INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
À titre d’exemple, les pixels P sont répartis en macropixels M comprenant chacun au moins deux pixels P adjacents, par exemple quatre pixels P adjacents. Dans chaque macropixel M, les pixels P du macropixel ont des structures de polarisation 111 différentes. Ainsi, dans chaque macropixel M, les pixels P du macropixel mesurent des intensités de rayonnement lumineux reçus selon des polarisations différentes.
Le capteur 100 comprend en outre une métasurface bidimensionnelle (2D) MS située en vis-à-vis des pixels P. La métasurface MS est plus précisément disposée du côté du filtre polariseur FP opposé aux photodétecteurs 107. La métasurface MS comprend un réseau bidimensionnel de plots 117 d’un premier matériau, par exemple le silicium amorphe, entourés latéralement par un deuxième matériau, par exemple le matériau 115, par exemple l’oxyde de silicium. De manière plus générale, le premier matériau présente un indice de réfraction supérieur à celui du deuxième matériau. Les plots 117 de la métasurface MS présentent des dimensions latérales sub-longueur d’onde, c’est-à-dire que la plus grande dimension latérale de chaque plot 117 est inférieure à la longueur d’onde principale destinée à être mesurée par le pixel P sous-jacent, c’est-à-dire la longueur d’onde pour laquelle le rendement quantique du pixel P est maximal. Par exemple, pour des pixels P destinés à mesurer des rayonnements visibles ou proche infrarouge, par exemple des rayonnements de longueur d’onde inférieure à 1 µm, la plus grande dimension de chaque plot 117 est comprise entre 10 et 500 nm, par exemple entre 30 et 300 nm.
La métasurface MS correspond par exemple à un routeur ou trieur de polarisation adapté à mettre en œuvre une fonction optique de routage ou tri de polarisation vers les différentes structures de polarisation 111 sous-jacentes du filtre polariseur FP. En pratique, la métasurface MS comprend, en vis-à-vis de chaque pixel P, une pluralité de plots 117 de dimensions latérales variées. Le dimensionnement et la disposition des plots 117 sont définis en fonction de la fonction optique que l’on cherche à réaliser. Par exemple, pour réaliser la fonction de routage de polarisation ou routage de lumière polarisée, on peut prévoir des plots 117 présentant, en vue de dessus, des formes asymétriques, par exemple rectangulaires ou elliptiques, étant entendu que les plots 117 peuvent présenter, en vue de dessus, une forme quelconque. Les plots 117 peuvent présenter des flancs verticaux, c’est-à-dire orthogonaux à la face supérieure du substrat 101, des flancs obliques ou des flancs en forme d’escalier, comprenant au moins une marche. Par ailleurs, chaque plot 117 peut être constitué d’un matériau unique ou d’un empilement de couches de matériaux différents. Le motif de la métasurface MS peut être défini au moyen d’un outil de simulation électromagnétique, par exemple en utilisant des méthodes de conception inverse, par exemple du type décrit dans l’article intitulé « Phase-to-pattern inverse design paradigm for fast realization of functional metasurfaces via transfer learning » de Zhu, R., Qiu, T., Wang, J. et al. Nat. Commun. 12, 2974 (2021), ou dans l’article intitulé « Matrix Fourier optics enables a compact full-Stokes polarization camera » de Rubin et al. (SCIENCE - Volume 365 - Issue 6448 - 5 July 2019).
Les plots 117 de la métasurface MS ont de préférence tous la même hauteur, par exemple du même ordre de grandeur que la longueur d’onde principale destinée à être mesurée par chaque pixel P, par exemple comprise entre 20 nm et 2 µm, de préférence entre 50 nm et 750 nm, pour des rayonnements de longueur d’onde inférieure à 1 µm. Le fait de prévoir des plots 117 de hauteur constante sur toute la surface du capteur permet avantageusement de simplifier la fabrication de la métasurface MS.
