INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Sur le principe, les méthodes adjointes reposent sur la construction d’une fonction coût augmentée, dénommée Lagrangien, qui inclue la fonction coût, ici l’indicateur d’échanges thermiques, et les contraintes du problème d’optimisation. Plus précisément, les méthodes adjointes consistent à fixer un objectif à atteindre pour la fonction coût et à calculer une géométrie permettant d’atteindre cet objectif.
En particulier, l’étape iii) de génération E3 du modèle de sortie G i+1 , peut comprendre :
1) calculer E31 la variation de l’indicateur I d’échanges thermiques par rapport au modèle d’entrée G i , notamment selon une méthode adjointe de résolution, cette étape revenant notamment à calculer la sensibilité de l’indicateur I d’échanges thermiques aux changements de géométrie par rapport au modèle d’entrée G i ,
2) générer E32 le modèle de sortie G i+1 en fonction de la variation calculée de l’indicateur I d’échanges thermiques et du premier seuil S1 à atteindre,
3) calculer E33 l’indicateur I i+1 d’échanges thermiques pour le modèle de sortie G i+1 , notamment par simulation numérique de l’écoulement de fluide et des échanges thermiques entre le fluide et l’échangeur thermique 10 en résolvant des équations de Navier-Stockes, l’écoulement de fluide entrant dans ledit volume 5 selon la direction incidente O.
L’utilisation d’une méthode adjointe de résolution est une méthode efficace pour optimiser la forme de l’échangeur thermique.
Alternativement, l’étape iii) de génération du modèle de sortie G i+1 peut être réalisé selon une méthode classique où l’on vient modifier la géométrie du maillage nœud par nœud de manière incrémentale, et où l’on vient à chaque modification comparer l’indicateur d’échanges thermiques obtenu par rapport à l’indicateur d’échanges thermiques obtenu initialement. Cependant cette méthode est coûteuse en temps de calcul pour des maillages complexes.
D’autres méthodes de résolution de l’optimisation numérique de la géométrie de l’échangeur thermique pourront être envisagées si cela est approprié.
En outre, le procédé peut comprendre la fourniture d’une pluralité de directions incidentes O j prédéterminées et différentes les unes des autres, j étant un nombre entier allant de 1 à N, N étant un nombre de directions incidentes. Par conséquent, le procédé selon la présente divulgation peut avantageusement être adapté pour permettre de prendre en compte cette pluralité de directions incidentes de l’écoulement de fluide pour la génération d’une géométrie optimisée de l’échangeur thermique. Ceci offre l’avantage considérable de permettre de mieux adapter la géométrie de l’échangeur thermique dans le contexte de deux pièces en rotation relative l’une par rapport à l’autre et d’un fluide circulant entre les deux pièces. Le fluide ainsi entraîné en rotation, peut présenter une variation importante de son incidence par rapport aux pièces, selon la configuration de rotation des pièces l’une par rapport à l’autre. Par conséquent, mettre en œuvre au moins une, et en particulier plusieurs directions incidentes de l’écoulement de fluide, permet de mieux prendre en compte la variabilité d’un écoulement tournant.
En particulier, les directions incidentes peuvent correspondre à des directions fréquemment prises par l’écoulement de fluide en opération.
Des exemples expérimentaux vont maintenant être présentés en référence aux figures 6A à 7D.
Un premier exemple est réalisé avec l’empilement suivant : Couche sacrificielle en SiO 2 présentant une épaisseur de 2 µm, Couche d’intérêt en Si présentant une épaisseur de 20 nm, un diamètre de 15 µm et une contrainte résiduelle de +0,133 MPa, Couche tenseur en TiN présentant une épaisseur de 30 nm, un diamètre de 15 µm et une contrainte résiduelle de -2,02 GPa.
