Brevet FR3077294A1 — publié le 20190802

COMPOSITION POUR MATÉRIAU ET SES APPLICATIONS DOMAINE D'APPLICATION DE L'INVENTION La présente invention a trait au domaine des applications de conductivité électrique et capacitives et notamment aux adaptations permettant de mettre en oeuvre une telle application dans les meilleures conditions. DESCRIPTION DE L'ART ANTÉRIEUR Les interactions concernées par l'invention concernent les applications suivantes : - de conduction électrique, - capacitive, - cage de Faraday. Les applications capacitives sont par exemple, des dispositifs employant le principe capacitif pour détecter le contact ou l'approche d'un être humain par rapport à une surface. On utilise alors une surface électro-conductive susceptible de 20 détecter ledit toucher ou approche. Cette surface est reliée à un module électronique détectant le changement de capacité de la surface lorsqu'elle est touchée ou lorsque on approche d'elle. Pour matérialiser une telle surface, il existe une pluralité de solutions : 25 - l'utilisation d'un objet/d'une surface métallique électro- conductive, - l'utilisation d'un revêtement électro-conductif appliqué à une surface/ un objet qui ne l'est pas. Parmi ces revêtements, il existe également des peintures, des 30 encres susceptibles de servir de recouvrir partiellement ou en totalité une surface. La demanderesse a constaté que ces différentes solutions nécessitaient que ces revêtements soient appliqués comme couches extérieures. 35 Cette couche extérieure électro-conductive devient donc une option et un surcoût pour le produit initial. Il s'applique également une fois le support fini ou installé ce qui nécessite des moyens d'application adaptés. - 2 En outre, il ne peut être recouvert sans voir ses propriétés électro-conductives supprimées ou très diminuées. Enfin, il ne peut être recouvert car il ne présente pas de tenue mécanique lui permettant de supporter une charge ou 5 d'autoriser et de maintenir l'adhésion d'une couche extérieure. DESCRIPTION DE L'INVENTION Partant de cet état de fait, la demanderesse a mené des recherches visant à proposer une solution technique obviant aux inconvénients de l'art antérieur. 10 Ces recherches ont abouti à la conception et à la mise en oeuvre d'une composition d'un matériau, remarquable en ce qu'elle comprend un matériau de base mélangé à un liant et à au moins un matériau électro-conductif en poudre dont la concentration est étudiée afin d'obtenir l'électro-conductivité nécessaire. 15 L'utilisation d'un matériau pulvérulent facilite son mélange à d'autres matériaux et notamment à des matériaux de type enduit, mortier ou même fibres de bois. Il apparaît ainsi que l'utilisation d'un matériau pulvérulent électro-conducteur est susceptible d'apporter des caractéristiques d'électro-conductivité à une pluralité de matériau de base du domaine de la construction ou du mobilier. Ainsi, alors que dans l'art antérieur, l'électro-conductivité était susceptible d'être une option ajoutée en couche extérieure, l'invention propose de rendre des matériaux de base électro25 conductifs en y mélangeant au moment de leur fabrication un matériau électro-conductif en poudre. L'électro-conductivité nécessaire et donc la concentration du matériau électro-conductif en poudre sont définies selon l'application envisagée. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de 30 l'invention, cette composition comprend un matériau de base mélangé à un liant et à au moins du graphite en poudre dont la concentration est étudiée afin d'obtenir l'électro-conductivité nécessaire. Le graphite a pour avantage d'être un composant électroconductif, pouvant être réduit en poudre et peu onéreux. 35 Le terme graphite selon l'invention regroupe à la fois le matériau formé de graphite pur et les matériaux appelés graphite mais formé d'un mélange entre du graphite et un autre matériau. - 3 Ainsi, par exemple, selon un mode de réalisation préféré mais non limitatif, le graphite utilisé est du graphite amorphe, matériau en poudre résultant de la combinaison de deux minéraux : le graphite et le schiste. Cette poudre dite graphite est composée à 5 soixante/soixante-dix pour cent de carbone. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, cette composition comprend un matériau de base mélangé à un liant et à du graphite dont la concentration se situe entre dix et soixante-dix pour cent du volume total afin d'obtenir l'électro- 10 conductivité nécessaire. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, cette composition comprend un matériau de base mélangé à un liant et à du graphite dont la concentration se situe entre trente et cinquante pour cent du volume total afin d'obtenir 15 l'électro-conductivité nécessaire. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, la composition est remarquable en ce qu'elle comprend un matériau de base mélangé à un liant et à du graphite dont la concentration est déterminée afin d'obtenir l'électro-conductivité 20 nécessaire à une application capacitive. Le fonctionnement des applications électro-conductives exploitant un tel matériau est basé sur la loi de Kirchhoff. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse, cette composition est destinée à être recouverte. En effet, il 25 s'agit là d'un matériau intermédiaire se positionnant entre un matériau de support, de maçonnerie et une couche de finition. Une telle composition va assurer la mise en oeuvre d'une application capacitive proposant une matière intelligente permettant des interactions tactiles avec son utilisateur par principe 30 capacitif tout en étant recouverte. L'utilisation d'un liant et d'un matériau de base va apporter à la composition les caractéristiques nécessaires pour supporter des charges, des contraintes et retenir une couche extérieure esthétique. La composition capacitive (le matériau électro-conducteur) 35 détecte le champ électrique rayonné par le corps humain qui entre en contact avec lui. Le champ électrique est capté puis diffusé dans un circuit. Il atteint alors un système électronique implanté à un endroit fixe du lieu où est appliquée la composition. Le système - 4 électronique va intercepter le champ électrique comme un ordre pour activer ou désactiver une technologie (son, lumière, etc...). Cette composition autorise une relation entre l'utilisateur et son habitat. Elle permet de créer des surfaces tactiles permettant 5 des interactions intelligentes. La présence de graphite dans les proportions décrites dans la composition assure à cette dernière une conductivité même une fois recouverte aussi bien pour capter le toucher que pour capter la présence ou l'approche. Ainsi, selon une caractéristique particulièrement avantageuse, 10 elle constitue un enduit conducteur recouvert susceptible d'être utilisé appliqué sur un mur. Un mode de réalisation est la mise en oeuvre d'une fonction d'interrupteur par captation du contact ou du mouvement d'un utilisateur par rapport à une paroi verticale de type cloison ou mur supportant l'enduit recouvert de l'invention. 15 En regard d'un interrupteur classique, les avantages sont nombreux : - la fonction « interrupteur » mise en oeuvre par l'enduit est plus confortable car il est adaptable en fonction des besoins et des envies et il évite de devoir traverser une pièce pour aller appuyer 20 sur un interrupteur éloigné, - la fonction « interrupteur » évite l'installation d'un va-et-vient, - l'utilisation d'un enduit laisse libre place à la créativité à l'artistique en ce qui concerne la couche esthétique le 25 recouvrant, - des applications liées à la santé et à l'apprentissage sont possibles, - des applications cage de Faraday sont possibles, - des applications conductrices d'électricité et/ou de chaleur 30 sont possibles, - les surfaces formant interrupteurs peuvent être mises en évidence par tout moyen (texture, relief, couleur), - facilité de se connecter aux systèmes électriques existants, - facilité d'appliquer l'enduit à des parois déjà existantes. 35 Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, elle constitue un mortier conducteur recouvert susceptible d'être utilisé comme mortier appliqué sur un sol. - 5 On comprend que l'invention peut avoir différents usages comme dans le domaine de la domotique. Il peut comme décrit plus haut faire office d'interrupteur mais également de système d'alarme. Pour une application au sol, l'invention peut être appliquée à 5 l'assistance à des personnes handicapées par la création de chemin pour les malvoyants ou encore l'éveil sensoriel chez les enfants à travers des jeux interactifs. Ainsi, selon un mode de réalisation, une fois que la composition mortier est appliquée au sol, il est envisagé de 10 disposer des dalles sonores et non sonores sur ledit sol afin de créer un chemin dans la pièce. La composition mortier électroconductrice est alors appliquée selon un gabarit de pose séparant les différentes zones électro-conductrices. La composition est donc alors un produit de sous-couche qui 15 peut être utilisé comme enduit appliqué sur un mur ou comme mortier si appliqué sur un sol. L'avantage d'un produit de sous-couche est qu'il permet au client d'avoir l'apparence qu'il désire pour sa surface contrairement aux produits de l'art antérieur. En étant composée de graphite, cette sous-couche a la particularité de 20 conduire l'électricité ce qui permet d'actionner des technologies telles que des lumières ou des sons par un simple contact. L'utilisateur peut donc allumer les lumières ou activer un son en touchant simplement le mur sur lequel la composition est posée comme enduit recouvert. L'invention permet donc de donner une fonctionnalité supplémentaire à des produits de maçonnerie dont de sous-couches destinées à être recouvertes. Il en est de même pour la composition qui comprend, mélangées au matériau électro-conducteur qui peut être du graphite, des particules de bois constituant le matériau de base associées à de la colle constituant le liant. Une telle composition peut être recouverte par des feuilles de mélaminé autorisant ainsi qu'un panneau de poids composé d'aggloméré et de mélaminée, élément de base nécessaire à la fabrication d'une pluralité d'articles mobiliers, puisse mettre en oeuvre une application capacitive. En mélangeant des matériaux conducteurs sous forme de poudre à des produits de base, l'invention propose la mise en oeuvre d'applications capacitives à moindre coût. De plus, le graphite - 6 reste un matériau peu onéreux et facile à intégrer dans une composition de produit non esthétique servant de sous-couche. La demanderesse a établi que la granulométrie est particulièrement importante pour proposer un mélange homogène 5 proposant des caractéristiques électro-conductives. Ainsi, pour ce faire, selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, la granulométrie du matériau électro-conductif en poudre est inférieure à celle d'au moins un des autres éléments constitutifs de la composition. 