présente invention convient également pour tout type de configuration géométrique (forme, dimensions) des électrodes et de la surface transparente dès lors qu'il existe un gradient de champ électrique à la surface de chauffage. Une densité surfacique des nanofils différenciée entre la surface de chauffage et les 25 première et seconde surfaces, avec une seconde densité surfacique strictement supérieure à la première densité, permet de réduire le gradient de champ électrique à la surface de chauffage, et par là-même d'améliorer l'homogénéité de la température de chauffage à la surface de chauffage. 30 Dans un mode de réalisation, la seconde densité surfacique est supérieure à une première valeur seuil à partir de laquelle la température de chauffage présente un taux de variation maximal inférieur à 15% à la surface de chauffage lorsque les première et seconde électrodes sont soumises à la différence de potentiel, le taux de variation maximal étant de préférence inférieur à 10`)/0, plus préférentiellement inférieur à 5%, encore plus préférentiellement inférieur à 1%. 3056070 4 Ainsi, plus la première valeur seuil est élevée, plus les première et seconde surfaces tendent à se comporter comme des électrodes déportées en contact de la surface de chauffage, avec un gradient de champ électrique qui tend à s'annuler, et donc un taux de variation maximal de la température de chauffage qui devient de plus en plus faible. 5 Dans un mode de réalisation, la seconde densité surfacique est inférieure à une seconde valeur seuil en deçà de laquelle les première et seconde surfaces présentent un coefficient de transmission supérieur à 70% pour une longueur d'onde de 550 nm. Ainsi, plus la seconde valeur seuil est importante, plus le coefficient de transmission des 10 première et seconde surfaces est faible. La seconde valeur seuil est avantageusement choisie de sorte que les première et seconde surfaces présentent, pour une longueur d'onde de 550 nm, un coefficient de transmission supérieur à 75%, de préférence supérieur à 80%, de préférence supérieur à 85%, de préférence supérieur à 90%. Si l'on note S1, S' d1, d, respectivement la première valeur seuil, la seconde valeur seuil, la 15 première densité surfacique et la seconde densité surfacique, la seconde densité surfacique vérifie avantageusement la formule di REVENDICATIONS1. Objet comportant : - une surface transparente (1) dans le domaine visible, comprenant : un pourtour (10) délimitant la surface transparente (1), le pourtour (10) présentant une première zone (100) et une deuxième zone (101), une surface de chauffage (11) s'étendant à partir des première et deuxième zones (100, 101) du pourtour (10), la surface de chauffage (11) étant destinée à être chauffée à une température de chauffage, une première surface (12) et une seconde surface (13) s'étendant à partir du pourtour (10) respectivement de part et d'autre de la surface de chauffage (11) ; - un réseau percolant formé à la surface transparente (1), le réseau percolant comprenant des nanofils (2) répartis à la surface de chauffage (11) selon une première densité surfacique ; - une première électrode (E1) et une seconde électrode (E2) s'étendant entièrement respectivement le long d'une première partie (10a) et d'une seconde partie (10b) du pourtour (10) de part et d'autre de la surface de chauffage (11), les première et seconde électrodes (E1, E2) étant connectées au réseau percolant, les première et seconde électrodes (E1, E2) étant destinées à être soumises à une différence de potentiel adaptée relativement à la première densité surfacique pour chauffer par effet Joule la surface de chauffage (11) à la température de chauffage ; l'objet étant caractérisé en ce que les nanofils (2) du réseau percolant sont répartis aux première et seconde surfaces (12, 13) selon une seconde densité surfacique strictement supérieure à la première densité surfacique. 2. Objet selon la revendication 1, dans lequel la seconde densité surfacique est supérieure à une première valeur seuil à partir de laquelle la température de chauffage présente un taux de variation maximal inférieur à 15% à la surface de chauffage (11) lorsque les première et seconde électrodes (E1, E2) sont soumises à la différence de potentiel, le taux de variation maximal étant de préférence inférieur à 10%, plus préférentiellement inférieur à 5%, encore plus préférentiellement inférieur à 1%. 3. Objet selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la seconde densité surfacique est inférieure à une seconde valeur seuil en deçà de laquelle les première et seconde surfaces (12, 13) présentent un coefficient de transmission supérieur à 70% pour une longueur d'onde de 35 550 nm. 3056070 15 4. Objet selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les première et seconde électrodes (E1, E2) s'étendent entièrement respectivement sur les première et seconde parties (10a, 10b) du pourtour (10) suivant une direction curviligne. 