Le masque de lithographie utilisé pour la microstructuration permet de réaliser des plots de 5, 10, 15 et 20 µm à partir de la couche sacrificielle. Une fois le transfert réalisé dans le TiN puis dans le silicium par gravure sèche, suivant le procédé décrit plus haut en référence aux figures 2C à 2G, une gravure en phase valeur au HF est réalisée en plusieurs étapes. La vitesse de gravure théorique utilisée est de 25 nm/min. Après chaque étape de gravure, les disques suspendus contraints sont mesurés à l’aide d’un microscope à force atomique (ou AFM, pour « Atomic Force Microscopy ») ( ), puis des clichés réalisés par microscopie électronique à balayage (MEB) en section transversale sont réalisés après la dernière étape de gravure ( ).
Une première étape de gravure mène à une première libération caractérisée par un plot résiduel de SiO 2 présentant un diamètre de 12 µm. Cette première libération entraîne une déflexion d’une quarantaine de nanomètres (courbe 61). Une deuxième étape de gravure permet une libération plus importante de la couche d’intérêt et de la couche tenseur. Elle se caractérise par un plot résiduel de SiO2 d’un diamètre de 8 µm. Elle produit une déflexion d’environ 440 nm (courbe 62). Enfin, une troisième et dernière gravure permettant d’obtenir un plot résiduel de SiO 2 d’un diamètre de 5,7 µm engendre une déflexion de 1 000 nm (courbe 63).
L’image MEB en coupe ( ) confirme qu’à la fin du procédé, le plot 360 de SiO2 présente un diamètre de 5,7 µm.
Une étude similaire est réalisée avec les mêmes paramètres expérimentaux à l’exception du diamètre de la couche d’intérêt et de la couche tenseur, fixé cette fois à 20 µm. Les résultats obtenus sont présentés à la (analyse AFM) et aux figures 7B à 7D (clichés MEB).
Les trois premières étapes de gravure donnent des résultats très proches de ceux obtenus pour un disque de 15 µm. En effet, les libérations successives produisent dans un premier temps une déflexion moyenne d’une quarantaine de nanomètres (courbe 71), puis d’environ 350 nm (courbe 72) et enfin de maximum 1 176 nm (courbe 73). La quatrième et dernière libération par gravure donne lieu à des plots résiduels de 4,3 µm (courbe 74). Le profil AFM montre une déflexion d’environ 1 670 nm. Or, sur le cliché MEB reproduit à la , le microdisque est en contact avec le substrat, ce qui signifie que des déflexions de 2 000 nm (hauteur du plot de SiO 2 ) sont atteintes par endroits. Ces résultats montrent que la formation de structures 3D d’une hauteur de 2 µm est réalisable par flexion contrôlée de microdisques. De plus, les microdisques fléchis sont résilients malgré les faibles épaisseurs des couches de silicium (couche d’intérêt) et de nitrure de titane (couche tenseur).
Les figures 7C et 7D sont des clichés MEB pris à partir d’angles de vue différents de celui de la qui constituait une vue en coupe de la structure. Ces clichés mettent en évidence que certaines zones de la couche d’intérêt présentent une déflexion plus importante que d’autres. En effet, certaines zones des microdisques ont un fléchissement plus important. Dans le cas étudié ici, cette déformation inhomogène peut être causée par la couche d’intérêt, constituée de silicium. En effet, la cristallinité du silicium génère des propriétés physiques différentes selon les directions cristallines, entraînant par exemple des variations dans le module d’Young de 130 à 180 GPa. Ces différences de déflexion peuvent être sans conséquence sur les performances de la structure, et il est donc possible de les ignorer. Si au contraire au cherche à obtenir une déflexion homogène, on optera de préférence pour une couche d’intérêt 200 à base de matériaux amorphes. L’utilisation de ce type de matériaux permet de s’affranchir des variations des propriétés physiques intrinsèques liées aux directions cristallines. La déformation s’en retrouve donc homogène sur toute la structure.
Les résultats expérimentaux pour les microdisques de 15 µm ont été superposés aux résultats des simulations menées par la méthode des éléments finis.
