INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Les objets assignés à l’invention sont atteints au moyen d’une installation de séparation destinée à recevoir un mélange contenant au moins une première famille de composants, de préférence des fibres, et une seconde famille de composants, de préférence des granules, ladite installation comprenant un dispositif de chargement tribo-électrique, dit « tribochargeur », qui est agencé pour recevoir le mélange et conférer aux composants dudit mélange, par action tribo-électrique, des charges électrostatiques qui sont de polarités opposées selon que les composants appartiennent à la première famille ou à la seconde famille, ladite installation comprenant en outre au moins une première électrode et une seconde électrode qui sont séparées l’une de l’autre par un entrefer et connectées à un générateur qui permet d’appliquer une différence de potentiel entre la première électrode et la seconde électrode afin de générer dans l’entrefer un champ électrique, dit « champ électrique séparateur », qui est destiné à diriger les composants chargés, selon leur polarité, soit vers un premier collecteur destiné à recueillir des composants de la première famille, soit respectivement vers un second collecteur distinct du premier collecteur et destiné à recueillir des composants de la seconde famille, ladite installation étant caractérisée en ce que le tribochargeur reçoit le mélange à l’intérieur d’une enceinte qui est délimitée par une paroi de confinement qui sépare ladite enceinte des première et seconde électrodes et des premier et second collecteurs, ladite paroi de confinement étant agencée de telle manière que le mélange qui est contenu dans l’enceinte soit soumis à l’action de chargement tribo-électrique et, simultanément, exposé au champ électrique séparateur, et ladite paroi de confinement étant pourvue d’une grille qui est agencée de sorte à retenir des composants du mélange à l’intérieur de l’enceinte jusqu’à ce que lesdits composants aient atteint, sous l’action du tribochargeur, une charge électrostatique qui soit suffisante pour que lesdits composants s’échappent de l’enceinte, en franchissant la paroi de confinement à travers la grille, sous l’action du champ électrique séparateur, et puissent ainsi rejoindre le collecteur qui leur correspond, en fonction de leur polarité.
Avantageusement, le fait d’interposer entre l’enceinte et les collecteurs une paroi de confinement selon l’invention permet de créer une zone tampon, formée par l’enceinte, dans laquelle on maintient le mélange pendant la durée juste nécessaire et suffisante pour conférer aux composants, préalablement à la libération desdits composants dans l’entrefer, un niveau de charge électrostatique desdits composants qui soit suffisant pour que l’on soit assuré que les composants puissent être transportés jusqu’aux collecteurs et capturés par lesdits collecteurs, sous l’effet du champ électrique séparateur.
La grille, à la manière d’un tamis, remplit en effet une fonction de sélection, en retenant les composants non chargés, ou insuffisamment chargés, à l’intérieur de l’enceinte, et ainsi en empêchant lesdits composants d’être libérés prématurément dans l’entrefer, et notamment de chuter dans l’entrefer sous le simple effet de la gravité, tandis que cette même grille sera apte à laisser passer ces mêmes composants une fois ceux-ci chargés.
Tant que la grille retient les composants à l’intérieur de l’enceinte, le tribochargeur peut renforcer la charge électrostatique desdits composants en poursuivant l’action tribo-électrique sur ces derniers pendant la durée nécessaire, tandis que l’immersion permanente de l’enceinte dans le champ électrique séparateur permet audit champ électrique séparateur d’exercer immédiatement et de façon permanente une force d’attraction sur les composants, aussitôt que lesdits composants acquièrent une charge électrostatique.
Ainsi, plus particulièrement, l’immersion permanente de l’enceinte, et donc des composants en cours de chargement contenus dans ladite enceinte, dans le champ électrique séparateur permet avantageusement audit champ électrique séparateur d’extraire automatiquement les composants, en facilitant voire en forçant le passage desdits composants à travers la grille, aussitôt que les composants ont atteint une charge électrostatique suffisamment élevée au regard de leur taille et de leur forme.
A ce titre, l’invention est en particulier parfaitement adaptée au traitement de mélanges hétérogènes contenant des fibres et des granules, et notamment de mélanges contenant des proportions très variables de fibres par rapport aux granules.
Les inventeurs ont en effet constaté que nombre de fibres, du fait de leur longueur, typiquement une longueur supérieure à la maille du tamis formé par la grille, ne peuvent sortir de l’enceinte que lorsqu’elles sont suffisamment chargées pour que, pressées contre la grille sous l’action du champ électrique séparateur, lesdites fibres se déforment, notamment fléchissent, et parviennent ainsi à passer à travers la grille.
