Brevet FR3071191A1 — publié le 20190322

SUBSTRAT TRANSPARENT A COUCHE CHAUFFANTE AYANT DES LIGNES D'ABLATION SE REFERMANT CHACUNE SUR ELLE-MEME Les vitrages des véhicules de transport (avions, trains, hélicoptères, bateaux, voitures...) et, dans quelques cas, les vitrages de bâtiments peuvent être équipés de fonctions chauffantes intégrées aux vitrages pour prévenir/éliminer selon les cas la formation de buée en face intérieure ou de givre en face extérieure. Le chauffage se caractérise par sa puissance spécifique (W/m2) qui est adaptée au besoin spécifique de chaque application. Le système chauffant est constitué soit de fils incrustés dans le vitrage, soit de couches conductrices transparentes (oxydes dopés : oxyde d'indium dopé à l'étain -en anglais « Indium Tin Oxide » : ITO-, AZO (Aluminum Zinc Oxide), Sn02 : F, ou métaux tels qu'argent, or) permettant un chauffage par effet Joule. Dans ces deux cas, le système chauffant est alimenté par l'intermédiaire d'électrodes sous une tension disponible sur le véhicule ou le bâtiment. Dans le cas simple d'un vitrage rectangulaire à couche chauffante de résistivité de surface Rs, chauffé sous la tension U par deux électrodes sur deux côtés opposés et distantes de D, la puissance spécifique développée Ps est déterminée par l'équation suivante : ti2 Ps = Rs - D2 Les verres avec couche chauffante sont obtenus soit par découpe et éventuellement formage d'un verre présentant déjà une couche soit par dépôt de la couche a posteriori (après découpe) sur un verre en forme. Par « verre », on entend ici de manière privilégiée tout verre minéral, mais aussi un substrat transparent rigide en matériau polymère dont un exemple type est le poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA). 2 Le chauffage homogène d'une forme non rectangulaire étant impossible avec une couche de conductivité électrique homogène, deux stratégies sont mises en oeuvre : - gradient de conductivité électrique obtenu typiquement par un gradient 5 d'épaisseur d'oxyde métallique conducteur (typiquement ITO) ; - lignes d'ablation dans une couche électroconductrice, appelées lignes de flux, telles que décrites dans le brevet EP1897412-B1, qui orientent la direction du flux de courant électrique et nécessitent également souvent un gradient d'épaisseur de couche. 10 L'utilisation de verre à couche conductrice prédéposée (avant découpe, et éventuellement mise en forme - bombage) est industriellement et économiquement beaucoup plus satisfaisante car elle bénéficie des effets de volume d'une production non spécifique à un vitrage. 15 Néanmoins, ceci est impossible dans deux cas assez courants : - les conductivités électriques de verre à couche sont incompatibles avec les dimensions des vitrages et la tension d'alimentation disponible pour obtenir la puissance spécifique voulue (autrement dit, pour une tension disponible et une géométrie donnée, une puissance spécifique visée 20 nécessite une valeur de résistance de la couche non disponible ou non standard dans l'automobile ou le bâtiment) ; - la forme du vitrage s'éloigne sensiblement d'un rectangle : des zones de surchauffe et de sous-chauffe apparaissent. 25 Sur les vitrages à forte puissance spécifique (le seuil étant de l'ordre du kW/m2) les surchauffes locales peuvent engendrer un mauvais vieillissement du vitrage, voire des dégradations de l'optique (par fluage local de l'adhésif intercalaire du vitrage feuilleté) ou bullage local de cet adhésif intercalaire. On peut contrer ces deux limites en déposant de façon maitrisée la 30 couche électroconductrice de façon à: - adapter la conductivité (par maitrise du dépôt : gradient d'épaisseur, richesse en 02 de l'oxyde métallique, ITO ou autre...) - contrer les effets de forme en construisant à dessein une cartographie de conductivité électrique. 