Brevet FR3129412A1 — publié le 20230526

L’invention concerne un dispositif fonctionnel (100) comportant un empilement multicouche comprenant successivement : - un premier film de protection (101) disposé en face avant dudit dispositif (100), - un ensemble encapsulant (107), - un deuxième film de protection (105) disposé en face arrière du dispositif, - au moins un élément électriquement ou optiquement actif (110) étant enrobé dans l’ensemble encapsulant, et - un élément de connexion électrique (160) directement raccordé audit élément électriquement ou optiquement actif et adapté à transporter l’électricité depuis ou vers ledit élément électriquement ou optiquement actif, une extrémité (162) dudit élément de connexion électrique sortant directement dudit dispositif fonctionnel. Selon l’invention, ledit l’élément de connexion électrique est intégré dans l’empilement et comprend une gaine extérieure dépourvue d’éléments halogènes et dont une extrémité sort directement dudit dispositif fonctionnel, de manière à s’affranchir de l’utilisation d’une boîte de jonction intermédiaire en face avant ou en face arrière du dispositif fonctionnel (100). Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Dispositif fonctionnel à sorties électriques directes et procédé de fabrication d’un tel dispositif fonctionnel Domaine technique de l'invention La présente invention concerne le domaine technique des dispositifs fonctionnels, par exemple des structures multicouches, comprenant des éléments électriquement ou optiquement actifs, tels que des cellules photovoltaïques, des diodes électroluminescentes ou des films résistifs. L’invention trouve une application privilégiée dans le domaine des routes solaires. L’invention est par exemple intégrable dans des chaussées circulables par des piétons et/ou des véhicules, motorisés ou non, telles que des chaussées ou routes, des pistes cyclables, des plateformes industrielles ou aéroportuaires, des places, des trottoirs ou des parkings. L’invention trouve également une application privilégiée dans les véhicules de transport (par exemple voiture, camion, train ou bateau) ou l’enveloppe d’un bâtiment, sur lesquels le dispositif fonctionnel peut être fixé. Elle concerne en particulier un dispositif fonctionnel à sorties électriques directes et un procédé de fabrication d’un tel dispositif fonctionnel, destiné à être intégré dans une chaussée et une chaussée circulable ou piétonne fonctionnalisée comprenant un tel dispositif. Etat de la technique Les chaussées fonctionnalisées sont des chaussées comprenant des éléments électriquement ou optiquement actifs tels que des cellules photovoltaïques ou d’autres éléments électriquement ou optiquement actifs tels que des diodes électroluminescentes (LEDs), des éléments électriques, électroniques, optiques, opto-électriques, piézo-électriques et/ou thermoélectriques. Ces éléments peuvent permettre de générer, de recevoir et/ou de communiquer des données, ou encore de générer et transférer de l’énergie. En particulier, le principe des routes solaires consiste à utiliser les routes ou chaussées comme moyens de production d’énergie électrique, à partir de l’irradiation solaire pendant la journée. Pour cela, des modules solaires sont insérés dans des chaussées dites circulables (routes, trottoirs, etc.), et recouverts par une surface texturée transparente, résistante au passage des véhicules, et répondant aux exigences d’adhérence applicables aux routes et autres voies circulées. Classiquement, les modules photovoltaïques comprennent : -une plaque transparente en face avant du module, généralement en verre ; la face avant étant celle exposée au rayonnement solaire incident lors de l'implantation des modules sur le terrain, -un ensemble de cellules photovoltaïques interconnectées, enrobées dans une couche d’encapsulation, -une plaque en face arrière du module photovoltaïque, généralement en verre ou en un « backsheet » formé de polymères multi-couches. Ces modules photovoltaïques comprennent généralement, majoritairement en face arrière, une boîte de jonction. Celle-ci permet en particulier d’effectuer la transition entre les connectiques électriques intérieures au module photovoltaïque (généralement en ruban de cuivre plat) et les connectiques électriques extérieures au module photovoltaïque (généralement