Brevet FR3127040A1 — publié le 20230317

Il est décrit un détecteur capacitif (10) comportant une matrice polymérique et un élément de contact ménagé dans la matrice polymérique, l’élément de contact étant destiné à transmettre un contact capacitif à un ensemble de détection capacitif. La matrice polymérique intègre une quantité de particules métalliques réparties sensiblement équitablement dans la matrice polymérique. Le détecteur capacitif (10) peut servir à la formation d’une prise d’escalade à détection capacitive, d’un mur d’escalade connecté. Il est aussi décrit un procédé de fabrication du détecteur capacitif (10). Figure 3 Détecteur capacitif, prise d’escalade à détection capacitive, mur d’escalade connecté et procédé de fabrication d’un tel détecteur capacitif Domaine technique de l’invention La présente invention concerne un détecteur capacitif comportant une matrice polymérique, et un élément de contact ménagé dans ladite matrice polymérique, ledit élément de contact étant destiné à transmettre un contact capacitif à un ensemble de détection capacitif. L’invention concerne aussi une prise d’escalade à détection capacitive comprenant un tel détecteur capacitif, un mur d’escalade connecté et un procédé de fabrication d’un tel détecteur capacitif. Etat de la technique Selon une technique ancienne, les prises d’escalade peuvent être fabriquées par moulage d’une matrice contenant une résine et un catalyseur pour le durcissement de la préparation après moulage. La préparation peut aussi contenir une quantité donnée de silice pour obtenir une bonne résistance. Par ailleurs, il est connu qu’un mur d’escalade puisse contenir une pluralité de prises d’escalade réparties sur la surface du mur d’escalade. Chaque prise d’escalade est fixée par un élément d’ancrage ménagé dans la matrice et destiné à fixer la prise d’escalade sur la paroi du mur d’escalade. Cet élément d’ancrage peut être une vis ou un système de boulon contenant une vis et un écrou. A titre d’exemple, l’écrou est solidaire de la paroi et la vis est solidaire de la matrice de la prise d’escalade. Cette vis peut avoir une tête apparente logée dans une cavité ouverte vers l’extérieur de la prise d’escalade ou noyée dans la matrice de sorte à ne pas être visible. Avec un élément d’ancrage électriquement conducteur, un courant électrique appliqué à une extrémité de l’élément d’ancrage (par exemple au niveau de l’écrou encastré dans la paroi du mur d’escalade) peut traverser la prise d’escalade et le mur d’escalade pour être capté au niveau d’une autre extrémité de l’élément d’ancrage. Il est donc possible de réaliser une détection capacitive d’un grimpeur utilisant la prise d’escalade. Pour une bonne compréhension de ce principe, en référence à la , la détection capacitive s’appuie sur le fait que le corps humain est électriquement conducteur. Le corps du grimpeur 3 agit comme une électrode qui vient en regard d’une autre électrode 2 rattachée à un circuit d’acquisition par l’intermédiaire de l’élément d’ancrage. Le circuit d’acquisition peut comporter une borne d’entrée 1 et une borne de sortie 4 reliées par une résistance « R ». L’élément d’ancrage est connecté entre la résistance R et la borne de sortie 4. La connexion de l’élément d’ancrage avec le circuit d’acquisition forme une première capacité résiduelle « Cpin ». Pour détecter le contact du grimpeur 3, un faible courant est émis par la borne d’entrée 1 et ce faible courant est transmis à l’élément d’ancrage, lequel transmet le courant jusqu’à la prise d’escalade. Si le grimpeur 3 touche la prise d’escalade, une seconde capacité résiduelle « Csensed » est créée par le corps du grimpeur 3 formant ainsi un circuit RC induisant une décharge du corps du grimpeur 3 dans le circuit d’acquisition. Cette décharge peut être détectée sur la borne de sortie 4. Dans un mur d’escalade connecté, c’est-à-dire permettant une détection capacitive, chaque prise d’escalade est connectée à un circuit d’acquisition respectif et il est possible d’identifier chaque prise touchée par le grimpeur 3 au cours du temps. Cette technologie améliore l’analyse des performances des grimpeurs, notamment pour les compétitions de vitesse. Cette technologie est connue par exemple du document de brevet FR3006797A1. Le problème de cette technologie réside dans la détection du grimpeur. En effet, si la détection du grimpeur est homogène dans l’air sur une demi-sphère globalement circulaire autour de l’élément d’ancrage, il n’en demeure pas moins que la capacité et la qualité de détection diminue au fur et à mesure que l’on s’éloigne de l’élément d’ancrage. En effet, la