INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Ce système est configuré pour pouvoir générer dans la cavité 1 et propager dans le fluide qu’elle contient une onde acoustique stationnaire 4, selon une direction de propagation qui correspond à la direction A1.
L’onde stationnaire 4 ainsi générée peut avoir une fréquence identique à la fréquence de résonance de la cavité 1, laquelle forme par conséquent un résonateur.
Alternativement, cette onde stationnaire 4 peut avoir une fréquence différente de la fréquence de résonance de la cavité 1.
Dans tous les cas, le système est configuré pour pouvoir générer, notamment, une onde 4 ayant une longueur d’onde inférieure ou égale au double de la hauteur B1 de la cavité 1, afin de former le long de la direction A1 au moins un nœud de pression et au moins un ventre de pression.
Dans cet exemple, le transducteur 2 est un transducteur à large bande équipé d’une source ultrasonore.
Un tel transducteur 2 permet de modifier la position du ou des nœuds de l’onde 4 le long de la direction A1 et/ou la distance entre différents nœuds de l’onde 4, en jouant sur la fréquence de cette onde 4.
Dans le cadre de l’invention, le dispositif qui vient d’être décrit, ou tout dispositif analogue, est mis en œuvre afin de positionner des objets de petites tailles, typiquement de taille micrométrique, au sein de la cavité 1 selon une organisation spatiale déterminée par un ou plusieurs paramètres de l’onde 4, notamment sa fréquence.
A cet effet, la cavité 1 est remplie d’un fluide 5 et d’objets 6 et 7 en suspension dans ce fluide 5.
Des essais d’un procédé constitué des étapes a) à d) ont été effectués sur deux substrats métalliques différents, à savoir : - un substrat en un alliage d’aluminium Al 6005A (nuance « A »), - un substrat B en un alliage d’aluminium Al 6060 (nuance « B »).
Lors de ces essais, l’étape b) a été réalisée par trempage du substrat métallique dans de l’eau à une température d’environ 95°C.
L’étape c) a quant à elle été réalisée par trempage du substrat métallique dans une solution comprenant de l’acide stéarique (C 18 H 36 O 2 ) dissout dans de l’éthanol (CH 3 CH 2 OH).
Lors de l’étape c), on a expérimenté des variations de la durée du trempage du substrat métallique dans la solution comprenant un acide gras dissout dans un solvant organique, et on a expérimenté des variations de la concentration de l’acide gras dissout dans un solvant organique.
Dispositif d’essais
Il a été procédé à des tests d’adhérence ultérieure de laitance de béton sur les substrats 1 et 1’, de la façon illustrée sur la .
Le dispositif de test illustré sur la permet d’assez bien approcher les conditions réelles de nettoyage de la laitance de béton présente sur un substrat, lequel nettoyage se fait généralement par raclage à l’aide de brosses ou de burins.
En pratique, deux substrats 1 et 1’ de même composition (nuance A ou B) ayant subi le même traitement selon tout ou partie du procédé de la présente invention (ou n’ayant subi aucun traitement selon le procédé de la présente invention) sont placés en regard l’un de l’autre selon des surfaces S1 et S1’ de même forme et de même taille entre lesquelles est ménagé un écart E de 1 millimètre dans lequel on laisse se solidifier la laitance de béton 2 pendant 11 jours.
Au terme des 11 jours de solidification, les substrats 1 et 1’ sont respectivement solidarisés sur les plateaux P et P’ d’une machine de traction-compression INSTRON équipée d’un capteur de 500 N et adaptée pour produire un effort de cisaillement.
Il est ensuite effectué un test de traction (induisant un effort de cisaillement) par application d’une force F tendant à décaler latéralement les plateaux P et P’ l’un par rapport à l’autre. On relève la force F maximale mesurée par la machine (qui mène à la rupture de la laitance de béton 2), laquelle est représentative de l’adhérence de la laitance de béton 2 sur les substrats 1 et 1’.
La laitance de béton 2 est ainsi testée en cisaillement pour se rapprocher des conditions réelles de nettoyage lors duquel un opérateur racle généralement la laitance de béton.
Résultats d’essais
Sur le graphique de la sont illustrés les résultats de trois essais (numérotés respectivement 1, 2 et 3 en abscisse) pour des substrats 1 et 1’ de nuance A et des substrats 1 et 1’ de nuance B. En ordonnée est indiquée la force F maximale mesurée par la machine de traction.
Comme l’indique la légende pour chacune des nuances A et B : - certains substrats 1 et 1’ n’ont subi aucun traitement et ont simplement été fournis lors d’une étape a) (carrés ou ronds pleins), - certains substrats 1 et 1’ ont subi seulement les étapes a), c) et d) (carrés ou ronds partiellement remplis), - certains substrats 1 et 1’ ont subi les étapes a), b), c) et d) (carrés ou ronds vides).