en câbles ronds ou plats). Cette boîte de jonction contient généralement également une ou plusieurs diodes de dérivation, nécessaire(s) au bon fonctionnement et à la protection du module photovoltaïque en cas notamment de dysfonctionnement des cellules photovoltaïques comprises dans ce module. Cependant, dans le cas de l’installation d’un module photovoltaïque sur une chaussée, la présence d’une boîte de jonction sur le module induit des coûts d’installation élevés car il est notamment nécessaire de réaliser une tranchée dans la chaussée pour y encastrer la boîte de jonction. Cette tranchée doit ensuite être remplie d’un matériau compatible avec la chaussée et avec le passage du trafic. Une problématique similaire existe dans toute application de modules photovoltaïques fixés sur l’ensemble de la surface de leur face arrière sur un support. Présentation de l'invention Dans ce contexte, la présente invention propose d’améliorer la fabrication des dispositifs fonctionnels, en particulier ceux destinés à être intégrés dans une chaussée, de manière à réduire leurs coûts d’installation sur le support concerné. Ce support est de manière préférentielle une chaussée circulable. Il peut également s’agir de tout autre support tel que des surfaces de bâtiments, de bateaux, de voitures et plus généralement, toute surface sur laquelle le dispositif fonctionnel pourrait être posé par collage ou tout autre moyen de fixation. En particulier, l’invention concerne un dispositif fonctionnel comportant un empilement multicouche. Cet empilement multicouche comprend successivement : - un premier film de protection transparent disposé en face avant dudit dispositif, - un ensemble encapsulant, - un deuxième film de protection, transparent ou non, disposé en face arrière du dispositif, - au moins un élément électriquement ou optiquement actif étant enrobé dans l’ensemble encapsulant, et - un élément de connexion électrique raccordé audit élément électriquement ou optiquement actif et adapté à transporter l’électricité depuis ou vers ledit élément électriquement ou optiquement actif, Selon l’invention, l’élément de connexion électrique est intégré dans l’empilement multicouche. De plus, l’élément de connexion électrique comprend une gaine extérieure dépourvue d’éléments halogènes et dont une extrémité sort directement dudit dispositif fonctionnel, de manière à s’affranchir de l’utilisation d’une boîte de jonction intermédiaire en face avant ou en face arrière du dispositif fonctionnel. Ainsi, l’absence d’éléments halogènes dans la gaine extérieure de l’élément de connexion électrique, par exemple d’un câble électrique, permet d’obtenir une bonne adhérence entre l’ensemble encapsulant du dispositif fonctionnel et la gaine extérieure de l’élément de connexion électrique. Ceci est un facteur essentiel pour assurer une bonne étanchéité et éviter des risques de délamination au niveau de la sortie de l’élément de connexion électrique du dispositif fonctionnel. De plus, cet agencement, intégrant directement l’élément de connexion électrique dans le dispositif fonctionnel, cet élément de connexion électrique sortant également directement à l’extérieur de ce dispositif, permet de s’affranchir de l’utilisation d’une boite de jonction intermédiaire sur la face avant ou arrière du dispositif fonctionnel. Cela permet également d’assurer la fiabilité du dispositif fonctionnel par rapport aux conditions ambiantes à ce dispositif, notamment des influences physiques, mécaniques ou chimiques subies par le dispositif. D’autres caractéristiques non limitatives et avantageuses du dispositif conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes : - l’élément électriquement ou optiquement actif est une cellule photovoltaïque, ladite cellule photovoltaïque étant raccordée à au moins une diode de dérivation enrobée dans l’ensemble encapsulant ; - la gaine extérieure de l’élément de connexion électrique est dépourvue de fluoropolymère et/ou de chloropolymère et/ou de bromopolymère ; - l’ensemble encapsulant comprend un passage permettant la sortie de l’élément de connexion électrique, au travers de l’ensemble encapsulant, vers l’extérieur du dispositif fonctionnel ; - l’ensemble encapsulant comprend : a) un premier film encapsulant extérieur, b) un film encapsulant intérieur, et c) un deuxième film