Dans l’exemple illustré en figures 1A et 1B, le trieur de polarisation du capteur 100 comprend une seule métasurface MS. À titre de variante, le trieur de polarisation du capteur 100 pourrait comprendre plusieurs métasurfaces, par exemple analogues à la métasurface MS.
La est une vue de dessus, schématique et partielle, d’un exemple de réalisation du filtre polariseur FP du capteur 100 des figures 1A et 1B.
La illustre plus particulièrement les structures de polarisation 111 des pixels P d’un même macropixel M. Dans cet exemple, chaque macropixel M comprend quatre pixels P(1), P(2), P(3) et P(4) adjacents adaptés à mesurer des intensités de rayonnement lumineux reçus selon respectivement quatre orientations de polarisation PS1, PS2, PS3 et PS4 différentes, par exemple des polarisations linéaires selon respectivement quatre directions formant respectivement des angles de 0°, 90°, 45° et 135° par rapport à une direction de référence. Dans cet exemple les quatre pixels P(1), P(2), P(3) et P(4), symbolisés par des carrés en pointillé en , sont agencés en matrice selon deux lignes et deux colonnes.
Les structures de polarisation 111 sont par exemple des grilles métalliques comprenant chacune une pluralité de barres métalliques parallèles régulièrement espacées, transmettant majoritairement les rayonnements selon une polarisation linéaire perpendiculaire aux barres métalliques, et absorbant les rayonnements selon les autres polarisations.
D'autres caractéristiques et avantages du dispositif et du procédé selon l'invention apparaitront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après.
Liste des figures [Fig 1] La illustre un exemple de réalisation de la première séquence de températures, mise en œuvre pour la première étape du procédé selon l’invention.
[Fig 2] La illustre un exemple de réalisation de la deuxième séquence de températures, mise en œuvre pour la troisième étape du procédé selon l’invention.
[Fig 3] La illustre un exemple de mise en œuvre du dispositif selon l’invention.
[Fig 4] La illustre une variante de mise en œuvre du dispositif selon l’invention.
[Fig 5] La présente l’évolution de la somme de NO et de NO 2 libérés en fonction de la température lors de l’application de la première étape du procédé selon l’invention, dans le cas d’un premier type d’échantillon.
[Fig 6] La présente l’évolution de la somme de NO et de NO 2 libérés en fonction du temps lors de l’application de la première étape du procédé selon l’invention ainsi que la séquence de températures utilisée pour cette étape, dans le cas d’un deuxième type d’échantillon.
L’invention concerne un dispositif et un procédé pour quantifier une teneur en azote total présent dans un échantillon d’un milieu poreux et/ou issu de biomasse.
Par azote total, on entend la teneur à la fois en azote organique et en azote inorganique (ou autrement dit, en azote minéral) contenue dans l’échantillon considéré.
Par échantillon d’un milieu poreux, on entend un échantillon de tout matériau poreux, consolidé ou non consolidé. Il peut s’agir, de manière non limitative, d’un échantillon d’un sol, de sédiments marins récents, d’un fertilisant, d’une roche sédimentaire. Mais il peut aussi s’agir de boues (séchées) issues d’une station d’épuration, de sédiments issus d’un dragage d’une rivière ou d’un port. Il peut aussi s’agir de sols humides (marais, mangroves).
Par biomasse, on entend toute masse de matière vivante (animale, végétale, terrestre, aquatique) subsistant en équilibre sur une surface donnée du globe terrestre. Il peut s’agir de manière non limitative de végétaux, de biodéchets, ou de résidus organiques résiduaires (qui comprennent l'ensemble des déchets et sous-produits organiques issus d'activités humaines et agricoles).
