EP4034310A1 - Procédé de fusion d'un corps au moyen d'une onde ultrasonore - Google Patents

Procédé de fusion d'un corps au moyen d'une onde ultrasonore

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Publication number
EP4034310A1
EP4034310A1 EP20775324.5A EP20775324A EP4034310A1 EP 4034310 A1 EP4034310 A1 EP 4034310A1 EP 20775324 A EP20775324 A EP 20775324A EP 4034310 A1 EP4034310 A1 EP 4034310A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
support
transducer
wave
ultrasonic
liquid state
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20775324.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Adrien PERET
Frederic Bretagnol
Michaël BAUDOIN
Ravinder CHUTANI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Valeo Systemes dEssuyage SAS
Ecole Centrale de Lille
Universite de Valenciennes et du Hainaut Cambresis
Yncrea Hauts de France
Universite de Lille
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Valeo Systemes dEssuyage SAS
Ecole Centrale de Lille
Universite de Valenciennes et du Hainaut Cambresis
Yncrea Hauts de France
Universite de Lille
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Valeo Systemes dEssuyage SAS, Ecole Centrale de Lille, Universite de Valenciennes et du Hainaut Cambresis, Yncrea Hauts de France, Universite de Lille filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP4034310A1 publication Critical patent/EP4034310A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60S—SERVICING, CLEANING, REPAIRING, SUPPORTING, LIFTING, OR MANOEUVRING OF VEHICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60S1/00—Cleaning of vehicles
    • B60S1/02—Cleaning windscreens, windows or optical devices
    • B60S1/023—Cleaning windscreens, windows or optical devices including defroster or demisting means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0644—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B17/00—Methods preventing fouling
    • B08B17/02—Preventing deposition of fouling or of dust
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B08B7/0064—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by temperature changes
    • B08B7/0071—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by temperature changes by heating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B08B7/02—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by distortion, beating, or vibration of the surface to be cleaned
    • B08B7/026—Using sound waves
    • B08B7/028—Using ultrasounds
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/36—Devices for manipulating acoustic surface waves

Definitions

  • the present invention relates to a method for melting a body disposed on a surface by means of an ultrasonic surface wave, and preferably for moving the molten body on the surface.
  • a known de-icing technique consists of blowing hot air on the face of the windshield opposite that on which a layer of frost and / or ice has deposited.
  • the defrost time required by such a technique is particularly high.
  • To defrost a rear window it is known practice to dispose therein, by mass or by volume, a metal filament following a path formed by regularly spaced lines.
  • the circulation of an electric current within the filament generates a heating by Joule effect, which results in a fusion of the layer of frost and / or ice near the filament in the form of a film of water, then in the evaporation of the water film.
  • a filament limits the rear field of vision accessible to the driver of the vehicle.
  • the layer of frost and / or ice generally contains particles which remain in contact with the support after the film of water has evaporated. Frequent cleaning of the rear window is then necessary, which is tedious.
  • Modern motor vehicles generally include one or more driving assistance systems which use numerous sensors, for example optical sensors, such as a lidar for evaluating a distance between the vehicle and an object, or probes, for example a Pitot probe.
  • optical sensors such as a lidar for evaluating a distance between the vehicle and an object, or probes, for example a Pitot probe.
  • probes for example a Pitot probe.
  • the integration of means for evacuating the liquid after defrosting turns out to be difficult in practice given the compactness constraint required to integrate the sensors into a vehicle.
  • WO 2012/095643 A1 describes a method of cleaning a windshield by spraying precipitation as it hits the windshield.
  • WO 2012/095643 A1 discloses that the windshield can be defrosted using the energy of the ultrasonic wave.
  • WO 2017/097769 A1 JP H08-140898 A and GB 2,518,136 A describe methods for cleaning drops placed on a support.
  • the invention provides a method comprising the power supply of at least one wave transducer for synthesizing a surface ultrasonic wave propagating in a support to a body disposed on one face of the support, at least part of the surface. 'power supply energy being converted to heat by the transducer, the electrical energy supplying the transducer being sufficient for the heat or energy of the surface ultrasonic wave to induce
  • the invention also provides a method comprising the power supply of at least one wave transducer for synthesizing a surface ultrasonic wave propagating in a support to a body disposed on one face of the support, at least part of the surface.