3 Enfin, on peut aussi aider l'homogénéisation de la puissance spécifique en canalisant le courant électrique notamment en ablatant par des procédés laser des lignes de couches conductrice. L'invention a donc pour objectif d'utiliser des verres à couche 5 conductrice homogène (conçue pour le contrôle solaire, des performances bas émissives, du chauffage automobile...) pour obtenir une puissance spécifique de chauffage voulue homogène sur toute la surface de chauffage, quelle que soit la complexité de sa géométrie. Cet objectif est obtenu par l'invention qui, en conséquence, a pour objet 10 un substrat transparent revêtu d'une couche électroconductrice sensiblement homogène dans sa nature et son épaisseur, dont une zone présente quatre bords opposés deux à deux, un premier et un second bus bars étant disposés le long de deux bords opposés, caractérisé en ce que des lignes d'ablation de la couche électroconductrice se referment sur elles-mêmes en formant des 15 bandes non passantes occupant chacune une majeure partie de la distance entre les bus bars, la forme des bandes non passantes étant apte à procurer une température de chauffage par la couche électroconductrice quasiment constante sur toute la surface de la zone. Les bandes non passantes font bien entendu référence au passage de zo courant électrique. La surface complémentaire de celle des bandes non passantes définit les bandes (ou zones) passantes, qui constituent des sortes de fils de couche électroconductrice dont la largeur et l'espacement sont adaptés pour obtenir la puissance spécifique voulue avec la tension d'alimentation disponible. 25 Les ablations sélectives de couches permettent de s'adapter à la tension d'alimentation disponible et de gérer les effets de forme. Seule une fraction de la surface de la couche participe à la circulation du courant, ce qui augmente la résistivité apparente. Par ailleurs, cette augmentation de résistivité apparente s'accompagne d'une canalisation du courant qui permet de gérer les formes 30 complexes. On dégrade donc la conductivité apparente en ne faisant passer le courant électrique que dans une fraction de la couche. De façon générale on peut concevoir des ablations ou des lignes d'ablation pour des formes quelconques. 4 La largeur des zones non passantes doit être suffisamment faible (ordre de grandeur millimétrique, fonction de la puissance spécifique) pour ne pas engendrer un flou optique en chauffe (effet de changement d'indice optique de l'adhésif intercalaire du vitrage feuilleté avec la température). C'est cette même 5 problématique qui régit l'écartement admissible pour les vitrages chauffants à fils. Selon des caractéristiques préférées du substrat transparent selon l'invention : 10 - la distance entre le premier et le second bus bars varie au long des bords opposés, et les bandes passantes sont d'autant plus larges que la distance entre les bus bars est grande ; par exemple, pour une zone de chauffage de largeur constante et donc de distance entre électrodes d'alimentation (bus bars) variable, on peut chauffer de façon en ménageant des faisceaux passants de 15 largeur homogène sur leur longueur mais adaptée à la longueur entre électrodes ; - la longueur du premier bus bar est plus grande que celle du second bus bar, et la largeur de chaque bande passante croît du premier bus bar vers le second ; ainsi par exemple, pour des électrodes (bus-bars) de longueurs zo différentes mais parallèles, la bande passante doit former un quadrilatère plus étroit du côté de l'électrode la plus longue pour obtenir une puissance spécifique homogène ; - la couche électroconductrice est à base d'oxyde métallique dopé tel qu'oxyde d'indium dopé à l'étain (ITO) ou 5n02: F, ou d'un empilement multicouche 25 argent ; on préfère cette dernière application car les ablations sont moins visibles ; - la couche conductrice a une conductivité de surface ou résistance par carré comprise entre 0.5 et 100 Oh ; cette valeur est choisie en fonction des dimensions du vitrage à chauffer et de la tension d'alimentation disponible ; 30 - les lignes d'ablation ont une largeur de 5 à 200 pm, sachant que les ablations étroites sont moins visibles mais techniquement plus difficiles à réaliser ; - les bandes passantes ont une largeur au moins égale à 50, de préférence 200 pm, et au plus égale à 5, de préférence 3 mm ; 5 - le pas du motif des bandes passantes et des bandes non passantes est au moins égal à 0,5, de préférence 1 mm, et au plus égal à 10, de préférence 4 mm ; le pas du motif est la largeur d'une bande passante et d'une bande non passante voisines ; ce pas est plus faible pour les plus fortes puissances 5 spécifiques (jusqu'à 7 kW/m2) et plus grand pour les faibles puissances spécifiques (jusqu'à 350 W/m2) ; - il est en verre tel que sodocalcique, aluminosilicate, borosilicate, ou en matériau polymère tel que poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA), polycarbonate (PC) ou polyuréthane (PU). 