De même, les inventeurs ont constaté que les granules, lorsqu’ils ne sont pas chargés, forment généralement des agglomérats en adhérant à des fibres qui entravent lesdits granules et empêchent ainsi lesdits granules de traverser la grille, même lorsque le granule considéré individuellement présente pourtant une taille inférieure à la maille du tamis que forme la grille. En revanche, lorsque les granules atteignent une charge électrostatique suffisante, le champ électrique va être en mesure de les détacher des fibres et d’aider lesdits granules à traverser la paroi de confinement, en passant à travers la grille.
Ainsi, avantageusement, l’invention présente une efficacité accrue, puisqu’elle permet d’obtenir de manière quasi-systématique une séparation effective des composants, puis une récupération effective desdits composants par les collecteurs en fonction de la famille à laquelle appartiennent lesdits composants, et ce quasiment sans générer de résidus ou de pertes sous forme de composants qui resteraient prisonniers de l’enceinte ou respectivement qui, libérés dans l’entrefer, échapperaient au captage par les collecteurs et chuteraient au fond de l’installation.
Dans un mode de réalisation, si N>2 : si tous les brins sont dans le plan de la même paroi 12 face terre ou 14 anti terre, le brin de l’antenne An est angulairement espacé du brin de l’antenne An-1 de +2π/N, pour n = 1 à N ; si les brins sont répartis entre ces deux plans, cette règle est alors respectée pour les projections orthogonale des brins sur le plan de la paroi 12 face terre.
Dans un mode de réalisation, les connecteurs d’alimentation des brins sont situés en périphérie de la paroi face terre 12 (ou paroi face antiterre 14), les brins, s’étendant alors majoritairement à l’extérieur de la paroi. Cela permet d’établir prioritairement des courants verticaux (selon l’axe Oz) sur les parois latérales 15 du satellite.
Ainsi, dans le mode de réalisation considéré en référence à la , N = 6 et les 6 brins, référencés 1, 2, 3, 4, 5, 6 ancrés à la périphérie de la paroi 12 s’étendent majoritairement à l’extérieur de la paroi 12, dans le plan de la paroi 12 face terre, correspondant ici au petit côté du satellite. Deux brins adjacents quelconques sont espacés de +2π/N (ici π/3).
Dans un mode de réalisation, si N=2, les brins, tous positionnés dans le plan de la paroi 12 face terre ou tous positionnés dans le plan de la paroi 14 face anti terre (ou les projections orthogonales des brins, s’ils sont répartis entre ces deux plans) sont espacés angulairement de 90°.
Dans un mode de réalisation, ces brins métalliques sont réalisés avec la technologie Mètre Ruban. Les mètre-rubans sont des rubans flexibles ayant une section en arc de cercle dont le rayon de courbure est convexe sur une première face de ruban et concave sur une deuxième face du ruban. Le brin peut ainsi être en configuration enroulée, occupant un volume restreint, avant la mise en service de l’antenne et être déployé, et rigide, dès la mise en service, les rubans étant aptes à passer de l’état enroulé à l’état déployé essentiellement grâce à leur énergie élastique propre. Les mètres rubans sont donc bien adaptés pour la fabrication d’antennes filaires déployables et pour minimiser la masse de l’antenne.
Sur la est représenté un détail de l’alimentation des antennes An, n= 1 à 6. L’injection du signal électrique dans chaque antenne Ai entre le brin et l’enveloppe satellite est réalisée au moyen d’un connecteur 60, ici un câble coaxial, disposé entre le module électronique adapté pour fournir ce signal en émission (et/ou pour traiter ce signal en réception ; dans un mode de réalisation, il s’agit du dispositif de formation de faisceaux 50 mentionné plus loin). A chaque antenne An, n= 1 à N, est ainsi associé un connecteur 60, transportant le signal électrique propre à cette antenne An. L’âme centrale 61 d’un connecteur 60 est connectée à l’extrémité du brin satellite n ancrée sur le satellite. La couronne périphérique 62 du connecteur 60 est, elle, mise en contact direct avec la paroi 12 face terre du satellite. La masse du câble coaxial 60 est reportée sur le mandrin métallique 25 directement en contact avec la paroi 12 du satellite (le mandrin 25 est attaché sur la paroi 12 par des languettes 26) (dans un autre mode de réalisation, on pourrait reporter la masse du câble coaxial directement sur la face terre, au niveau de l’excitation des brins métalliques).