Les valeurs du graphique de la démontrent que, si l’application des étapes successives a), c) et d) diminue l’adhérence de la laitance de béton de façon intéressante, la combinaison des étapes successives a), b), c) et d) du procédé selon la présente invention diminue l’adhérence de la laitance de béton de façon plus certaine et de façon bien plus significative (force F inférieure à environ 70 N).
Ainsi, si un procédé comportant les étapes a), b), c) et d) (ou constitué par les étapes a), b), c) et d)) est préféré, un tel procédé dépourvu d’étape b), comportant les étapes a), c) et d) ou constitué par les étapes a), c) et d), conserve malgré tout un intérêt et pourra faire l’objet d’une protection autonome par brevet.
Avantageusement, les disques opto-mécaniques 201 D ij mis en œuvre dans le capteur matriciel 200 peuvent être fabriqués à partir d’un matériau ou à partir d’un alliage de plusieurs matériaux en tenant compte de la longueur d’onde d’émission de la source laser 101 et de l’indice de réfraction de l’environnement dans lequel le dispositif de détection 10 est destiné à être déployé. De manière générale, les matériaux formant les disques opto-mécaniques 201 doivent être transparents à la longueur d’onde d’émission de la source laser 101 tout en permettant un contraste d’indice élevé par rapport à l’environnement. En outre, les caractéristiques géométriques des disques opto-mécaniques 201 telles que leur rayon et leur épaisseur peuvent être choisies de manière à permettre l’existence d’un ou de plusieurs modes optiques confinés. Dans un exemple où le dispositif de détection 10 fonctionne dans l’infrarouge et est destiné à être déployé dans un environnement gazeux, tel que l’air ambiant, les disques opto-mécaniques 201 peuvent être fabriqués à base de silicium (indice de réfraction égal à 3,4). Dans un autre exemple où le dispositif de détection 10 fonctionne dans l’infrarouge et est destiné à être déployé dans un environnement liquide, tel que l’eau, les disques opto-mécaniques 201 peuvent être fabriqués à base de silicium ou à base d’Arséniure de Gallium (indice de réfraction supérieur à 4), à titre d’exemple non limitatif.
Le capteur matriciel 200 comprend en outre une pluralité de récepteurs 2011 (représentés dans la ) disposés de manière sensiblement uniforme sur la face de détection de chacun des disques opto-mécaniques 201, la face de détection d’un disque opto-mécanique 201 étant définie comme étant la face qui n’est pas en contact avec le support 207 reliant le disque 201 au substrat commun 208. Les récepteurs 2011 sont alors configurés de manière à se lier uniquement à des espèces chimiques ou biologiques d’intérêt à détecter par le dispositif de détection 10. La liaison entre un récepteur 2011 et une espèce d’intérêt peut s’effectuer au moyen des forces s’exerçant entre molécules, telles que des liaisons ioniques, des liaisons d'hydrogène et des forces de van der Waals. Lorsque des espèces sont liées à des récepteurs 2011 d’un disque opto-mécanique 201, la masse et/ou les contraintes de surface changent et induisent un changement de la fréquence de résonance mécanique du disque opto-mécanique 201. Par ailleurs, la liaison entre un récepteur 2011 et une espèce d’intérêt peut être réversible, ce qui signifie qu’il est possible de libérer les récepteurs 2011 de leurs particules au moyen d’un procédé dédié sans détériorer l’état des récepteurs 2011 mis en œuvre. Dans le cas où le dispositif de détection 10 est destiné à détecter un seul type d’espèces, les récepteurs 2011 mis en œuvre dans le capteur matriciel 200 peuvent être identiques.
Alternativement, le dispositif de détection 10 peut être configuré pour détecter deux types différents d’espèces. Dans un tel mode de réalisation, le capteur matriciel 200 peut comprendre deux types différents de récepteurs, chaque type de récepteurs 2011 étant configuré pour se lier à un type différent d’espèces. Avantageusement, les capteurs d’un même type peuvent être disposés sur les disques opto-mécaniques 201 d’une même ligne, pour faciliter la lecture des disques opto-mécaniques 201. L’homme du métier comprendra aisément que le dispositif de détection d’espèces chimiques ou biologiques 10 peut être configuré pour détecter autant de types différents d’espèces que de lignes de disques opto-mécaniques 201.