10 Plus précisément, selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, la granulométrie du matériau électro-conductif en poudre est inférieure à celle de l'ensemble des autres éléments constitutifs de la composition. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse, 15 la composition de l'invention sert de composition de base à un élément de maçonnerie préfabriqué. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse, ledit liant est une colle. Plusieurs compositions d'enduit ont été conçues. 20 Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, ledit enduit comprend - trente pour cent de graphite, - trente-cinq pour cent de plâtre servant de liant, - trente-cinq pour cent de poudre de marbre. 25 Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, ledit enduit comprend - cinquante pour cent de graphite, - vingt-cinq pour cent de plâtre servant de liant, - vingt-cinq pour cent de poudre de marbre. 30 Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, ledit enduit comprend - trente pour cent de graphite, - soixante-dix pour cent de terre constituant le liant et le matériau de base. 35 Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, ledit enduit comprend - cinquante pour cent de graphite, - 7 - cinquante pour cent de terre constituant le liant et le matériau de base. De même, plusieurs compositions de mortier ont été conçues. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de 5 l'invention, ledit mortier comprend - trente pour cent de graphite, - soixante-dix pour cent de mortier colle constituant le liant et le matériau de base. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de 10 l'invention, ledit mortier comprend - cinquante pour cent de graphite, - cinquante pour cent de mortier colle constituant le liant et le matériau de base. Comme expliquée plus haut, l'invention s'applique également aux 15 éléments de mobilier en intégrant les particules de graphite dans la composition des panneaux de bois. Ainsi, selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, la composition comprend mélangées au graphite, des particules de bois constituant le matériau de base associées à de la colle constituant 20 le liant. Un autre objet de l'invention concerne une application de composite capacitif, remarquable en ce qu'elle est constituée par un mélange d'un matériau de base à un liant et à au moins un matériau électro-conductif en poudre dont la concentration est étudiée afin 25 d'obtenir l'électro-conductivité nécessaire. La concentration par exemple de graphite varie en fonction de l'application à mettre en oeuvre (capacitive, électro-conductive, chauffage, cage de Faraday). Cette application de composite capacitif selon la caractéristique précédente met en oeuvre l'une quelconque des 30 compositions ci-dessus décrites. Les concepts fondamentaux de l'invention venant d'être exposés ci-dessus dans leur forme la plus élémentaire, d'autres détails et caractéristiques ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit et en regard des dessins annexés, donnant à 35 titre d'exemple non limitatif, deux modes de réalisation d'une application capacitive exploitant une composition conforme à l'invention. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS - 8 La figure 1 est un exemple d'une application capacitive détectant le contact de la main d'un utilisateur à des fins de commande d'une lumière ; La figure 2 est un exemple d'une application capacitive 5 détectant le contact du pied d'un utilisateur à des fins de guidage ; La figure 3 est un dessin schématique d'une vue en coupe d'une portion de mur recevant une composition conforme à l'invention. DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS 10 Comme illustrée sur le dessin de la figure 1, la pièce P comporte une pluralité de parois 100 et 200 dont l'une 100 est équipée d'un enduit conforme à une des compositions d'enduit de l'invention et dont l'autre 200 comporte une lampe 210 alimentée en électricité. L'alimentation en électricité de cette lampe 210 est 15 commandée par un boitier électronique (non illustré) relié à la composition recouvrant la paroi 100. Plus précisément, selon le mode de réalisation non limitatif illustré sur le dessin de la figure 3, la paroi 100 est formée d'une paroi de base 110 recouverte de la composition 120 conforme à l'invention elle-même recouverte d'un 20 papier peint 130. Le boîtier électronique est relié à la couche 120. L'utilisateur U vient toucher la paroi 100 qui détecte un changement de capacité que le boîtier électronique interprète comme une commande : - pour allumer la lampe 210 si elle est éteinte, 25 - pour éteindre la lampe 210 si elle est allumée. Les boîtiers électroniques équipés de microcontrôleurs programmables sont en mesure de détecter le changement de capacité et de transformer la détection en une commande d'ouverture/fermeture d'un circuit électrique. 