détection est optimale à proximité de l’élément d’ancrage mais le courant induit par la détection est de plus en plus faible au fur et à mesure que l’on s’éloigne de l’élément d’ancrage, et à une certaine distance, la détection capacitive du grimpeur peut devenir aléatoire voire impossible. Le document de brevet FR3066398A1 vise à répondre à cette problématique en améliorant la détection capacitive des prises d’escalade, sans se faire au détriment du toucher des prises d’escalade qui vise à reproduire le contact d’une roche naturelle. A cet effet, chaque prise d’escalade à détection capacitive, qui comprend une matrice polymérique et un point d’ancrage ménagé dans la matrice polymérique, destiné à fixer la prise d’escalade sur un mur d’escalade et à transmettre un contact capacitif à un ensemble de détection capacitif, est telle que la matrice polymérique intègre une poudre de carbone de sorte que la poudre de carbone représente entre 10% et 35% du poids de la matrice polymérique, la poudre de carbone étant répartie sensiblement équitablement dans ladite matrice polymérique. La poudre de carbone est en particulier de la poudre de graphite ou du noir de carbone à haute structure. Cela permet d’obtenir une prise d’escalade dont la détection capacitive est réalisée sur une plus grande surface que les prises précédemment décrites car les charges électriques peuvent être transmises dans la prise d’escalade en utilisant un réseau antistatique formé par la poudre de carbone. La proportion des particules de poudre de carbone est particulièrement sensible pour transmettre les charges électrostatiques du grimpeur au circuit d’acquisition. Au final cela permet d’avoir une bonne détection du contact d’un grimpeur en tout point de la surface de la prise d’escalade car les particules de carbone dans la prise forment un réseau antistatique permettant de transmettre un faible courant. En effet, lorsque deux particules de carbone sont proches, un courant électrostatique peut être transmis entre les deux particules par l’intermédiaire d’un effet tunnel. Il s’ensuit que cela permet d’améliorer la détection d’un grimpeur sur une prise à détection capacitive. Toutefois, ces dispositions ne sont pas encore totalement satisfaisantes. En effet, le problème de cette technologie réside dans la couleur de la prise d’escalade ainsi fabriquée. La présence de la poudre de carbone rend impossible la coloration de la prise d’escalade dans la masse par un composant colorant, et oblige à l’utilisation d’une prise d’escalade de couleur foncée noire ou grise. Dans le domaine de l’escalade, cette limitation est un véritable problème car au-delà du besoin d’une détection capacitive, il est déjà connu d’avoir un besoin de disposer de prises d’escalade de différentes couleurs, permettant par exemple, en fonction de leur agencement, de délimiter différentes voies d’escalade immédiatement identifiables au sein d’un même mur d’escalade. Il existe donc un besoin de disposer d’une prise d’escalade qui remplisse les fonctions requises de résistance mécanique, tout en offrant simultanément une fonction de détection capacitive comme décrite ci-avant et une possibilité de pouvoir être colorisée à souhait de manière simple et efficace sans grever la fonction de détection capacitive. Si les problématiques précédemment listées ont été introduites en lien avec un domaine technique dans lequel chaque détecteur capacitif correspond à une prise d’escalade, il n’en demeure pas moins qu’elles sont susceptibles de se poser pour des détecteurs capacitifs appartenant à d’autres domaines d’application, comme par exemple des interrupteurs sans contact. Objet de l’invention La présente invention vise à proposer une solution qui réponde aux problèmes techniques listés ci-avant. Notamment, un but de l’invention vise à proposer un détecteur capacitif qui présente les propriétés mécaniques requises pour son utilisation, tout en ayant une aptitude à être colorisé à souhait dans la masse de manière très simple et efficace, le tout sans grever aucunement une fonction de détection capacitive proposée par le détecteur capacitif. Ce but peut être atteint par la fourniture d’un détecteur capacitif comportant : - une matrice polymérique, - un élément de contact ménagé dans ladite matrice polymérique, ledit élément de contact étant destiné à transmettre un contact capacitif à un ensemble de détection capacitif, ladite matrice polymérique intégrant une quantité de particules métalliques réparties sensiblement équitablement dans la matrice polymérique. Le détecteur capacitif peut en outre mettre en œuvre les caractéristiques