Le capteur matriciel 200 comprend en outre une pluralité de guides d’onde optiques 202, chaque guide d’onde optique 202 étant associé à une ligne de disques opto-mécaniques 201 en étant optiquement couplé avec tous les disques 201 de la ligne associée. Le couplage optique entre un guide d’onde optique 202 et les disques 201 de la ligne associée peut s’effectuer selon un même coefficient de couplage optique. Le coefficient de couplage optique entre un guide d’onde optique 202 et un disque opto-mécanique 201 est fonction de la distance minimale qui sépare le guide d’onde et le disque, ce qui rend l’ajustement d’un coefficient de couplage difficilement réalisable après la fabrication du capteur matriciel 200.
L’unité d’émission 100 peut en outre comprendre un module optique de répartition 102 configuré pour injecter le signal optique généré par la source laser 101 dans un ou dans plusieurs guides d’onde optiques 202.
Dans des modes de réalisation de l’invention, le module optique de répartition 102 peut être configuré pour injecter, simultanément, dans chaque guide d’onde optique 202 du capteur matriciel 200 une portion du signal optique généré par la source laser 101. Par exemple, le module optique de répartition 102 peut être de type coupleur optique à une entrée et à N sorties, N étant le nombre de lignes du capteur matriciel 200. Un coupleur optique présente l’avantage d’être passif et de ne pas requérir une alimentation électrique.
Dans d’autres modes de réalisation de l’invention, le module optique de répartition 102 peut être configuré pour injecter, à un instant donné, la totalité du signal optique généré par la source laser 101 dans une ligne d’intérêt du capteur matriciel 200. Dans ce cas, le module optique peut en outre être configuré pour recevoir un signal de commande afin de déterminer la ligne d’intérêt parmi les N lignes possibles. Par exemple, le module optique de répartition 102 peut être de type commutateur optique à une entrée et à N sorties. De tels modes de réalisation sont particulièrement avantageux dans le cas où le nombre de lignes du capteur matriciel 200 est élevé, typiquement supérieur à 20.
Le capteur matriciel 200 comprend une pluralité d’électrodes de polarisation 204, chaque électrode de polarisation 204 étant associée à une colonne du capteur matriciel 200. En outre, les disques opto-mécaniques 201 appartenant à une même colonne peuvent être électriquement connectés à l’électrode de polarisation 204 associée au moyen d’un conducteur métallique 209 qui peut être à base de cuivre, par exemple. Le capteur matriciel 200 comprend en outre une électrode commune 205 à tous les disques opto-mécaniques 201 mis en œuvre dans le capteur matriciel 200. Avantageusement, l’électrode commune 205 peut être agencée sur le capteur matriciel 200 de manière à permettre la circulation, à travers les disques opto-mécaniques 201 d’une colonne quelconque du capteur matriciel 200, d’un courant électrique issu d’une différence de potentiel électrique entre l’électrode de polarisation 204 associée à la colonne et l’électrode commune 205. Lorsqu’un courant électrique traverse un disque opto-mécanique 201, le disque 201 s’échauffe et son indice de réfraction varie. Ceci a pour conséquence le décalage de la longueur d’onde de résonance du disque opto-mécanique 201.
Le capteur matriciel 200 comprend en outre une pluralité de jonctions PN 203, chaque jonction PN 203 étant associée à un disque opto-mécanique 201 et comprenant une région dopée P et une région dopée N. En outre, chaque jonction PN 203 d’un disque opto-mécanique 201 peut être agencée dans le capteur matriciel 200 de manière à ce que sa région dopée P soit électriquement connectée à l’électrode de polarisation 204 associée au disque opto-mécanique 201 et à ce que sa région dopée N soit électriquement connectée à l’électrode commune 205. Une telle configuration présente l’avantage de permettre la circulation à travers le disque opto-mécanique 201 de tout courant électrique provenant de l’électrode de polarisation 204 associé au disque 201 (polarisation en direct de la jonction PN 203), et de bloquer la circulation à travers le disque opto-mécanique 201 de tout courant électrique parasite provenant d’autres sources, en particulier les courants électriques parasites provenant de l’électrode commune 205 (polarisation en inverse de la jonction PN 203). Ainsi, en considérant les disques opto-mécaniques 201 d’une ligne d’intérêt du capteur matriciel 200, il est possible, en polarisant en direct la jonction PN 203 d’un disque opto-mécanique d’intérêt 201, de décaler sa longueur d’onde de résonance sans que les autres disques 201 de la ligne d’intérêt ne soient traversés par des courants électriques parasites. En polarisant en direct et de manière indépendante la jonction PN 203 de chacun des disques opto-mécaniques 201, il est possible de décaler séparément les longueurs d’onde de résonance des disques opto-mécaniques 201 de chaque ligne du capteur matriciel 200. Ainsi, il est possible de configurer les disques 201 d’une ligne d’intérêt pour qu’un seul disque 201 de la ligne interagisse avec le signal optique injecté dans le guide d’onde optique 202, le signal optique étant hors résonance pour les autres disques 201 de la ligne. Ceci permet d’avoir à la sortie du guide d’onde optique 202 un signal optique exploitable, c’est-à-dire détectable par un photo-détecteur 4011. Une telle caractéristique du dispositif de détection 10 est particulièrement avantageuse lorsque le nombre de disques opto-mécaniques 201 agencés sur chaque ligne est élevé, typiquement supérieur à 50.