La représente en traits pleins les résultats expérimentaux et en pointillés ceux des simulations numériques, et ce pour différents diamètres de plots résiduels (courbe 81 : 1 µm, courbe 82 : 4 µm, courbes 83 et 84 : 6 µm, courbe 85 : 7 µm, courbes 86 et 87 : 8 µm, courbe 88 : 10 µm, courbe 89 : 12 µm). Pour des plots résiduels de 6 et 8 µm, les courbes de déflexions obtenues par simulation se superposent parfaitement avec celles expérimentales. Ainsi, pour un plot de 6 µm, la déflexion expérimentale maximale est de 1092 nm contre 1111 nm dans la simulation.
La représente la déflexion maximale obtenue en fonction du diamètre du plot résiduel pour les résultats des simulations (courbe à points carrés) et expérimentaux (courbe à points triangulaires). En plus de la proximité des résultats entre les deux, il est à noter que les déflexions maximales obtenues par simulation forment une courbe en forme de S en fonction du diamètre du plot. Cette forme concorde avec les premiers résultats expérimentaux.
Les résultats obtenus concordent avec les simulations de fabrication de microstructures 3D par flexion contrôlée de microstructures. Cela montre que le procédé décrit ci-dessus permet d’obtenir des structures tridimensionnelles dont les formes sont parfaitement prévisibles. En outre, l’homme du métier peut aisément établir un abaque de microstructures 3D réalisables par flexion contrôlée.
Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, le procédé comprend une étape de structuration de la couche d’intérêt 200 ou d’une couche d’intérêt secondaire 200’.
Cette structuration peut par exemple être qualifiée de nanostructuration. Les motifs réalisés par cette structuration présentent des dimensions supérieures à celles de la couche d’intérêt 200. Typiquement la nanostructuration forme des motifs présentant des dimensions critiques inférieures au micromètre et de préférence inférieure à 500 nanomètres, voire inférieures à 100 nanomètres, voire inférieures à 20 nanomètres.
Une telle nanostructuration peut conférer des propriétés très avantageuses à la structure formée. Dans le cas de microlentilles, la nanostructuration peut par exemple leur conférer des propriétés anti-reflet.
Cette application s’inspire des yeux de papillons de nuit dont la surface peut être assimilée à un réseau de microlentilles présentant chacune une structuration nanométrique anti-reflet. D’un côté, le réseau de microlentilles permet de focaliser la lumière sur des photorécepteurs, améliorant ainsi le champ de vision de l’insecte. Ce réseau de microlentilles est obtenu par déformation par flexion de la couche d’intérêt selon le procédé décrit ci-dessus. De l’autre, le réseau nanométrique augmente la quantité de lumière captée par l’œil via la réduction des reflets lumineux, quel que soit l’angle incident de la lumière. Ce réseau nanométrique est obtenu par texturation de la couche d’intérêt. Par ailleurs, la combinaison de ces deux structures – micrométrique et nanométrique – donne d’autres fonctionnalités aux yeux des papillons de nuit, comme par exemple une super-hydrophobicité et un effet antibuée.
Alors que les composants sensibles 13 sont fixés au support 12 (comme dans le premier mode de réalisation), la cible 11 est montée tournante dans le support 12 afin de pouvoir être liée en rotation à la roue 103. A cet effet, le dispositif de mesure 10 comporte un ou des roulements 18 reliant la cible 11 au support 12, le ou les roulements 18 étant également agencés dans le support 12.
Par exemple les composants sensibles 13 sont fixés à la collerette interne 14 du support 12 et le roulement 18 à une autre paroi 19 du support 12. Les composants sensibles 13 et la cible 11 se trouvent alors fixés à des surfaces de références internes au support 12.
La cible 11 est agencée au niveau de la première face d’extrémité 12a du support 12 (celle la plus proche du moyeu 104) et les composants sensibles 13 entre la première face d’extrémité 12a et la deuxième face d’extrémité 12b du support 12.