L’échantillon de milieu poreux ou de biomasse, préalablement tamisé (particules inférieures ou égales à 2 mm), séché et broyé de manière homogène (particules inférieures ou égales à 0,25 mm) peut avoir une masse comprise entre 1 et 100mg. En effet, le procédé selon l’invention, notamment s’il est mis en œuvre au moyen du dispositif selon l’invention, ne nécessite pas des échantillons de masse importante du fait de la sensibilité des détecteurs et de l’optimisation des circuits utilisés. Par ailleurs, il n’est pas nécessaire de prétraiter l’échantillon (en particulier, pas de décarbonatation, de purification ou d’extraction), notamment avec des solvants.
De manière générale, le procédé selon l’invention repose sur la mesure au cours du temps de l’ensemble des composés azotés contenus dans des effluents libérés pendant une chauffe sous atmosphère inerte de l’échantillon, y compris les composés azotés contenus dans une oxydation des effluents libérés pendant la chauffe sous atmosphère inerte de l’échantillon, et sur la mesure de l’ensemble des composés azotés contenus dans des effluents libérés pendant une chauffe sous atmosphère oxydante d’un résidu de l’échantillon issu de la chauffe sous atmosphère inerte. De manière générale, les espèces azotées produites par craquage thermique de l’ensemble des familles chimiques azotées contenues dans un échantillon d’un milieu poreux et/ou issu de biomasse sont : NH 3 , NO, NO 2 , N 2 O et N 2 .
Plus précisément, le procédé selon l’invention comprend au moins les étapes suivantes :
1. Chauffe en atmosphère inerte de l’échantillon
2. Oxydation d’une partie des effluents issus de la chauffe en atmosphère inerte
L’apprentissage automatique peut être une méthode supervisée ou non, telle qu’un réseau de neurones, une forêt aléatoire, une machine à vecteur support, etc. Par exemple, si le modèle est construit au moyen d’un réseau de neurones, alors l’étape de calibration peut consister à modifier certaines pondérations du réseau de neurones.
En variante, la construction du modèle de reconstruction d’élévation de surface peut être mise en œuvre par toute méthode analogue.
De manière avantageuse, la construction du modèle de reconstruction d’élévation de surface peut dépendre de conditions météorologiques. Ainsi, le modèle peut prendre en compte ces conditions météorologiques pour améliorer la précision du modèle. Par exemple, pour la construction par apprentissage automatique, la base d’apprentissage peut comprendre en outre les conditions météorologiques.
2) Mesure indirecte des vagues par radar Lors de cette étape, on mesure un signal représentatif de l’élévation de surface libre de la zone d’étendue d’eau au moyen d’un radar. En d’autres termes, on réalise une mesure au moyen du radar de la zone de l’étendue d’eau. Le radar fournit une mesure indirecte de l’élévation de la surface libre sur une surface de mesure (qui peut correspondre à la zone d’intérêt). On appelle mesure indirecte, une mesure qui est corrélée à l’élévation de surface libre de la houle de manière complexe et qui requiert une procédure de reconstruction pour être exploitable. C’est le cas notamment, de l’intensité du signal radar, affectée par des modulations induites par les vagues (vitesse orbitale à la surface, angle d’incidence du faisceau radar, effets d’ombrage, micro-déferlements, etc.), et par le radar lui-même (fonction d’amplification du signal reçu, bruit de chatoiement), etc. Le signal de mesure du radar est l’intensité normalisée du signal rétrodiffusé par la mer, de préférence avec aussi peu de traitements que possible. Ce signal peut être normalement disponible, sous forme numérisée, en sortie des radars de navigation de dernière génération. Pour cette configuration, un dispositif de numérisation peut être prévu pour pouvoir exploiter le signal analogique envoyé à un écran radar. On peut considérer que le radar est une mesure indirecte sur deux dimensions de l’élévation de surface libre. Ainsi, le radar peut fournir une série temporelle sur deux dimensions de l’élévation de surface libre.