Les solutions de l’état de la technique en matière de contrôle, par effet thermo-optique, des conditions de résonance d’un résonateur optique ou opto-mécanique mettent généralement en œuvre une résistance chauffante à proximité du résonateur à contrôler. Malgré une efficacité approuvée dans une configuration comprenant un seul résonateur tel que décrit dans [1], une telle solution est incompatible avec un réseau de résonateurs où un nombre significatif, supérieur à 100 par exemple, de résonateurs sont agencés sur une surface d’intégration de quelques centimètres carrés. En effet, la nature symétrique de la résistance chauffante qui laisse passer des courants électriques dans les deux sens favorise l’apparition de courants électriques parasites dans le réseau de résonateurs. De tels courants électriques parasites perturbent le fonctionnement du réseau de résonateurs en modifiant arbitrairement les conditions de résonance de certains résonateurs optiques mis en œuvre. Par ailleurs, la résistance chauffante est généralement séparée du résonateur à contrôler par un empilement de plusieurs couches de semi-conducteurs et/ou de métaux, ceci implique une puissance électrique élevée pour contrôler les conditions de résonance du résonateur en utilisant les solutions de l’état de la technique.
La illustre le fonctionnement d’un disque opto-mécanique 201, selon des modes de réalisation de l’invention. La réponse optique du disque opto-mécanique 201 se présente sous une forme lorentzienne associée à une atténuation maximale à la longueur d’onde de résonance et à deux fronts : un front montant et un front descendant. La longueur d’onde de résonance du disque opto-mécanique 201 peut être préalablement placée, par exemple pendant un régime statique sans modulation externe, à une longueur d’onde de fonctionnement, la longueur d’onde de fonctionnement étant choisie de manière à ce que la longueur d’onde du signal optique d’entrée reste sur un même front, montant ou descendant, pendant l’oscillation de la réponse optique du disque 201, c’est-à-dire pendant un régime dynamique avec modulation externe. Dans un régime dynamique consistant à soumettre le disque opto-mécanique 201 a une modulation externe à la fréquence de résonance mécanique F m afin de le rendre vibrant, la réponse optique du disque opto-mécanique 201 oscille selon le même rythme, c’est-à-dire à la fréquence de résonance mécanique F m . En particulier, la longueur d’onde de résonance du disque opto-mécanique 201 oscille entre une longueur d’onde de résonance minimale et une longueur d’onde de résonance maximale. Dans ce cas, l’atténuation subie par le signal optique d’entrée (équivalente à la perte introduite par le disque) évolue quasi-linéairement à chaque demi-période d’oscillation de la réponse optique du disque, le signal optique de sortie étant ainsi modulé en intensité. Optionnellement, la longueur d’onde de fonctionnement peut en outre être optimisée de manière à obtenir une puissance optique maximale du signal optique de sortie. Dans un mode de réalisation, la modulation externe appliquée au disque opto-mécanique 201 peut être réalisée au moyen de deux électrodes d’actionnement 206 entourant le disque opto-mécanique 201 et connectées à un générateur de signaux radiofréquences 302. Dans ce cas, les deux électrodes d’actionnement 206 génèrent une force d'actionnement électrostatique permettant d’entraîner une vibration du disque opto-mécanique 201.
Avantageusement, le capteur matriciel 200 peut en outre comprendre plusieurs électrodes d’actionnement 206 (non représentées sur les figures 1 et 5), chacun des disques opto-mécaniques 201 du capteur matriciel 200 étant entouré par au moins deux électrodes d’actionnement 206 tel que décrit en relation avec la . Le circuit de contrôle 300 comprend en outre un générateur de signaux radiofréquences 302 configuré pour fournir aux électrodes d’actionnement 206 entourant chaque disque 201 un signal de modulation permettant de soumettre chaque disque opto-mécanique 201 à une force d'actionnement électrostatique entraînant sa vibration.