Si le support 12 comporte un écran thermique 17, ledit écran thermique 17 est alors de préférence configuré pour également entourer au moins partiellement la cible 11.
De préférence, l’atterrisseur 101 comporte alors un système d’embrayage pour la liaison en rotation de la cible 11 à la roue 103 afin de pouvoir désolidariser temporairement la cible 11 de la roue 103 (par exemple lorsque la roue 103 doit être démontée de l’atterrisseur 101). Ceci permet par exemple de pouvoir démonter la roue 103 de l’atterrisseur 101 sans avoir à démonter en même temps le dispositif de mesure 10.
Ceci facilite notamment les opérations de maintenance sur la roue 103 et/ou le dispositif de mesure 10 puisque les deux peuvent être désolidarisés temporairement.
Par exemple, le système d’embrayage est à disques ou à griffes. Le système d’embrayage est par exemple un crabotage avec une partie 20 fixée à la cible 11 et une partie 21 (complémentaire à celle 20 fixée à la cible 11) fixée à la roue 103.
La distance entre les composants sensibles 13 et la cible 11 est ainsi davantage maitrisée.
Ceci simplifie également la conception du dispositif de mesure 10.
En outre, ceci limite un risque d’interférence entre la cible 11 et les composants sensibles 13 par exemple par des éléments mécaniques qui viendraient s’interposer entre la cible 11 et les composants sensibles 13.
Bien qu’ici le support soit fixé au tube de torsion, le support pourra être fixé à l’arbre (et en particulier à la collerette externe de l’arbre), ou bien encore à la couronne de frein ou bien encore à une barre de reprise de couple de freinage ou bien encore à une protection de l’arbre ou à toute autre pièce solidaire en rotation de l’arbre.
Le support pourra ne porter qu’un seul composant sensible. Le support comprendra de préférence au moins deux composants sensibles et de préférence encore deux composants sensibles décalés circonférentiellement l’un de l’autre. Le support pourra comprendre plus d’un ou plus de deux composants sensibles selon les objectifs visés de performance (le temps de réponse du dispositif de mesure peut en effet être amélioré avec un plus grand nombre de capteurs), de sécurité ou de disponibilité (en apportant de la redondance). Le support pourra comprendre ainsi (et de manière non limitative) au moins trois composants sensibles). Le support pourra comprendre ainsi (et de manière non limitative) entre 1 et 8 composants sensibles et par exemple entre 1 et 4 composants sensibles.
Bien qu’ici tous les composants sensibles soient portés dans le même support, les composants sensibles pourront être logés dans plusieurs supports. Chaque composant sensible pourra par exemple être logé dans son propre support.
Le composant sensible et la cible peuvent être différents de ceux présentés ici. On a en effet décrit que le composant sensible était un détecteur, et que la cible était une roue dentée. Cette configuration ne limite en aucun cas la portée de l'invention. Quelle que soit la technologie utilisée, le composant sensible pourra être par exemple un capteur de distance ou de type analogique ou de type inductif. Le composant sensible de type analogique pourra être un capteur à Effet Hall. Le capteur de distance pourra être un capteur de proximité.
Le capteur de distance ou de type analogique pourra fournir un signal de mesure qui produira un signal de mesure dont l'amplitude dépendra de la distance d'une dent ou d'un creux en face du capteur. Le signal de mesure aura ainsi une fréquence qui sera proportionnelle à la vitesse de rotation de la cible et donc à la vitesse de rotation de la roue. En outre, on pourra ainsi également estimer la distance capteur/cible. Cette information pourra être utilisée pour surveiller le comportement de l’atterrisseur (le dispositif de mesure, la roue, …) en cours de fonctionnement : défaut de rotation, problème de distance capteur/cible …
Selon une réalisation, la canalisation comporte une pluralité de premiers tronçons et/ou de troisièmes tronçons et/ou de tronçons de raccordement.