  • the power supply energy being converted into heat by the transducer, the electrical energy powering the transducer being sufficient for the heat and the energy of the surface ultrasonic wave to induce
  • the method according to the invention is easy to implement.
  • it uses a wave transducer, which can be arranged so as not to disturb the operation of a device comprising the medium, or a user who, for example, has to regularly look through the medium.
  • At least some of the electrical energy supplied to the transducer is converted into the energy of the ultrasonic surface wave.
  • Some of the electrical energy supplied to the transducer is converted into heat by the transducer. It is transferred to the body, by conduction in the medium and / or by radiation.
  • the transducer comprises electrodes supplied electrically and in contact with a piezoelectric material.
  • the heat can result from heating of the electrodes by Joule effect and / or from heating by deformation of the piezoelectric material during the passage of an electric current through the electrodes and / or the dissipation of the support by mechanical vibration.
  • the heat can represent more than 2%, even more than 5%, even more than 10%, even more than 30%, or even more than 40% of the electrical energy supplied to the transducer.
  • the part of the electrical energy converted into heat may depend in particular on the fundamental frequency of the ultrasonic wave, on the width and thickness of the electrodes, on the nature (s) of the metals used to constitute the electrodes, on the piezoelectric material. or support.
  • a person skilled in the art knows how to reduce the share of electrical energy converted into heat by the Joule effect by increasing the cross section of the electrodes and by choosing a metal constituting the electrode of high electrical conductivity.
  • those skilled in the art know how to determine the width of the electrodes in order to define the fundamental frequency of the ultrasonic wave.
  • the sum of the calorific power and the power of the ultrasonic wave, generated by converting the electrical power supplied by the transducer is preferably between 1 milliwatt and 500 watts. Those skilled in the art can easily adapt the optimum power supply power depending on the distance the body is located from the transducer.
  • the sum of the energy transferred to the ultrasonic surface wave and the energy dissipated as heat represents more than 90%, or even substantially 100% of the energy produced by the transducer.
  • the transducer may define a resistive heater, the method comprising heating the body by means of the transducer.
  • the fusion of the body or the maintenance of the body in a liquid state is facilitated.
  • the energy of the ultrasonic surface wave is further sufficient to induce the movement of the body in the liquid state on the face of the support.
  • the method can thus be implemented to clean the support of the body which covers it.
  • the power of the ultrasonic surface wave can range from 1 milliwatt to 500 watts.
  • the movement of the body in the liquid state can take place along one or more axes contained in the face of the support.
  • the energy of the surface wave is also sufficient to induce the displacement of the body in the liquid state on the face of the support in the direction of propagation of the surface wave in the absence of external force.
  • the movement of the body can take place in a variant where an external force applied to the body is oriented in a substantially opposite direction, in particular opposite or perpendicular, to the direction of propagation of the surface wave.
  • external force is meant any force other than the acoustic force induced by the ultrasonic surface wave. Examples of external force are body weight or an aerodynamic force induced by the flow of fluid over the body.
  • the displacement of the body in the liquid state may result from nonlinear acoustic effects of acoustic streaming and / or radiation pressure induced by the ultrasonic surface wave.
  • the fundamental frequency of the ultrasonic surface wave is preferably between 0.1 MHz and 1000 MHz, preferably between 10 MHz and 100 MHz, for example equal to 40 MHz.
  • the amplitude of the surface ultrasonic wave can be between 1 picometer and 500 nanometers. It may depend in particular on the fundamental frequency of the acoustic wave. It corresponds to the normal displacement of the face of the support on which the ultrasonic surface wave propagates and can be measured by laser interferometry.
  • the ultrasonic surface wave can be a Rayleigh wave or a Lamb wave.
  • it can be a Rayleigh wave when the medium has a thickness greater than the wavelength of the ultrasonic surface wave.
  • a Rayleigh wave is preferred because a maximum proportion of the energy of the wave is concentrated on the face of the medium on which it propagates, and can be transmitted to the body.
  • the body can have a solid part and a liquid part.
  • the body can be water and consist of a frosted, icy or snowy portion and a liquid portion in contact with the frosted, icy or snowy portion respectively.
  • the body in a liquid state can be in the form of at least one drop or at least one film.