suivantes, prises isolément ou en combinaison. Les particules métalliques représentent moins de 10% du poids de la matrice polymérique. La matrice polymérique intègre une poudre de silice. La matrice polymérique intègre entre 10% et 40% en poids de silice. La matrice polymérique est thermodurcissable. La matrice polymérique intègre un composant colorant sensiblement équitablement réparti dans la matrice polymérique. La matrice polymérique intègre entre 0,5% et 5% en poids de composant colorant. La matrice polymérique intègre une résine polymérique, équitablement répartie dans la matrice polymérique, la matrice polymérique intégrant entre 46 et 70% en poids de résine polymérique. Les particules métalliques sont des particules fibreuses de forme allongée, chaque particule fibreuse présentant une longueur et ayant des dimensions transversales telle que sa section est incluse dans un cercle de diamètre plus petit que ladite longueur. La longueur de chaque particule fibreuse est comprise entre 0,7 mm et 1 mm. Le diamètre du cercle est compris entre 8 µm et 12 µm. Les particules métalliques sont formées dans un métal choisi parmi : un alliage d’aluminium, un acier inoxydable. Les particules métalliques représentent plus de 6% du poids de la matrice polymérique. Il est également proposé une prise d’escalade à détection capacitive comprenant un tel détecteur capacitif, la prise d’escalade comportant un élément d’ancrage ménagé dans la matrice polymérique et destiné à fixer la prise d’escalade à un mur d’escalade et à inclure ou constituer l’élément de contact. Il est aussi proposé un mur d’escalade connecté comportant : - de telles prises d’escalade à détection capacitive, - un ensemble de détection capacitif relié à chaque prise d’escalade et configuré pour détecter le contact d’un grimpeur sur chaque prise d’escalade. Ce but peut aussi être atteint par la mise en œuvre d’un procédé de fabrication d’un tel détecteur capacitif, comportant les étapes successives suivantes : - préparation d’une résine polymérique, - incorporation des particules métalliques et d’une quantité de silice dans la résine polymérique issue de l’étape de préparation, - agitation du mélange intégrant la résine polymérique, la silice et les particules métalliques, les particules métalliques étant réparties sensiblement équitablement dans ledit mélange, - moulage du mélange de sorte à former ledit détecteur capacitif. Le procédé de fabrication peut en outre mettre en œuvre les caractéristiques suivantes, prises isolément ou en combinaison. L’étape de préparation et l’étape d’incorporation sont mises en œuvre d’une manière assurant qu’à l’issue de l’étape de moulage, les particules métalliques représentent moins de 10% du poids du résultat de l’étape de moulage. Le procédé de fabrication comporte au moins l’une des étapes supplémentaires suivantes : - ajout d’un catalyseur dans le mélange intégrant la résine polymérique, la silice et les particules métalliques, mise en œuvre avant l’étape d’agitation et avant l’étape de moulage, - ajout d’un composant colorant dans le mélange intégrant la résine polymérique, la silice et les particules métalliques, mise en œuvre avant ou après l’étape d’agitation et mise en œuvre avant l’étape de moulage. Le procédé de fabrication comporte l’étape supplémentaire suivante : - dégazage du mélange, mise en œuvre durant ou après l’étape d’agitation, et avant l’étape de moulage. La résine polymérique est une résine polyester ou une résine polyuréthane. Description sommaire des dessins D’autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de modes de réalisation préférés de celle-ci, donnée à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : La est une représentation simplifiée du schéma électrique de principe de la détection capacitive d’une prise d’escalade de l’état de la technique. La est une vue de face d’un exemple de détecteur capacitif selon l’invention, formant ici, uniquement à titre d’exemple, une prise d’escalade à détection capacitive. La est un organigramme des étapes d’un exemple de procédé de fabrication du détecteur capacitif de la . La est un tableau regroupant les mesures d’essais mécaniques pour des prises d’escalade selon l’état de la technique et pour des prises d’escalades selon la , pour différentes teneurs en poids en particules métalliques. Détecteur capacitif (10) comportant : - une matrice polymérique, - un élément de contact ménagé dans ladite matrice polymérique, ledit élément de contact étant destiné à transmettre un contact capacitif à un ensemble de détection capacitif, caractérisé en ce que ladite matrice polymérique