L’invention concerne en outre un procédé d’assemblage d’une canalisation à double enveloppes pour le transfert de fluide cryogénique, comportant les étapes suivantes : disposer d’une une enveloppe extérieure et au moins une conduite interne pour le transfert du fluide cryogénique, la conduite interne s’étendant à l’intérieur de l’enveloppe extérieure, l’enveloppe extérieure et la conduite interne définissant entre elles, un espace interne, notamment annulaire, destiné à être mis sous vide, la canalisation comportant un premier tronçon comportant une première barrière thermique raccordée par l’une de ses extrémités à l’enveloppe extérieure et par l’autre de ses extrémités à la conduite interne, la première barrière thermique s’étendant à l’intérieur de l’espace interne, la première barrière thermique comporte un premier compensateur thermique, notamment configuré pour compenser la dilatation/contraction thermique de la conduite interne relativement à l’enveloppe extérieure ; disposer d’un tronçon de raccordement comportant un orifice destiné à permettre la réduction de la pression dans l’espace interne ; raccorder de manière étanche, notamment par soudure, l’une des extrémités du tronçon de raccordement à l’une des extrémités du premier tronçon ; réduire la pression dans l’espace interne, notamment en raccordant l’orifice à une pompe à vide.
Selon une réalisation, le procédé comporte les étapes suivantes : disposer d’un troisième tronçon comportant une troisième barrière thermique raccordée par l’une de ses extrémités à l’enveloppe extérieure et par l’autre de ses extrémités à la conduite interne, la troisième barrière thermique s’étendant à l’intérieur de l’espace interne ; raccorder de manière étanche, notamment par soudure, l’autre des extrémités du tronçon de raccordement à l’une des extrémités du troisième tronçon, notamment préalablement à l’étape consistant à réduire la pression dans l’espace interne.
La est une représentation schématique d’un mode de réalisation d’une canalisation selon l’invention ;
La est une représentation schématique d’un autre mode de réalisation d’une canalisation selon l’invention ;
La est une représentation schématique d’un autre mode de réalisation d’une canalisation selon l’invention ; et
La est une représentation schématique d’un autre mode de réalisation d’une canalisation selon l’invention.
Comme illustré à la , on a représenté une canalisation 1 à double enveloppes pour le transfert de fluide cryogénique.
La canalisation 1 comporte une enveloppe extérieure 2 et au moins une conduite interne 3, la conduite interne 3 étant configurée pour permettre le transfert d’un fluide cryogénique.
La conduite interne 3 s’étendant à l’intérieur de l’enveloppe extérieure 2, l’enveloppe extérieure 2 et la conduite interne 3 définissant entre elles, un espace interne 14, 15, 16, notamment annulaire, destiné à être mis sous vide.
Comme visible à la , la canalisation 1 comporte un premier tronçon 4 comportant une première barrière thermique 8.
La barrière thermique 8 est raccordée par l’une de ses extrémités 9 à l’enveloppe extérieure 2 et par l’autre de ses extrémités 7 à la conduite interne 3.
La première barrière thermique 8 s’étend entièrement à l’intérieur de l’espace interne 14, en séparant l’espace interne 14, 15, 16 de manière étanche, entre une première portion 14 de l’espace interne et une deuxième portion 15 de l’espace interne, disposées chacune de part et d’autre de la première barrière thermique 8.
La première barrière thermique 8 ne s’étend pas à l’intérieur de la conduite interne 3.
La contrainte résiduelle σ 200 de la couche d’intérêt 200 est généralement fixée par les différentes étapes qu’elle subit en amont du procédé selon l’invention. Ainsi, c’est la contrainte résiduelle σ 100 de la couche tenseur 100 qui est configurée pour permettre la déformation souhaitée de la couche d’intérêt 200. Le signe de la somme de la contrainte résiduelle σ 100 de la couche tenseur 100 et de la contrainte résiduelle σ 200 de la couche d’intérêt indique le sens de la déformation de la couche d’intérêt 200 provoquée par la couche tenseur 100 (rapprochement ou éloignement de la couche d’intérêt 200 par rapport au substrat support 400). L’amplitude de déformation de la couche d’intérêt 200 est également déterminée par la configuration de la contrainte résiduelle σ 100 de la couche tenseur 100.