  • film is meant a thin film formed on the support.
  • the film can be continuous or discontinuous.
  • the body can be watery. In particular, it can be rainwater or dew water. Rainwater and / or dew water may in particular contain particles. Dew water forms a mist on the surface of a support. It results from the condensation on the support, under appropriate pressure and temperature conditions, of water in vapor form contained in the air. The body may have been deposited by condensation before solidifying on the support.
  • the solid state body can be selected from frost, ice and snow.
  • the body in a liquid state can be a mist.
  • a "frost” is formed by drops of water that have solidified before being placed on the support.
  • “Ice” is formed by drops of water that have condensed on the support and then solidified on the support.
  • the body can be distant from the transducer.
  • the support can be made of any material capable of propagating an ultrasonic surface wave. Preferably, it is made of a material having a modulus of elasticity greater than 0.1 MPa, for example greater than 10 MPa, or even greater than 100 MPa, or even greater than 1000 MPa, or even greater than 10,000 MPa. A material having such a modulus of elasticity has a rigidity which is particularly suitable for the propagation of ultrasonic surface waves.
  • the support can be self-supporting, in the sense that it can deform, in particular elastically, without breaking under its own weight.
  • the face of the medium on which the longitudinal surface wave propagates may be planar. It can also be curved, provided that the radius of curvature of the face is greater than the wavelength of the ultrasonic surface wave.
  • the face may be rough.
  • the roughness will preferably be less than the fundamental wavelength of the ultrasonic surface wave, in order to avoid that they significantly affect their propagation.
  • the support may in particular be in the form of a flat plate, or having at least one curvature in one direction.
  • the thickness of the plate can be less than 0.1 m, or even less than 0.01 m.
  • the length of the plate may be greater than 1 mm, or even greater than 1 cm, or even greater than 1 m.
  • thickness of the support we consider the smallest dimension of the support measured in a direction perpendicular to the surface on which the ultrasonic wave propagates.
  • the support can be laid out flat with respect to the horizontal. As a variant, it may be inclined relative to the horizontal by an angle a greater than 10 °, or even greater than 20 °, or even greater than 45 °, or even greater than 70 °. It can be arranged vertically.
  • the support may be optically transparent, in particular to light in the visible or to radiation in the ultraviolet or in the infrared.
  • the method is thus particularly suitable for applications in which the improvement of the visual comfort of a user observing his environment through the medium is sought.
  • the support can be made of a material chosen from piezoelectric materials, polymers, in particular thermoplastics, in particular polycarbonate, glasses, metals and ceramics.
  • the support is made of a material other than a piezoelectric material.
  • the support is chosen from the group formed by:
  • an automotive surface for example chosen from a windshield of a vehicle, a glazing of a rear-view mirror, or
  • a sensor for example an optical sensor, a thermal sensor, an acoustic sensor or a pressure or speed sensor, in particular a probe, for example a Pitot probe,
  • the optical device being for example chosen from a lens of a camera, a glass of a telescope, and
  • the support can be a laboratory-on-chip substrate, in particular intended for microfluidic applications.
  • the support can be an electric cable.
  • the method reduces the risk of damage, or even of rupture of the cable under the effect of the weight of the ice accumulated on the cable.
  • the support can be an element of the structure of an aircraft, for example a wing, a fuselage or an empennage.
  • the support can also be chosen from an element of a heat exchanger, a plumbing installation and an element of a ventilation system.
  • Such supports generally have surfaces which are difficult to access in order to evacuate the drops of liquid which settle there, for example by condensation, and which can solidify. The method according to the invention is therefore particularly suitable for this type of media.
  • the support can be a food storage element, for example an internal wall of a refrigerator, or a wall exposed to condensation of a liquid which can solidify.
  • a food storage element for example an internal wall of a refrigerator, or a wall exposed to condensation of a liquid which can solidify.
  • condensation of water drops and their solidification on a wall increases the heat exchange between the wall and the volume of fresh air in the refrigerator, reducing its efficiency.
  • the temperature of the support can be less than 0 ° C, or even -10 ° C and preferably the body is aqueous.
  • the transducer can be attached to the bracket. In particular, it can be placed on an edge of the support.