Dans le cas considéré, l’extrémité des brins qui est ancrée à la paroi 12 l’est au niveau d’un mandrin 25 autour duquel ils étaient enroulés avant la mise en service opérationnelle du système antennaire 17 par exemple (le déploiement des mètres-rubans selon leur axe respectif est assuré par exemple de manière autonome par leur déroulement spontané suite à une étape de libération des rubans par la disparition de fils fusibles lors du déclenchement d’un courant de forte intensité).
Si un brin i d’antenne Ai était ancré sur l’une des faces 12, 14, mais de manière perpendiculaire à ces faces, les courants qui s’établiraient sur cette face se compenseraient et contribueraient peu au rayonnement. Les courants sur les parois latérales 15 contribueraient en revanche au rayonnement : le diagramme de rayonnement résultant pour l’antenne Ai serait très semblable à celui d’un dipôle demi-onde tel que représenté en , avec un rayonnement en E φ très faible (-45 dB dans un exemple simulé).
Au contraire, disposer les brins dans le plan des parois 12 ou 14 et ancrés en périphérie de ces parois tel que proposé selon l’invention permet à la composante E φ d’atteindre des valeurs similaires à celles de la composante Eθ, la direction pour laquelle la composante Eθ est maximale correspondant à la direction pour laquelle la composante E φ est minimale, et réciproquement : pour un brin dans le plan de la paroi 12 face terre, dans le plan xnOz, xn définissant l’axe du nieme brin métallique (n = 1 à N), le rayonnement selon la composante Eθ est maximal dans le plan xnOz, et le rayonnement selon la composante E φ est minimal dans ce plan ; réciproquement, dans le plan ynOz, le rayonnement selon la composante E φ est maximal et le rayonnement est minimal pour la composante Eθ (en reprenant les appellations employées Eθ et E φ en référence à la et en considérant un repère orthonormé (yn, z, xn) à la place de (X, Y, Z)).
Aussi, si on considère le demi-espace supérieur (i.e. l’espace compris entre le satellite et la terre, et plus spécifiquement le secteur angulaire typique applicable aux mini ou nano-satellites défilant en orbite basse : θ étant orienté le long de la direction de propagation et définissant ces angles), chaque élément rayonnant (défini par un brin horizontal i et le nanosatellite) contribue sur des zones angulaires privilégiées. Les zones angulaires correspondant à deux éléments rayonnants avec des brins adjacents, évoluent par une rotation de 2π/N, s’il y a N éléments rayonnants.
La (respectivement ) met en évidence ces secteurs angulaires, en représentant, en fonction des angles A, B, le rayonnement selon la composante E φ (respectivement Eθ) dans la configuration considérée en pour chaque antenne A1, …, A6, représentés en niveaux de gris à partir de -20 dBi, par pas de deux. Les angles A, respectivement B, chacun dans la fenêtre [- 60, + 60] sont vus du satellite, avec A = θ sin(φ), B = θ cos(φ).
Les secteurs angulaires préférentiels correspondant aux deux composantes E φ , Eθ sont orthogonaux. Les éléments rayonnants ayant des brins métalliques orientés dans des directions opposées (comme les brins 1 et 4, ou encore les liens 2 et 5, ou les liens 3 et 6) contribuent sur les mêmes secteurs angulaires. Cet effet est particulièrement marqué pour le rayonnement en polarisation E φ qui est principalement produit par le brin métallique et les courants sur la paroi face terre 12 du satellite. Les diagrammes de rayonnement en polarisation Eθ, pour lesquels les parois latérales 15 du satellite contribuent, sont moins symétriques, probablement du fait de courants plus forts sur les faces latérales 15 situées du côté du brin métallique.
Dans un mode de réalisation, la plateforme satellite 10 comprend un dispositif électronique de formation de faisceaux 50 représenté schématiquement en , permettant de synthétiser des faisceaux plus directifs (selon une direction sélectionnée, quelconque au sein du champ angulaire couvert par la somme des diagrammes de rayonnement), dans une polarisation sélectionnée, et d’accroître le gain (par rapport à la simple juxtaposition des faisceaux unitaires de N antennes), en combinant, après application d’une pondération d’amplitude et de phase, les signaux électriques associés à chaque élément rayonnant.
Le dispositif de formation de faisceaux 50 comprend un contrôleur électronique 40 et un bloc électronique de formation de faisceaux 30, comprenant N chaînes de traitement, la chaîne n°i de traitement, i=1 à N, comportant un atténuateur 31_i et un déphaseur 32_i. L’atténuateur 31_i est adapté pour appliquer un gain d’atténuation au signal de la chaîne de traitement i qi lui est fourni en entrée et le déphaseur 32_i est adapté pour appliquer un déphasage au signal de la chaîne de traitement i qui lui est fourni en entrée. Les valeurs des gains et des déphasages pour chaque chaîne n°i sont commandées par le contrôleur 40 en fonction de la direction privilégiée spécifiée et de la polarisation spécifiée pour le rayonnement du système antennaire 17.