10 L'invention a également pour objet un vitrage feuilleté constitué de plusieurs substrats transparents rigides collés les uns aux autres deux à deux par l'intermédiaire d'une couche adhésive intercalaire telle que polyvinylbutyral (PVB), polyuréthane (PU), éthylène - acétate de vinyle (EVA), caractérisé en ce 15 que l'un au moins des deux substrats transparents rigides constituant les deux surfaces extérieures du vitrage feuilleté est un substrat transparent tel que décrit précédemment, dont la couche électroconductrice est sur la face du substrat transparent orientée vers l'intérieur du vitrage feuilleté. Enfin, l'invention a donc aussi pour objets : 20 - l'application du vitrage feuilleté défini précédemment, dans lequel le substrat transparent selon l'invention est destiné à être en contact avec l'atmosphère extérieure, comme vitrage dégivrant / antigivre ; - l'application du vitrage feuilleté défini précédemment, dans lequel le substrat transparent selon l'invention est destiné à être en contact avec 25 le volume intérieur d'un véhicule ou d'un bâtiment, comme vitrage désembuant / antibuée. Ces applications visent en particulier un véhicule aérien, terrestre ou aquatique, en particulier un avion, et de façon préférée comme vitrage frontal, voire latéral de cockpit d'avion. 30 L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description suivante des Figures 1 et 2 en annexe, qui sont des représentations schématiques de deux réalisations principales du substrat transparent de l'invention. En référence aux Figures 1 et 2, un substrat transparent en verre aluminosilicate est revêtu d'une couche électroconductrice (2) en oxyde 6 d'indium dopé à l'étain (ITO) d'épaisseur sensiblement homogène, dont une zone (1) présente quatre bords opposés deux à deux (3, 5), (4, 6), un premier et un second bus bars (7, 8) étant disposés le long de deux bords opposés (3,5). 5 Des lignes d'ablation (9) de la couche électroconductrice (2) se referment sur elles-mêmes en formant des bandes non passantes (11) occupant chacune une majeure partie de la distance entre les bus bars (7, 8). La surface complémentaire des bandes non passantes (11) dans la zone (1) définit des bandes passantes (10). Exemple de réalisation présenté à la Figurel : Puissance spécifique : Ps = 7000 W/m2 Résistivité de surface : R carré = 0.9 Oh Tension d'alimentation : U = 40 V Largeur : L = 0.4 m 15 Plus grande hauteur H1 = 0.4 m Plus petite hauteur H2 = 0.2 m On définit une abscisse x qui croît de 0 à la plus grande hauteur H1 à 0,4 m à la plus petite hauteur H2. La hauteur H à une abscisse x est H(x)=H1+x/L (H2-H1) 20 La largeur ou pas du motif est définie comme la largeur d'une bande passante (10) et d'une bande non passante (11) voisines ; elle a ici la valeur e0 = 600 pm, soit 667 motifs. La largeur de la bande passante (10) est fonction de la position : Rcarré - Ps - H2 (x) 25 Cela donne l'application numérique suivante : - La largeur passante du côté de la plus petite distance entre bus bar (H2) est el = 95 pm - La largeur passante du côté de la plus grande distance entre bus bar 30 (H1) est e2 = 378 pm e e0 U2 7 Exemple de réalisation présenté à la Figure 2: bus bar de L1 =1 m et L2 = 1.5 m distance entre bus bars H = 1 m puissance spécifique de Ps = 1000 W/m2 sous U = 100 V 5 couche de R carré = 5 Oh n = 31 bandes passantes : La largeur du motif telle que définie ci-dessus est fonction de la position h entre les deux bus bars x0(h) = (L1+h/H(L2-L1))/n Le centre de chaque bande passante définit un segment de droite qui 10 forme un angle 0 par rapport à la normale aux bus bars. La largeur de la