  • the transducer may at least partially cover the support, in particular the face of the support on which the body is placed.
  • the ratio between the area of the support covered by the transducer and the area of the face of the support on which the body is placed can be less than 15%.
  • the body may be in contact with the face of the support on which the transducer is fixed, or on the face opposite the face of the support on which the transducer is fixed.
  • the body can be in contact with the face of the support on which the transducer is fixed and another body can be in contact with the face on which the body is placed.
  • the transducer can directly generate the ultrasonic surface wave. Alternatively, it can generate an ultrasonic guided wave, which propagates at the interface between the carrier and the transducer, and then transforms into the ultrasonic surface wave along a portion of the carrier disposed away from the transducer.
  • the transducer can be in direct contact with the support or with an intermediate layer, for example formed of glue, placed on the support.
  • the transducer comprises first and second electrodes respectively forming first and second combs, the first and second combs being interdigitated and being arranged on the support and / or placed in direct contact with the support and / or in contact with a substrate. intermediate in contact with, in particular placed on, the support, the substrate being in a piezoelectric material.
  • the piezoelectric material can be selected from the group consisting of lithium niobate, aluminum nitride, lead titanozircanate, zinc oxide, and mixtures thereof.
  • the piezoelectric material can be opaque to light in the visible.
  • the support is formed from the piezoelectric material and the transducer includes the support.
  • the first and second combs are preferably placed in contact with the support.
  • the support is made of a material other than a piezoelectric material and the electrodes are arranged on the intermediate substrate.
  • the first and second electrodes can be deposited by photolithography on the support and / or on the substrate.
  • the first and second electrodes can be sandwiched between the support and the substrate, which preferably has a thickness greater than, or even at least twice greater, than the fundamental wavelength of the ultrasonic guided wave.
  • the substrate can be sandwiched between the support and the first and second electrodes, and preferably has a thickness less than the fundamental wavelength of the ultrasonic guided wave.
  • the method may include protecting the piezoelectric substrate by means of a protection member.
  • the transducer can be housed in a chamber defined by the protection member and the support. At least one, if not all of the faces of the substrate free from the first and second electrodes may be in contact with the protective member.
  • the first and second comb may preferably have a base from which extends a row of fingers, the fingers preferably being parallel to each other.
  • the fingers can have a width of between the fundamental wavelength of the ultrasonic wave divided by 8 and the fundamental wavelength of the ultrasonic wave divided by 2.
  • the width of the fingers partly determines the fundamental frequency of l ultrasonic surface wave.
  • a narrow finger width increases the electrical resistance of the transducer, which can result in heating which can contribute to the melting of the body or to maintaining the body in a liquid state.
  • the spacing between two consecutively adjacent fingers of a row of the first comb, respectively of the second comb may be between the fundamental wavelength of the ultrasonic wave divided by 8 and the fundamental wavelength of the ultrasonic wave divided by 2.
  • the number of interdigitated fingers can be increased to increase the quality factor of the transducer.
  • the substrate can be a thin film deposited, for example by chemical vapor deposition or by physical vapor deposition, on the support.
  • the substrate can be self-supporting, that is, sufficiently rigid not to flex under the effect of its own weight.
  • the self-supporting substrate can be fixed, for example glued, on the support.
  • the body is moved away from the transducer.
  • the portion of the body furthest from the transducer can be no more than 1 meter away.
  • the method preferably comprises the power supply of the transducer.
  • the electrical supply to the transducer can be operated by means of an electrical generator electrically connected to the conductor and delivering a power of between 200 milliwatts and 500 watts.
  • the method is implemented to defog and / or defrost the support chosen from the group formed by an automotive surface, a visor of a helmet, a surface of an optical device, and a protective element of such an optical device.
  • Figure 1 shows schematically, in a perspective view, a device for implementing the method according to a first implementation mode
  • Figure 2 is a cross section of the device illustrated in Figure 1,
  • Figure 3 shows schematically a device for implementing the method according to the invention according to a second mode of implementation
  • Figure 4 shows schematically, and in a cross-sectional view, a device for implementing the method according to the invention according to a third mode of implementation
  • Figure 5 shows schematically, in a cross section, a device for implementing the method according to the invention according to a fourth mode of implementation
  • FIGs 6 a) to c) are photographs illustrating the defrosting of a glass support covered with a frost by means of the method according to the invention.