En émission, un signal électrique S portant l’information utile à transmettre par le système antennaire 17 est divisé en N signaux, un de ces signaux étant fourni en entrée de chaque chaîne de traitement. Une atténuation, puis un déphasage, dont les valeurs sont déterminées par le contrôleur 40 sélectivement pour chaque chaîne i de traitement, en fonction de la direction spécifiée et de la polarisation spécifiée de rayonnement du système antennaire 17, sont appliqués et le signal résultant Si est délivré au connecteur électrique alimentant l’antenne Ai.
En réception, similairement, les signaux électriques délivrés par les connecteurs d’antennes A1, …, AN sont chacun déphasés, puis atténués, avec sur chaque chaîne i, une atténuation et un déphasage de valeurs déterminées par le contrôleur sélectivement pour chaque chaîne i, en fonction de la direction spécifiée et de la polarisation spécifiée pour le rayonnement capté par le système antennaire 17.
Ainsi, les mémoires ferroélectriques ou mémoires FeRAM ont pour principales qualités d’être non volatiles, c’est-à-dire de conserver l’information stockée même quand la tension est coupée, de consommer peu d’énergie, d’avoir des temps d’écriture et de lecture faibles par rapport à d’autres types de mémoires non volatiles comme les mémoires FLASH, de pouvoir être intégrées sur des puces de façon massive avec des faibles tensions d’utilisation et de posséder une faible latence en accessibilité et une bonne immunité aux radiations. En outre, ce type de mémoire présente une très grande endurance en écriture pouvant être supérieure à 10 10 cycles.
Les mémoires ferroélectriques sont des mémoires de type capacitif présentant deux états de polarisation rémanente +Pr et -Pr. La illustre le fonctionnement des mémoires ferroélectriques. Ce dernier est basé sur les propriétés ferroélectriques de leur matériau actif placé entre deux électrodes. Par l’application d’une différence de potentiels entre les deux électrodes créant un champ électrique d’une valeur supérieure au champ coercitif positif +Ec, la mémoire ferroélectrique est placée dans un état de polarisation rémanente haute +Pr et par l’application d’une différence de potentiels créant un champ électrique d’une valeur inférieure au champ coercitif négatif -Ec, la mémoire ferroélectrique est placée dans un état de polarisation rémanente basse -Pr. L’état de polarisation rémanente haute +Pr correspond alors à l’état logique binaire ‘0’ et l’état de polarisation rémanente basse -Pr à l’état logique binaire ‘1’, ce qui permet le stockage de l’information. On notera que lorsqu’on arrête l’application de la différence de potentiels, l’état de polarisation rémanente demeure : ceci explique le caractère non volatil des mémoires ferroélectriques. S’agissant de la lecture d’une mémoire ferroélectrique, on ne sait pas a priori dans quel état de polarisation se trouve la mémoire. Donc, pour la lecture, on suppose qu’on est dans un état donné et on va venir appliquer une tension, par exemple positive, au-delà de la tension créant un champ électrique d’une valeur supérieure au champ coercitif positif +Ec : si la mémoire était déjà dans l’état de polarisation rémanente haute +Pr, on ne va pas changer cet état de polarisation et aucun pic de courant ne sera observé (ou un très faible pic de courant sera observé). A l’inverse, si la mémoire était dans l’état de polarisation rémanente basse -Pr, on va observer un pic de courant beaucoup plus important. La conséquence de cette opération de lecture est qu’elle est destructrice de l’état de polarisation. On conçoit dès lors aisément que si les mémoires ferroélectriques répondent au critère d’écriture massive nécessaire à la phase d’apprentissage et d’entraînement, elles ne sont en revanche pas adaptées à la phase d’inférence nécessitant une très bonne endurance en lecture.
On connait un autre type de mémoires dites résistives telles que les mémoires OxRAM pour « Oxide Resistive RAM ». Ces mémoires peuvent présenter au moins deux états résistifs, correspondant à un état fortement résistif (état « HRS » pour « High Resistance State ») et à un état faiblement résistif (état « LRS » pour « Low Resistance State »), sous l’application d’une tension.