Le dispositif de détection 10 comprend en outre un circuit de contrôle 300 configuré pour contrôler le fonctionnement d’un ou de plusieurs éléments constitutifs du dispositif de détection 10. De tels éléments constitutifs peuvent comprendre le capteur matriciel 200 et l’unité d’émission 100. Le circuit de contrôle 300 comprend des sources de tension électrique réglables 301 qui peuvent correspondre en nombre au nombre de colonnes dans le capteur matriciel 200, chaque source de tension électrique réglable 301 pouvant être connectée à l’électrode de polarisation 204 d’une colonne correspondante dans le capteur matriciel 200 et à l’électrode commune 205. Dans le cas où le module optique de répartition 102 mis en place dans l’unité d’émission 100 est de type commutateur optique, le circuit de contrôle 300 peut être configuré pour transmettre au module optique de répartition 102, préalablement aux fenêtres temporelles de lecture des disques 201 d’une ligne d’intérêt, un signal de commande permettant d’injecter un signal optique dans le guide d’onde optique 202 de la ligne d’intérêt.
Dans d’autres modes de réalisation de l’invention où la source laser 101 mise en œuvre dans l’unité d’émission 100 est accordable en longueur d’onde, le circuit de contrôle 300 peut être configuré pour mettre en œuvre, préalablement aux fenêtres temporelles de lecture des disques 201 d’une ligne d’intérêt, une première étape consistant à déterminer la longueur d’onde d’émission de la source laser 101 de manière à placer le signal optique qui se propage dans le guide d’onde optique 202 hors de la résonance de chacun des disques de la ligne d’intérêt, c’est-à-dire qu’aucun disque 201 de la ligne d’intérêt ne module le signal optique qui se propage dans le guide d’onde optique 202. Le circuit de contrôle 300 peut être configuré pour mettre en œuvre ensuite la deuxième étape décrite ci-dessus consistant à placer, pendant une fenêtre temporelle de lecture d’un disque d’intérêt 201 appartenant à la ligne d’intérêt, la longueur d’onde de résonance du disque d’intérêt 201 à une longueur d’onde de fonctionnement permettant la modulation de l’intensité du signal optique tel que décrit en relation avec la . Après l’écoulement de la fenêtre temporelle de lecture du disque d’intérêt 201, le circuit de contrôle 300 peut être configuré pour mettre en œuvre une troisième étape consistant à placer le signal optique qui se propage dans le guide d’onde optique 202 hors de la résonance de chacun des disques de la ligne d’intérêt. Avantageusement, le circuit de contrôle 300 peut être configuré pour mettre en œuvre plusieurs itérations, chaque itération comprenant une exécution de la deuxième et de la troisième étape, pour permettre la lecture d’autres disques 201 de la ligne d’intérêt, la lecture s’effectuant de manière individuelle et séquentielle dans le temps. Les figures 4-A à 4-D illustrent, à titre d’exemple, l’ajustement des longueurs d’onde de résonance des disques opto-mécaniques 201 d’une ligne d’intérêt afin de permettre la lecture de tous les disque 201 de la ligne d’intérêt, selon de tels modes de réalisation. Plus précisément, la figure 4-A correspond à un état initial des disques opto-mécaniques 201. La figure 4-B illustre le décalage de la longueur d’onde d’émission de la source laser 101 selon la première étape décrite ci-dessus. La figure 4-C correspond à la configuration des longueurs d’onde de résonance des disques 201 après la mise en œuvre de la deuxième étape décrite ci-dessus consistant à placer, pendant une fenêtre temporelle de lecture d’un disque d’intérêt, la longueur d’onde de résonance du disque d’intérêt à une longueur d’onde de fonctionnement tel que décrit en relation avec la . La figure 4-D correspond à la configuration des longueurs d’onde de résonance des disques 201 après la mise en œuvre de la troisième étape décrite ci-dessus. De tels modes de réalisation présentent l’avantage de requérir la polarisation d’une seule jonction PN 203 à chaque fenêtre temporelle de lecture d’un disque d’intérêt 201.
Comme illustré sur la , le dispositif de détection 10 comprend en outre un circuit de lecture 400 configuré pour recevoir chaque signal optique modulé après propagation à travers le guide d’onde optique 202 associé. Le circuit de lecture 400 peut comprendre une pluralité d’unités de lecture 401, chacune des unités de lecture 401 étant associée à un guide d’onde optique 202 et comprenant un photo-détecteur 4011 et un module de traitement 4012. Le photo-détecteur 4011 est configuré pour convertir le signal optique modulé reçu dans le domaine électrique, ce qui fournit un signal électrique de détection. Le module de traitement 4012 est configuré pour déterminer un résultat local de détection à partir des caractéristiques du signal électrique de détection.