  • FIGs 7 a) to c) are photographs illustrating the defrosting of a glass support covered with ice by means of the method according to the invention.
  • the device comprises a support 10 capable of propagating an ultrasonic surface wave, a body 15 arranged on one face 20 of the support and a wave transducer 25 for generating the surface wave, arranged on the face of the support on which the device rests. body.
  • the support is for example transparent to visible light. It can be glass.
  • the transducer comprises a substrate 30 on which are arranged first 35 and second 40 electrodes.
  • the substrate is for example lithium niobate, 128 ° Y cut.
  • the substrate is formed from a thin film deposited on the support, the thickness of which is less than the fundamental wavelength of the wave generated by the transducer.
  • the wave generated by the transducer is transmitted directly into the medium.
  • the electrodes are formed by an evaporation or sputtering process and shaped by photolithography. They can be chrome, or aluminum, or a combination of a bond layer such as titanium and a conductive layer such as gold.
  • the first and second electrodes form first 45 and second 50 combs.
  • Each comb has a base 55, 60 and a row of fingers 65,70, extending parallel to each other from the base.
  • the first and second combs are interdigitated.
  • Each of the fingers of the first comb, respectively of the second comb has a width 1 equal to the fundamental wavelength of the surface ultrasonic wave divided by 4 and the spacing S between two consecutive fingers of a comb is equal to the fundamental wavelength of the ultrasonic surface wave divided by 4.
  • the spacing between the fingers determines the resonant frequency of the transducer which one skilled in the art can easily determine.
  • AC voltage is applied by generator 80 and can be amplified so that the transducer generates an ultrasonic surface wave.
  • the alternating electrical energization of the first and second electrodes induces a mechanical response of the piezoelectric material, which results in the generation of a ultrasonic surface wave W which propagates in the support in a direction of propagation P, in particular towards the body placed on the support.
  • determining the energy generated by the transducer sufficient to melt the body and / or maintain it in a liquid state is easy for those skilled in the art.
  • those skilled in the art know how to relate the fundamental frequency of the ultrasonic surface wave to the frequency of the electrical signal to generate the wave. He then knows how to vary the amplitude of the electrical signal in order to determine sufficient electrical energy to supply the transducer.
  • the method according to the invention involves several physical phenomena which induce the melting of the body or the maintenance of the body in a liquid state when the temperature of the support is lower than the solidification temperature of the body.
  • the ultrasonic wave propagating through the medium is absorbed and dissipated by the body, which is accompanied by an increase in body temperature by dissipating part of the energy of the ultrasonic wave transmitted to the body .
  • the wave transducer can heat up by the Joule effect under the effect of the passage of electric current to generate the ultrasonic wave, and contributes to the increase in body temperature.
  • the ultrasonic surface wave can move the body in a liquid state, especially in the direction of wave propagation.
  • the body in the liquid state can come into contact with another part of the body that is in the solid state and participate in the warming, or even causing the fusion, of this other part.
  • the body can be in a solid state or in a liquid state.
  • part of the body may be in the solid state and part of the body may be in the liquid state.
  • the raindrops that have reached the medium can be in the solid state or in the liquid, depending on the time elapsed since they came into contact with the support.
  • the device 5 of FIG. 3 differs from that of FIG. 1 in that the support 10 is made of a piezoelectric material and in that the device does not include an intermediate substrate.
  • the first 45 and second 50 combs are directly in contact with the support.
  • the device of Figure 4 differs from the device of Figure 1 in several aspects.
  • the transducer has a substrate 30 and the first 35 and second 40 electrodes are sandwiched between support 10 and substrate 30. Furthermore, the transducer is glued to the substrate.
  • the transducer When an electric current passes through the first and second electrodes, the transducer generates an ultrasonic guided wave G, which propagates between the support and the substrate.
  • the guided wave When the guided wave reaches the end 90 of the substrate along its direction of propagation, it transforms into an ultrasonic surface wave W which propagates in the portion 100 of the support separated from the substrate, in substantially the same direction of propagation. P than the guided wave.
  • the transformation of the guided wave into a surface wave results from the absence of an interface between two solids in the portion 100 of the support.