Les mémoires OxRAM ont pour principales qualités d’être non volatiles, c’est-à-dire de conserver l’information stockée même quand la tension est coupée, d’avoir des temps d’écriture et de lecture faibles par rapport à d’autres types de mémoires non volatiles comme les mémoires FLASH, de pouvoir être intégrées sur des puces de façon massive, et de posséder une faible latence en accessibilité et une bonne immunité aux radiations et en température. Elles semblent donc de bonnes candidates pour des applications IA. Toutefois, leur endurance en écriture et effacement est assez limitée (de l’ordre de 10 5 cycles), les rendant ainsi peu efficaces durant la phase d’apprentissage et d’entraînement.
Les mémoires OxRAM présentent une structure M-I-M (Métal-Isolant-Métal) comprenant un matériau actif de résistance électrique variable, en général un oxyde de métal de transition (ex. WO 3 , HfO 2 , Ta 2 O 5 , TiO 2 ...), disposé entre deux électrodes métalliques. Le passage de l’état « HRS » à l’état « LRS » est gouverné par la formation et la rupture d’un filament conducteur entre les deux électrodes. Ce filament conducteur se créé grâce à la présence de lacunes d’oxygène présentes dans la couche active de la mémoire. En modifiant les potentiels appliqués aux électrodes, il est possible de modifier la répartition du filament, et de modifier ainsi la conduction électrique entre les deux électrodes. Dans la couche active, le filament électriquement conducteur est soit rompu, soit au contraire reformé pour faire varier le niveau de résistance de la cellule mémoire, lors de cycles d’écriture puis de remise à zéro de cette cellule (opérations de SET, lorsque le filament est reformé aboutissant à l’état LRS, et de RESET aboutissant à l’état HRS, lorsque le filament est rompu à nouveau par application respective d’une tension de SET, V SET ou de RESET, V RESET aux bornes des électrodes). La fabrication d’une mémoire filamentaire comprend une étape dite de « forming », au cours de laquelle le filament est formé pour la première fois dans la couche active, initialement dépourvue de filament. La couche active est en effet initialement complètement isolante électriquement. Lors de l’étape de « forming » initial, un filament électriquement conducteur est formé dans la couche active, en réalisant une sorte de claquage contrôlé de cette couche. Le filament ainsi formé s’étend alors de part en part à travers la couche active, en reliant électriquement l’électrode inférieure et l’électrode supérieure. Pour réaliser cette étape de forming, on peut par exemple appliquer une tension électrique entre l’électrode inférieure et l’électrode supérieure de la cellule mémoire considérée, puis augmenter progressivement la valeur de cette tension jusqu’à une tension seuil, appelée tension de forming V forming , au-delà de laquelle un claquage de la couche active est obtenu. Après cette étape de « forming », la cellule mémoire est prête à l’usage. Le filament conducteur peut alors être rompu, puis reformé, puis rompu à nouveau et ainsi de suite, à une valeur de tension inférieure à la tension de forming V forming .
On comprend à la lecture de ce qui précède que ni les mémoires ferroélectriques ni les mémoires OxRAM ne répondent totalement aux exigences des systèmes basés sur l’IA du fait de limitation soit en lecture (pour les FeRAM) soit en écriture pour les OxRAM.
Même si la demande de brevet FR3090196 ne concerne pas explicitement les applications IA, elle décrit la co-intégration sur une même puce d’une mémoire OxRAM et d’une mémoire FeRAM permettant ainsi d’allier les avantages en écriture et en lecture de l’une et l’autre des mémoires. Cette co-intégration tire parti du fait qu’un même matériau actif, le HfO2, est utilisé pour la couche active de l’OxRAM et la FeRAM.
Le procédé de fabrication décrit dans la demande de brevet FR3090196 permettant d’arriver à cette co-intégration est toutefois complexe à mettre en œuvre dans la mesure où il nécessite un niveau de masquage pour différencier le dopage de la couche active utilisée pour la mémoire FeRAM de celui de la couche active utilisée pour l’OxRAM. Le procédé implique par ailleurs l’utilisation d’un recuit laser sub-microseconde permettant de diminuer le temps de chauffage du matériau actif dopé et assurant la cristallisation adéquate du dioxyde d’hafnium dans la forme lui conférant des propriétés ferroélectriques sans surchauffer les couches sous-jacentes. En outre, l’efficacité électrique de l’OxRAM obtenue par ce procédé n’est pas entièrement satisfaisante.
L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en permettant de fabriquer plus facilement une mémoire ferroélectrique co-intégrée avec une mémoire résistive OxRAM tout en préservant des propriétés efficaces des mémoires FeRAM et OxRAM.