La contrainte résiduelle σ 100 de la couche tenseur 100 est choisie en fonction de la flexion souhaitée en prenant en compte différents paramètres et notamment la contrainte résiduelle σ 200 de la couche d’intérêt 200 et l’épaisseur e 200 selon la direction verticale Z de la couche d’intérêt 200.
L’épaisseur e 100 selon la direction verticale Z de la couche tenseur 100 est par ailleurs un paramètre ayant un impact direct sur la contrainte résiduelle σ 100 . Plus l’épaisseur e 100 est élevée, plus la contrainte résiduelle σ 100 diminue. Lorsque la couche tenseur 100 est à base de TiN, l’épaisseur e 100 est typiquement comprise entre quelques nanomètres, par exemple 2 nanomètres, et environ 100 nanomètres. L’épaisseur e 100 est de manière générale choisie en fonction des matériaux utilisés de sorte à obtenir le niveau de contrainte souhaité dans la couche tenseur 100.
Les différents paramètres, dont notamment l’épaisseur e 100 de la couche tenseur 100 et sa contrainte résiduelle σ 100 , peuvent être choisis de façon à provoquer la traction ou la compression de la couche d’intérêt 200, et ainsi provoquer un éloignement ou un rapprochement de cette dernière par rapport au substrat support 400. Le procédé selon l’invention peut ainsi permettre de déformer la couche d’intérêt 200 selon les deux sens de la direction verticale Z. Le nitrure de titane (TiN) et le nitrure de silicium (SiN) et de façon plus générale les nitrures présentent l’avantage de pouvoir être en traction ou en compression selon leurs conditions de dépôt. Ils constituent donc des matériaux très intéressants pour la confection de la couche tenseur 100. Le TiN est notamment compressif sur des gammes d’une centaine de MPa à quelques GPa et pour une épaisseur de quelques nanomètres à une centaine de nanomètres.
En utilisant des conditions de dépôt spécifiques et en dimensionnant correctement les différentes couches, il est donc possible d’induire la déformation souhaitée (sens et amplitude) de la couche d’intérêt 200. L’homme du métier est parfaitement en mesure d’adapter ces paramètres pour obtenir la déformation souhaitée.
Il est à noter que les contraintes résiduelles σ 100 , σ 200 peuvent être adaptées, au moins localement, afin d’atténuer ou d’exacerber la flexion provoquée par l’étape de retrait. Pour ce faire, il est possible de mettre en œuvre un recuit thermique ou une implantation ionique dans ces couches avant l’étape de retrait. Le recuit thermique peut éventuellement avoir lieu pendant l’étape de retrait, et l’implantation ionique peut également être mise en œuvre après l’étape de retrait.
Un recuit thermique engendre une relaxation des contraintes mécaniques de la couche. La contrainte résiduelle dépendra principalement de la différence de coefficient de dilatation thermique entre le substrat et la couche recuite, ou entre la couche recuite et la couche sous-jacente. Il est donc par exemple possible, en relaxant les contraintes mécaniques avant ou pendant le procédé selon l’invention, de rendre une couche initialement en contrainte compressive, en contrainte en traction.
Une implantation ionique peut permettre de modifier les contraintes sur certaines zones localisées de la couche d’intérêt 200 et/ou la couche tenseur 100. Cela permet un contrôle très précis de la courbure lors de l’étape de retrait.
Ainsi, l’étape de retrait partiel de la couche sacrificielle 300, ou étape de libération, permet une flexion de la couche d’intérêt 200, cette flexion pouvant être parfaitement contrôlée, même localement.
La est une vue en coupe de l’empilement figurant à la fois la couche d’intérêt 200 et la couche tenseur 100 avant (pointillés) et après (traits pleins) déformation. Cette figure montre comment peut être quantifiée la déformation de la couche d’intérêt 200.