Selon un mode de réalisation, le radar peut être un radar à bande X. La bande X est un segment de la région des micro-ondes du spectre électromagnétique, avec une gamme de fréquences de 8 à 12 GHz et une longueur d’onde d’environ 3 cm. Un radar à bande X permet une disponibilité de la mesure aussitôt qu’elle est prise. De plus, un tel radar permet un vaste champ de vision (jusqu’à environ 5 km de portée, selon la hauteur d’installation de l’antenne radar et l’état de mer), avec une bonne résolution spatiale (par exemple de l’ordre de 5 m en distance et de 1° en azimut) et une bonne résolution temporelle (par exemple une image toutes les 1 à 3 secondes) pour suivre la houle « vague à vague ». Alternativement, le radar peut être un radar à bandes proches de la bande X (bande Ku, notamment, ou bande S), avec de meilleures résolutions temporelles et/ou spatiales, ou toute technologie analogue.
Selon un aspect, le radar peut être un radar côtier ou un radar équipant un système flottant, par exemple un radar équipant un navire, une plateforme flottante, ou un radar équipant une plateforme fixe.
Pour le procédé selon l’invention, on réalise une mesure radar en temps réel, pour l’application du modèle calibré. En outre, on réalise une mesure radar pour la calibration du modèle. Cette mesure radar pour la calibration peut être réalisée hors ligne ou en ligne en fonction de la mise en œuvre envisagée (cf. modes de réalisation des figures 4 et 5 décrites ci-dessus).
3) Pilotage de drone et mesurée localisée Lors de cette étape, on pilote l’au moins un drone pour réaliser une mesure localisée d’élévation de surface libre au moyen du capteur équipant l’au moins un drone. La mesure localisée est réalisée en un point de mesure de la zone d’étendue d’eau. Ainsi, on réalise au moins une mesure géoréférencée d’élévation de la surface libre pour la calibration du modèle de reconstruction.
Selon un aspect de l’invention, le drone est volant et comporte au moins un capteur de mesure à distance de l’élévation de surface libre. Le capteur peut de préférence être un capteur de mesure directe de l’élévation de surface libre. On appelle « mesure directe », une mesure directement exploitable de l’élévation de la surface libre des vagues ou de la houle, fournie par un capteur que l’on calibre une fois pour toutes et est totalement autonome par la suite. Au contraire, un radar tel qu’utilisé à l’étape 2 fournit une mesure indirecte. Ainsi, on peut considérer que le drone réalise une mesure directe à une dimension de l’élévation de surface libre (point de mesure).
Selon des exemples de réalisation, le capteur équipant le drone peut être choisi parmi un capteur LiDAR (télédétection par laser), une caméra thermique, une caméra optique, un radar à faisceau vertical, ou tout capteur analogue.
Selon un mode de réalisation, on peut déterminer la position de chaque point de mesure, dans le but d’améliorer le modèle de reconstruction de l’élévation de surface libre. La détermination de la position de chaque point de mesure peut avantageusement être automatique. La position de chaque point de mesure peut dépendre du signal radar mesuré, pour déterminer au moins un point de mesure pour lequel la mesure radar n’est pas précise, par exemple en raison d’une ombre, d’un objet, la présence de micro-déferlement, ou autre. Pour le mode de réalisation pour lequel on acquiert au moins une condition météorologique, on peut déterminer la position de chaque point de mesure en fonction de la condition météorologique.
Pour ce mode de réalisation, on pilote le drone pour qu’il se place à la verticale du point de mesure, qu’il y adopte un vol stationnaire, le temps de réaliser une mesure à distance de l’élévation de la surface libre, au moyen d’au moins un capteur équipant le drone.
Conformément à une mise en œuvre de l’invention, le drone peut être piloté à plusieurs altitudes par rapport au niveau de la surface d’eau, afin d’améliorer la précision de la mesure localisée.
Selon un aspect, le procédé peut mettre en œuvre une pluralité de mesures localisées en une pluralité de points de mesure, au moyen du capteur d’un drone, ou au moyen d’une pluralité de drones équipés de capteur. Avantageusement, une partie de la pluralité de points mesures peut être alignée, de manière à réaliser des mesures dans une direction déterminée. De préférence, les points de mesure au sein d’un alignement peuvent être régulièrement espacés. De manière avantageuse, les points de mesure peuvent être répartis sur plusieurs alignements.