encapsulant extérieur ; - l’élément de connexion électrique est enrobé de matériau encapsulant le long de son passage au travers dudit dispositif fonctionnel, ledit matériau encapsulant étant choisi parmi l’un ou plusieurs des matériaux formant le premier film encapsulant extérieur, le film encapsulant intérieur ou le deuxième film encapsulant extérieur ; - le deuxième film encapsulant extérieur comprend un premier orifice et le deuxième film de protection comprend un deuxième orifice, le premier orifice et le deuxième orifice étant alignés de manière à former un orifice traversant permettant le passage de l’élément de connexion électrique au travers du deuxième film encapsulant extérieur et du deuxième film de protection ; - un espace entre des parois dudit orifice traversant et l’élément de connexion électrique passant dans ledit orifice traversant est rempli du même matériau que celui formant le deuxième film encapsulant extérieur ; - le premier film encapsulant extérieur comprend un troisième orifice et le premier film de protection comprend un quatrième orifice, le troisième orifice et le quatrième orifice étant alignés de manière à former un orifice traversant permettant le passage de l’élément de connexion électrique au travers du premier film encapsulant extérieur et du premier film de protection ; - un espace entre des parois dudit orifice traversant et l’élément de connexion électrique passant dans ledit orifice traversant est rempli du même matériau que celui formant le premier film encapsulant extérieur ; - un passage permettant la sortie de l’élément de connexion électrique au travers du film encapsulant intérieur est compris dans le film encapsulant intérieur ; - un passage permettant la sortie de l’élément de connexion électrique au travers du film encapsulant intérieur est compris entre le premier film encapsulant extérieur et le film encapsulant intérieur ; - un passage permettant la sortie de l’élément de connexion électrique au travers du film encapsulant intérieur est compris entre le film encapsulant intérieur et le deuxième film encapsulant extérieur ; - une extrémité métallique dénudée dudit élément de connexion électrique est directement soudée sur une partie électriquement conductrice dudit élément électriquement ou optiquement actif ; - une extrémité métallique dénudée de l’élément de connexion électrique est raccordée à une partie électriquement conductrice dudit élément électriquement ou optiquement actif au moyen d’un élément intermédiaire de raccordement, par exemple un ruban de cuivre plat ; - l’élément intermédiaire de raccordement comprend une cosse ; - l’élément de connexion électrique est un câble électrique, rond ou plat ; - l’élément de connexion électrique est une tresse métallique plate recouverte d’une gaine thermo-rétractable ; et - l’élément de connexion électrique présente une section inférieure ou égale à 2,5 mm2. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un dispositif fonctionnel tel que défini précédemment. Le procédé comprend : - une étape de raccordement de l’élément de connexion électrique à l’élément électriquement ou optiquement actif ; et - une étape de formation de l’empilement multicouche permettant d’enrober l’élément électriquement ou optiquement actif dans l’ensemble encapsulant entre le premier film de protection et le deuxième film de protection, une extrémité de l’élément de connexion électrique sortant directement dudit dispositif fonctionnel. D’autres caractéristiques non limitatives et avantageuses du procédé de fabrication conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes : - l’étape de formation de l’empilement multicouche est réalisée par lamination à chaud ; - il est prévu une étape de formation d’un passage dans ledit ensemble encapsulant, ledit passage permettant la sortie de l’élément de connexion électrique au travers dudit ensemble encapsulant ; - il est prévu une étape de formation d’un orifice traversant au travers dudit ensemble encapsulant et dudit deuxième film de protection de manière à permettre le passage de l’élément de connexion électrique au travers dudit dispositif fonctionnel ; et - il est prévu une étape de formation d’un orifice traversant au travers dudit ensemble encapsulant et dudit premier film de protection de manière à permettre le passage de l’élément de connexion électrique au travers dudit dispositif fonctionnel. L’invention concerne également une chaussée circulable ou piétonne fonctionnalisée, comprenant une chaussée circulable ou piétonne sur laquelle est fixé un dispositif fonctionnel tel que défini précédemment. L’invention concerne encore un véhicule de transport comprenant un dispositif fonctionnel tel que décrit précédemment. L’invention concerne enfin une enveloppe de bâtiment comprenant un dispositif fonctionnel tel que décrit précédemment. Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. Dispositif fonctionnel (100) comportant un empilement multicouche comprenant successivement : - un premier film de protection (101) transparent disposé en face avant dudit dispositif (100), - un ensemble encapsulant (107), - un deuxième film de protection (105), transparent ou non, disposé en face arrière du dispositif, - au moins un élément électriquement ou optiquement actif (110) étant enrobé dans l’ensemble encapsulant (107), et - un élément de connexion électrique (160) raccordé audit élément électriquement ou optiquement actif (110) et adapté à transporter l’électricité depuis ou vers ledit élément électriquement ou optiquement actif (110), caractérisé en ce que l’élément de connexion électrique (160) est intégré dans l’empilement multicouche et, en ce que ledit élément de connexion électrique (160) comprend une gaine extérieure dépourvue d’éléments halogènes et dont une extrémité (162) sort directement dudit dispositif fonctionnel (100), de manière à s’affranchir de l’utilisation d’une boîte de jonction intermédiaire en face avant ou en face arrière du dispositif fonctionnel (100). Dispositif fonctionnel (100) selon la revendication 1, dans lequel l’élément électriquement ou optiquement actif (110) est une cellule photovoltaïque, ladite cellule photovoltaïque étant raccordée à au moins une diode de dérivation enrobée dans l’ensemble encapsulant (107). Dispositif fonctionnel (100) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la gaine extérieure de l’élément de connexion électrique (160) est dépourvue de fluoropolymère et/ou de chloropolymère et/ou de bromopolymère. Dispositif fonctionnel (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’ensemble encapsulant (107) comprend un passage permettant la sortie de l’élément de connexion électrique (160), au travers de l’ensemble encapsulant (107), vers l’extérieur du dispositif fonctionnel (100). Dispositif fonctionnel (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’ensemble encapsulant (107) comprend : - un premier film encapsulant extérieur (102), - un film encapsulant intérieur (103), et - un deuxième film encapsulant extérieur (104). Dispositif fonctionnel (100) selon la revendication 5, dans lequel l’élément de connexion électrique (160) est enrobé de matériau encapsulant le long de son passage au travers dudit dispositif fonctionnel (100), ledit matériau encapsulant étant choisi parmi l’un ou plusieurs des matériaux formant le premier film encapsulant extérieur (102), le film encapsulant intérieur (103) ou le deuxième film encapsulant extérieur (104). Dispositif fonctionnel (100) selon la revendication 5 ou 6, dans lequel le deuxième film encapsulant extérieur (104) comprend un premier orifice (104a) et le deuxième film de protection (105) comprend un deuxième orifice (105a), le premier orifice (104a) et le deuxième orifice (105a) étant alignés de manière à former un orifice traversant (180) permettant le passage de l’élément de connexion électrique (160) au travers du deuxième film encapsulant extérieur (104) et du deuxième film de protection (105). Dispositif fonctionnel (100) selon la revendication 7, dans lequel un espace entre des parois dudit orifice traversant (180) et l’élément de connexion électrique (160) passant dans ledit orifice traversant (180) est rempli du même matériau que celui formant le deuxième film encapsulant extérieur (104). Dispositif fonctionnel (100) selon la revendication 5 ou 6, dans lequel le premier film encapsulant extérieur (102) comprend un troisième orifice (102a) et le premier film de protection (101) comprend un quatrième orifice (101a), le troisième orifice (102a) et le quatrième orifice (101a) étant alignés de manière à former un orifice traversant (182) permettant le passage de l’élément de