bande passante vaut : x0cos20 2U n2 Rcarré + L2)11)2 Ps Dans ce cas précis, la bande passante centrale a une largeur de 2.52 mm du côté du bus bar court (8) et 1.68 mm du côté du bus bar long (7). L'invention est ainsi particulièrement avantageuse pour les vitrages chauffants de véhicule pour lesquels l'alimentation électrique est imposée, car elle permet l'établissement d'une puissance spécifique de chauffage souhaitée, de façon homogène sur toute la surface de chauffage. x= REVENDICATIONS1. Substrat transparent revêtu d'une couche électroconductrice (2) sensiblement homogène dans sa nature et son épaisseur, dont une zone (1) présente quatre bords opposés deux à deux (3, 5), (4, 6), un premier et un second bus bars (7, 8) étant disposés le long de deux bords opposés (3,5), caractérisé en ce que des lignes d'ablation (9) de la couche électroconductrice (2) se referment sur elles-mêmes en formant des bandes non passantes (11) occupant chacune une majeure partie de la distance entre les bus bars (7, 8), la forme des bandes non passantes (11) étant apte à procurer une température de chauffage par la couche électroconductrice (2) quasiment constante sur toute la surface de la zone (1). 2. Substrat transparent selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance entre le premier et le second bus bars (7, 8) varie au long des bords opposés (3, 5), et en ce que les bandes passantes (10) sont d'autant plus larges que la distance entre les bus bars (7, 8) est grande. 3. Substrat transparent selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la longueur du premier bus bar (7) est plus grande que celle du second bus bar (8), et en ce que la largeur de chaque bande passante (10) croît du premier bus bar (7) vers le second (8). 4. Substrat transparent selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche électroconductrice (2) est à base d'oxyde métallique dopé tel qu'oxyde d'indium dopé à l'étain (ITO) ou 5n02:F, ou d'un empilement multicouche argent. 5. Substrat transparent selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche conductrice a une conductivité de surface ou résistance par carré comprise entre 0.5 et 100 Qin 6. Substrat transparent selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les lignes d'ablation (9) ont une largeur de 5 à 200 pm. 7. Substrat transparent selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bandes passantes (10) ont une largeur au moins égale à 50, de préférence 200 pm, et au plus égale à 5, de préférence 3 mm. 9 8. Substrat transparent selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pas du motif des bandes passantes (10) et des bandes non passantes (11) est au moins égal à 0,5, de préférence 1 mm, et au plus égal à 10, de préférence 4 mm. 5 9. Substrat transparent selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est en verre tel que sodocalcique, aluminosilicate, borosilicate, ou en matériau polymère tel que poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA), polycarbonate (PC) ou polyuréthane (PU). 10. Vitrage feuilleté constitué de plusieurs substrats transparents rigides collés 10 les uns aux autres deux à deux par l'intermédiaire d'une couche adhésive intercalaire telle que polyvinylbutyral (PVB), polyuréthane (PU), éthylène - acétate de vinyle (EVA), caractérisé en ce que l'un au moins des deux substrats transparents rigides constituant les deux surfaces extérieures du vitrage feuilleté est un substrat transparent selon l'une des revendications précédentes, 15 dont la couche électroconductrice (2) est sur la face du substrat transparent orientée vers l'intérieur du vitrage feuilleté. 11. Application d'un vitrage feuilleté selon la revendication 10, dans lequel ledit substrat transparent selon l'une des revendications 1 à 9 est destiné à être en contact avec l'atmosphère extérieure, comme vitrage dégivrant / antigivre. 20 12. Application d'un vitrage feuilleté selon la revendication 10, dans lequel ledit substrat transparent selon l'une des revendications 1 à 9 est destiné à être en contact avec le volume intérieur d'un véhicule ou d'un bâtiment, comme vitrage désembuant / antibuée.