Pour la mise en œuvre pour laquelle la calibration est réalisée hors ligne, cette étape de pilotage du drone et de mesure localisée peut être mise en œuvre hors ligne, une seule fois. Ainsi, l’utilisation du drone est limitée dans le temps, et une fois la calibration terminée, le drone peut être appliqué à un autre procédé.
Pour la mise en œuvre pour laquelle la calibration est réalisée en ligne, cette étape de pilotage du drone et de mesure localisée peut être mise en œuvre en continu et en ligne. Ainsi, le modèle peut constamment être calibré, ce qui apporte une précision plus importante du modèle calibré.
- les et 4 représentent un schéma du module d’acquisition selon l’invention ;
- la représente une vue d’une unité capteur selon l’invention ;
- les et 7 représentent un premier mode de réalisation du bloc support ;
- les à 10 représentent un second mode de réalisation du bloc support ;
- les et 12 représentent un chevalet pour une enceinte selon l’invention ;
- les et 14 représentent une variante de l’unité capteur selon l’invention ;
Ce au moins un vitrage est placé dans l’enceinte directement sur le sol ou via un support 3 comme un chevalet ou tout autre support possible.
L’enceinte 1 est muni d’un système de détection de la casse 4 d’un substrat. Ce système de détection de la casse 4 comprend un module d’acquisition 40. Un tel module d’acquisition 40, visible à la , est utilisé afin de récupérer des données et de les stockées provisoirement dans une unité mémoire 46 dudit module d’acquisition. Ce module d’acquisition comprend alors au moins un capteur 42 connecté à un contrôleur 44.
Ces données du module d’acquisition 40 sont destinées à être envoyées vers une unité de calcul UC. Cette unité de calcul est utilisée pour récupérer ces données et les traiter.
Le capteur 42 du système de détection utilise la technologie piézoélectrique. En effet, lorsque le verre est soumis à des contraintes, variations de température et/ou de pression, l’énergie emmagasinée est brutalement libérée. Une partie de l’énergie ainsi libérée est réémise sous forme d’onde élastique, qui se propage dans le verre. Les bruits sonores ou ultrasonores générés peuvent être détectés à l’aide d’éléments piézoélectriques. Ces éléments vont convertir l’onde mécanique en un signal électrique exploitable.
Le capteur piézoélectrique se présente sous la forme d’une pastille en contact direct ou indirect avec la surface du vitrage. Le module d’acquisition 40 comprend une unité de conversion 48 pour convertir le signal entrant venant du capteur en une donnée représentative stockée par le contrôleur dans l’unité mémoire. Cette unité de conversion 48 peut être intégrée au contrôleur 44.
L’unité de conversion 48, visible à la , comprend alors un étage d’amplification différentielle 481 pour rejeter le signal commun de ses entrées pour amplifier uniquement la composante différentielle, un filtre 482 passe bas avec une fréquence de coupure à 12Khz et un convertisseur analogique–numérique 483.
Le module d’acquisition 40 est apte à récupérer les données d’une pluralité de capteur. Pour cela, une première solution consiste à avoir une unité de conversion par capteur. Ainsi, le contrôleur présente autant d’entrée pour les capteurs que le nombre de capteur. Un contrôleur dix voies permettra de connecter 10 capteur et un contrôleur 16 voies permettra de connecter seize capteurs. Cette possibilité permet la surveillance d’une pluralité de vitrages.
Dans une seconde solution, le module d’acquisition ne comprend qu’une seule unité de conversion, un multiplexeur étant agencé entre les capteurs et le contrôleur, ledit contrôleur étant alors doté d’un démultiplexeur. Le multiplexeur et le démultiplexeur sont ainsi conçus pour fonctionner à une fréquence permettant de récolter les données nécessaires.