5 5. Objet selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la surface de chauffage (11) s'étend à partir des première et deuxième zones (100, 101) du pourtour (10) suivant une direction longitudinale (X'-X), de préférence rectiligne. 10 6. Objet selon la revendication 5, dans lequel les première et seconde électrodes (E1, E2) sont symétriques par rapport à la direction longitudinale (X'-X). 7. Objet selon la revendication 5 ou 6, dans lequel les première et seconde surfaces (12, 13) sont symétriques par rapport à la direction longitudinale (X'-X). 15 8. Objet selon l'une des revendications 4 à 7, dans lequel la surface transparente (1) présente un axe de symétrie (Y'-Y) perpendiculaire à la direction longitudinale (X'-X). 9. Objet selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel la surface de chauffage (11) 20 s'étend à partir des première et deuxième zones (100, 101) du pourtour (10) de manière à former une bande, de préférence sensiblement rectangulaire. 10. Objet selon l'une des revendications 1 à 9, comportant une couche de protection formée sur le réseau percolant. 25 11. Objet selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel les nanofils (2) du réseau percolant sont d'un matériau métallique, le matériau métallique des nanofils étant de préférence : - un métal choisi dans le groupe comportant Ag, Cu, Ni, Au ; ou 30 - un alliage métallique comportant le métal choisi avec une fraction massique d'au moins 50%. 12. Objet selon l'une des revendications 1 à 11, dans lequel la surface transparente (1) est d'un matériau choisi parmi un verre et un plastique ; le plastique étant de préférence choisi 35 dans le groupe comportant le polynaphtalate d'éthylène, le polytéréphtalate d'éthylène, un 3056070 16 polyimide, le polycarbonate, le polyméthacrylate de méthyle, l'acrylonitrile butadiène styrène, l'acrylonitrile styrène acrylate. 13. Objet selon l'une des revendications 1 à 12, dans lequel les première et seconde 5 électrodes (E1, E2) sont d'un matériau métallique. 14. Objet selon l'une des revendications 1 à 13, dans lequel la température de chauffage est comprise entre -25°C et 250°C, de préférence comprise entre -25°C et 80°C. 10 15. Objet selon l'une des revendications 1 à 14, dans lequel la différence de potentiel est comprise entre 1 V et 20 V, de préférence comprise entre 1 V et 12 V. 16. Procédé de fabrication d'un objet selon l'une des revendications 1 à 15, comportant les étapes : 15 a) prévoir un objet comportant : - une surface transparente (1) dans le domaine visible, comprenant : un pourtour (10) délimitant la surface transparente (1), le pourtour (10) présentant une première zone (100) et une deuxième zone (101), une surface de chauffage (11) s'étendant à partir des première et deuxième zones (100, 20 101) du pourtour (10), la surface de chauffage (11) étant destinée à être chauffée à une température de chauffage, une première surface (12) et une seconde surface (13) s'étendant à partir du pourtour (10) respectivement de part et d'autre de la surface de chauffage (11) ; - une première électrode (E1) et une seconde électrode (E2) s'étendant entièrement 25 respectivement le long d'une première partie (10a) et d'une seconde partie (10b) du pourtour (10) de part et d'autre de la surface de chauffage (11) ; b) former un réseau percolant à la surface transparente (1), le réseau percolant comprenant des nanofils (2) répartis : - à la surface de chauffage (11) selon une première densité surfacique, et 30 - aux première et seconde surfaces (12, 13) selon une seconde densité surfacique strictement supérieure à la première densité surfacique ; procédé dans lequel les première et seconde électrodes (E1, E2) sont connectées au réseau percolant formé lors de l'étape b), les première et seconde électrodes (E1, E2) étant destinées à être soumises à une différence de potentiel adaptée relativement à la première densité 35 surfacique pour chauffer par effet Joule la surface de chauffage à la température de chauffage. 3056070 17 17. Procédé selon la revendication 16, dans lequel l'étape b) comporte les étapes : bl) former des nanofils (2) à la surface transparente (1) selon la première densité surfacique, 5 b2) masquer la surface de chauffage (11), b3) former des nanofils (2) additionnels aux première et seconde surfaces (12, 13) jusqu'à l'obtention de la seconde densité surfacique. 18. Procédé selon la revendication 16 ou 17, dans lequel l'étape a) comporte une étape al) 10 former la première électrode (E1) et la seconde électrode (E2) s'étendant entièrement respectivement le long de la première partie (10a) et de la seconde partie (10b) du pourtour (10) de part et d'autre de la surface de chauffage (11), l'étape al) étant de préférence exécutée avant l'étape b).