connexion électrique (160) au travers du premier film encapsulant extérieur (102) et du premier film de protection (101). Dispositif fonctionnel (100) selon la revendication 9, dans lequel un espace entre des parois dudit orifice traversant (182) et l’élément de connexion électrique (160) passant dans ledit orifice traversant (182) est rempli du même matériau que celui formant le premier film encapsulant extérieur (102). Dispositif fonctionnel (100) selon la revendication 5 ou 6, dans lequel un passage permettant la sortie de l’élément de connexion électrique au travers du film encapsulant intérieur (103) est compris dans le film encapsulant intérieur (103) ou entre le premier film encapsulant extérieur (102) et le film encapsulant intérieur (103) ou entre le film encapsulant intérieur (103) et le deuxième film encapsulant extérieur (104). Dispositif fonctionnel (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel une extrémité métallique dénudée dudit élément de connexion électrique (160) est directement soudée sur une partie électriquement conductrice (150) dudit élément électriquement ou optiquement actif (110). Dispositif fonctionnel (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel une extrémité métallique dénudée de l’élément de connexion électrique (160) est raccordée à une partie électriquement conductrice (150) dudit élément électriquement ou optiquement actif (110) au moyen d’un élément intermédiaire de raccordement (190), par exemple un ruban de cuivre plat. Dispositif fonctionnel (100) selon la revendication 12, dans lequel l’élément intermédiaire de raccordement (190) comprend une cosse. Dispositif fonctionnel (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel l’élément de connexion électrique (160) est un câble électrique, rond. Dispositif fonctionnel (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel l’élément de connexion électrique (160) est une tresse métallique plate recouverte d’une gaine thermo-rétractable. Dispositif fonctionnel (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 16, dans lequel l’élément de connexion électrique (160) présente une section inférieure ou égale à 2,5 mm 2 . Chaussée circulable ou piétonne fonctionnalisée, comprenant une chaussée circulable ou piétonne sur laquelle est fixé un dispositif fonctionnel (100) tel que défini dans l’une quelconque des revendications 1 à 17. Véhicule de transport comprenant un dispositif fonctionnel (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 17. Enveloppe de bâtiment comprenant un dispositif fonctionnel (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 17. Procédé de fabrication d’un dispositif fonctionnel (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 17, ledit procédé comprenant : - une étape de raccordement de l’élément de connexion électrique (160) à l’élément électriquement ou optiquement actif (110) ; et - une étape de formation de l’empilement multicouche permettant d’enrober l’élément électriquement ou optiquement actif (110) dans l’ensemble encapsulant (107) entre le premier film de protection (101) et le deuxième film de protection (105), une extrémité (162) de l’élément de connexion électrique (160) sortant directement dudit dispositif fonctionnel (100). Procédé de fabrication selon la revendication 21, dans lequel l’étape de formation de l’empilement multicouche est réalisée par lamination à chaud. Procédé de fabrication selon la revendication 21 ou 22, comprenant une étape de formation d’un passage dans ledit ensemble encapsulant (107), ledit passage permettant la sortie de l’élément de connexion électrique (160) au travers dudit ensemble encapsulant (107). Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 21 à 23, comprenant une étape de formation d’un orifice traversant (180) au travers dudit ensemble encapsulant (107) et dudit deuxième film de protection (105) de manière à permettre le passage de l’élément de connexion électrique (160) au travers dudit dispositif fonctionnel (100). Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 21 à 23, comprenant une étape de formation d’un orifice traversant (180) au travers dudit ensemble encapsulant (107) et dudit premier film de protection (101) de manière à permettre le passage de l’élément de connexion électrique (160) au travers dudit dispositif fonctionnel (100).