Afin de déterminer l’élévation de surface libre à partir du capteur équipant le drone, on peut réaliser préalablement une calibration de la mesure du capteur équipant le drone. La méthodologie de calibration du système de mesure de houle embarqué sur drone dépend de la technologie du capteur de mesure.
Selon un premier exemple, s’il s’agit d’un LiDAR à balayage, on peut par exemple appliquer la méthodologie décrite dans le document suivant :
Huang, Z., Yeh, C., Tseng, K., and Hsu, W. (2018). A UAV–RTK Lidar System for Wave and Tide Measurements in Coastal Zones. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology 35, 8, 1557-1570,
Cette méthode est adaptée pour un système de mesure composé d’un drone aérien, d’un lidar, d’un système de référence d’altitude et de cap (AHRS) et d’un système de navigation par satellite (GNSS) à cinématique en temps réel (RTK). Dans ce cas, la calibration du capteur de mesure du drone sert à obtenir les paramètres nécessaires pour transformer les données LiDAR brutes en données d’élévation de surface libre géoréférencées et peut être réalisée à terre, à l’aide de mesures répétées sur deux plaques horizontales.
Selon un deuxième exemple, pour un drone équipé d’un système de mesure par caméras optiques stéréoscopiques on peut envisager l’utilisation de la méthodologie et boîte à outils WASS décrits dans le document suivant :
Bergamasco, F., Torsello, A., Sclavo, M., Barbariol, F., Benetazzo, A. (2017). WASS: An open-source pipeline for 3D stereo reconstruction of ocean waves, Computers and Geosciences, vol. 107, pp.28-36, 2017 DOI: 10.1016/j.cageo.2017.07.001.
Cette méthode permet de récupérer automatiquement les paramètres extrinsèques de la plate-forme stéréoscopique (nécessaires pour reconstruire l’élévation de surface libre), de sorte qu’il n’est pas nécessaire d’effectuer une calibration directement sur le site marin, ou bien de réaliser une calibration intrinsèque en utilisant une cible de référence (un objet suffisamment gros vu par les deux caméras). Quelques adaptations peuvent être à prévoir par rapport à la calibration d’un système stéréoscopique purement stationnaire (par exemple, si on veut faire voler le drone à des altitudes différentes, on peut prévoir une calibration différente pour chaque altitude de vol).
Lors de cette étape, on calibre le modèle de reconstruction de l’élévation de surface libre construit à l’étape 1 au moyen de la mesure localisée d’élévation de surface libre réalisée à l’étape 3. En d’autres termes, on adapte le modèle de reconstruction d l’élévation de surface libre, de telle sorte qu’au niveau des points de mesure, la mesure d’élévation de surface libre soit cohérente avec la sortie du modèle de reconstruction de l’élévation de surface libre. La calibration du modèle de reconstruction de l’élévation de surface libre prend également en compte la mesure radar réalisée à l’étape 2 comme entrée du modèle pour obtenir la sortie du modèle. Grâce à cette calibration, le modèle de reconstruction d’élévation de surface libre calibré est précis en tout point de la zone d’intérêt.
Pour rappel, cette étape peut être réalisée une seule fois préalablement hors ligne, ou peut être réalisée en continu en ligne. Pour la mise en œuvre hors-ligne, les paramètres du modèle de reconstruction de l’élévation de surface libre peuvent être déterminés grâce à un grand nombre de mesures localisées, couvrant un ensemble de conditions (notamment les conditions météorologiques). La méthodologie de calibration peut alors être effectuée « ex-post » (c’est-à-dire après la campagne de mesures) et reposer sur des calculs intensifs. Pour la mise en œuvre en ligne, le modèle de reconstruction d’élévation de surface libre peut être tel que ses paramètres peuvent être ajustés en temps réel, en fonction des mesures directes réalisées par le(s) drone(s).