intègre une quantité de particules métalliques réparties sensiblement équitablement dans la matrice polymérique. Détecteur capacitif (10) selon la revendication 1, dans lequel les particules métalliques représentent moins de 10% du poids de la matrice polymérique. Détecteur capacitif (10) selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel la matrice polymérique intègre une poudre de silice. Détecteur capacitif (10) selon la revendication 3, dans lequel la matrice polymérique intègre entre 10% et 40% en poids de silice. Détecteur capacitif (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la matrice polymérique est thermodurcissable. Détecteur capacitif (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la matrice polymérique intègre un composant colorant sensiblement équitablement réparti dans la matrice polymérique. Détecteur capacitif (10) selon la revendication 6, dans lequel la matrice polymérique intègre entre 0,5% et 5% en poids de composant colorant. Détecteur capacitif (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la matrice polymérique intègre une résine polymérique, équitablement répartie dans la matrice polymérique, la matrice polymérique intégrant entre 46 et 70% en poids de résine polymérique. Détecteur capacitif (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les particules métalliques sont des particules fibreuses de forme allongée, chaque particule fibreuse présentant une longueur et ayant des dimensions transversales telle que sa section est incluse dans un cercle de diamètre plus petit que ladite longueur. Détecteur capacitif (10) selon la revendication 9, dans lequel la longueur de chaque particule fibreuse est comprise entre 0,7 mm et 1 mm. Détecteur capacitif (10) selon l’une des revendications 9 ou 10, dans lequel le diamètre du cercle est compris entre 8 µm et 12 µm. Détecteur capacitif (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel les particules métalliques sont formées dans un métal choisi parmi : un alliage d’aluminium, un acier inoxydable. Détecteur capacitif (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel les particules métalliques représentent plus de 6% du poids de la matrice polymérique. Prise d’escalade à détection capacitive comprenant un détecteur capacitif (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, la prise d’escalade comportant un élément d’ancrage ménagé dans la matrice polymérique et destiné à fixer la prise d’escalade à un mur d’escalade et à inclure ou constituer l’élément de contact. Mur d’escalade connecté comportant : des prises d’escalade à détection capacitive selon la revendication 14, un ensemble de détection capacitif relié à chaque prise d’escalade et configuré pour détecter le contact d’un grimpeur sur chaque prise d’escalade. Procédé de fabrication d’un détecteur capacitif (10) selon l’une des revendications 1 à 13, le procédé de fabrication comportant les étapes successives suivantes : - préparation (E1) d’une résine polymérique, - incorporation (E2) des particules métalliques et d’une quantité de silice dans la résine polymérique issue de l’étape de préparation (E1), - agitation (E3) du mélange intégrant la résine polymérique, la silice et les particules métalliques, les particules métalliques étant réparties sensiblement équitablement dans ledit mélange, - moulage (E4) du mélange de sorte à former ledit détecteur capacitif. Procédé de fabrication selon la revendication 16, dans lequel l’étape de préparation (E1) et l’étape d’incorporation (E2) sont mises en œuvre d’une manière assurant qu’à l’issue de l’étape de moulage (E4), les particules métalliques représentent moins de 10% du poids du résultat de l’étape de moulage (E4). Procédé de fabrication selon l’une des revendications 16 ou 17, comportant au moins l’une des étapes supplémentaires suivantes : - ajout (E5) d’un catalyseur dans le mélange intégrant la résine polymérique, la silice et les particules métalliques, mise en œuvre avant l’étape d’agitation (E3) et avant l’étape de moulage (E4), - ajout (E6) d’un composant colorant dans le mélange intégrant la résine polymérique, la silice et les particules métalliques, mise en œuvre avant ou après l’étape d’agitation (E3) et mise en œuvre avant l’étape de moulage (E4). Procédé de fabrication selon l’une des revendications 16 à 18, comportant l’étape supplémentaire suivante : - dégazage (E7) du mélange, mise en œuvre durant ou après l’étape d’agitation (E3), et avant l’étape de moulage (E4). Procédé de fabrication selon l’une des revendications 16 à 19, dans lequel la résine polymérique est une résine polyester ou une résine polyuréthane.