30 De façon indépendante ou en complément de l'installation décrite pour la figure 1, l'application de la figure 2 illustre l'exploitation de la détection du contact du pied de l'utilisateur U par une sous-couche recouvrant le sol S, sous-couche qui, reprenant une des compositions de mortier de l'invention, est recouverte de 35 dalles sonores ou non. Le revêtement détecte le contact ou le mouvement et transmet l'information aux dalles sonores qui émettent un signal sonore si le contact est détecté dans leur zone. Un chemin - 9 de guidage est alors créé et permet à l'utilisateur U de se diriger vers la porte 300. On comprend que la composition, qui vient d'être ci-dessus décrite et représentée, l'a été en vue d'une divulgation plutôt que 5 d'une limitation. Bien entendu, divers aménagements, modifications et améliorations pourront être apportés à l'exemple ci-dessus, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS1. Composition de matériau, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QU'elle comprend un matériau de base mélangé à un liant et à au moins un matériau électro-conductif en poudre dont la concentration est 5 étudiée afin d'obtenir l'électro-conductivité nécessaire aux applications suivantes : - de conduction électrique, - capacitive, - cage de Faraday. 10 2. Composition de matériau selon la revendication 1, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QU'elle comprend un matériau de base mélangé à un liant et à au moins du graphite en poudre dont la concentration est étudiée afin d'obtenir l'électro-conductivité nécessaire aux applications- suivantes : 15 - de conduction électrique, - capacitive, - cage de Faraday. 3. Composition de matériau CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QU'elle 20 mélangé à un liant et à du graphite entre dix et soixante-dix pour cent du volume total afin d'obtenir l'électro-conductivité nécessaire. 4. Composition de matériau selon la revendication 3, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QU'elle comprend un matériau de base 25 mélangé à un liant et à du graphite dont la concentration se situe entre trente et cinquante pour cent du volume total afin d'obtenir l'électro-conductivité nécessaire. 5. Composition de matériau selon la revendication 3, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QU'elle comprend un matériau de base 30 mélangé à un liant et à du graphite dont la concentration est déterminée afin d'obtenir l'électro-conductivité nécessaire à une application capacitive. 6. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT Qu'elle constitue un enduit conducteur 35 recouvert susceptible d'être utilisé appliqué sur un mur. 7. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QU'elle constitue un mortier conducteur selon la revendication 2, comprend un matériau de base dont la concentration se situe recouvert susceptible d'être utilisé comme mortier appliqué sur un sol. 8. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QU'elle sert de composition de base à un 5 élément de maçonnerie préfabriqué. 9. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QUE la granulométrie du matériau électroconductif en poudre est inférieure à celle d'au moins un des autres éléments constitutifs de la composition. 10 10. Composition selon la revendication 8, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE la granulométrie du matériau électro-conductif en poudre est inférieure à celle de l'ensemble des autres éléments constitutifs de la composition. 11. Composition selon la revendication 6, CARACTÉRISÉE PAR LE 15 FAIT QUE ledit enduit comprend - trente pour cent de graphite, - trente-cinq pour cent de plâtre servant de liant, - trente-cinq pour cent de poudre de marbre. 12. Composition selon la revendication 6, CARACTÉRISÉE PAR LE 20 FAIT QUE ledit enduit comprend - cinquante pour cent de graphite, - vingt-cinq pour cent de plâtre servant de liant, - vingt-cinq pour cent de poudre de marbre. 13. Composition selon la revendication 6, CARACTÉRISÉE PAR LE 25 FAIT QUE ledit enduit comprend - trente pour cent de graphite, - soixante-dix pour cent de terre constituant le liant et le matériau de base. 14. Composition selon la revendication 6, CARACTÉRISÉE PAR LE 30 FAIT QUE ledit enduit comprend - cinquante pour cent de graphite, - cinquante pour cent de terre constituant le liant et le matériau de base. 15. Composition selon la revendication 7, CARACTÉRISÉE PAR LE 35 FAIT QUE ledit mortier comprend - trente pour cent de graphite, - soixante-dix pour cent de mortier colle constituant le liant et le matériau de base. - 12 - 16. Composition selon la revendication 7, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QUE ledit mortier comprend - cinquante pour cent de graphite, - cinquante pour cent de mortier colle constituant le liant et 5 le matériau de base. 17. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QU'elle comprend mélangées au matériau électro-conducteur, des particules de bois constituant le matériau de base associées à de la colle constituant le liant. 10 18. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QUE ledit liant est une colle. 19. Application de composite capacitif, CARACTÉRISÉE EN CE QU'elle est constituée par un mélange d'un matériau de base à un liant et à au moins un matériau électro-conductif en poudre dont la 15 concentration est étudiée afin d'obtenir l'électro-conductivité nécessaire aux applications suivantes : - de conduction électrique, - capacitive, - cage de Faraday, 20 ledit mélange étant positionné entre un matériau de support, de maçonnerie et une couche de finition. 20. Application de composite capacitif selon la revendication précédente mettant en oeuvre la composition l'une quelconque des revendications de 1 à 18. 25 30 35