  • the method of carrying out the method by means of the device illustrated in Figure 4 has the advantage of protecting the first and second electrodes.
  • the body when in a liquid state, cannot flow over the electrodes and oxidize them.
  • the device illustrated in FIG. 4 can include a protection member 105 which defines with the support a housing 110 for the transducer.
  • a protection member 105 which defines with the support a housing 110 for the transducer.
  • the transducer illustrated in FIG. 5 comprises a support made of a non-piezoelectric material and an ultrasonic contact transducer 112 disposed in contact with the support.
  • a coupling material for example a gel or a glue, can be placed between the acoustic transducer and the support.
  • the ultrasonic contact transducer is preferably arranged at right angles to the surface on which the ultrasonic wave propagates.
  • a second transducer of the same type can be placed on the face of the support opposite to that on which the ultrasonic wave propagates.
  • the ultrasonic contact transducer is arranged, for example by means of a shoe 114, so that the axis of the transducer forms an angle Q with the normal to the surface on which the ultrasonic surface wave propagates, less than 90 ° and the value of which can be determined using Snell-Descartes law.
  • a piezoelectric support 115 was provided having a thickness of 1 mm and a diameter of 76 mm.
  • Electrodes Two interdigitated electrodes as illustrated in FIG. 1 were deposited by evaporation and shaped by photolithography on the support to form a transducer 25.
  • the electrodes have the shape of a comb as illustrated in FIG. 1. They each comprise 20 fingers. having a length of 7.9 mm and a width of 25 ⁇ m and spaced apart from each other by 25 ⁇ m.
  • the electrodes are connected to an IFR2023A generator and to an Empower brand amplifier, model BBM0D3FE, to generate a Rayleigh wave propagating in the support.
  • the energy of the generated ultrasonic surface wave is calculated a posteriori from the measurement of the normal displacement of the surface by laser interferometry and the frequency of the wave.
  • a layer of frost 120 is formed on the surface of the support disc and is cooled in a refrigerated truck maintained at -20 ° C by vaporizing liquid water at a temperature of 3 ° C in the truck.
  • An electric current with a frequency of 38.4 MHz is generated and travels through the electrodes, so that the transducer generates an ultrasonic surface wave.
  • FIGS 6a) to 6c) illustrate the progress of defrost 1, 3 and 14 seconds respectively after the application of an electric current to the transducer terminals.
  • FIGS. 7a) to 7c) illustrate the progress of the melting of the ice 1, 6 and 30 seconds respectively after the application of an electric current to the terminals of the transducer. Substantially the same effects are observed as for Example 1.

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Abstract

Procédé comportant l'alimentation électrique d'au moins un transducteur d'onde (25) pour synthétiser une onde ultrasonore de surface se propageant dans un support (10) jusqu'à un corps (15) disposé sur une face du support, au moins une partie de l'énergie d'alimentation électrique étant convertie sous forme de chaleur par le transducteur, l'énergie électrique alimentant le transducteur étant suffisante pour que la chaleur et l'énergie de l'onde ultrasonore de surface induisent: - la fusion du corps lorsque le corps est à l'état solide, et/ou - le maintien du corps à l'état liquide lorsque la température du support est inférieure à la température de solidification du corps.

Description

Description
Titre : Procédé de fusion d’un corps au moyen d’une onde ultrasonore
La présente invention concerne un procédé pour fondre un corps disposé sur une surface au moyen d’une onde de surface ultrasonore, et de préférence pour déplacer le corps fondu sur la surface.
Dans des domaines variés, il est nécessaire de s’affranchir des effets liés à l’accumulation d’un liquide sur une surface, et à la solidification de ce liquide lorsque la température de l’environnement et/ou la température de la surface est inférieure à la température de solidification du liquide.
Par exemple, dans le domaine automobile, en conditions hivernales, il est nécessaire de dégivrer le miroir d’un rétroviseur, un pare-brise ou une lunette arrière d’un véhicule pour assurer une conduite sûre. Une technique de dégivrage connue consiste à souffler de l’air chaud sur la face du pare-brise opposée à celle sur laquelle une couche de givre et/ou de glace s’est déposée. Cependant, le temps de dégivrage requis par une telle technique est particulièrement élevé. Pour dégivrer une lunette arrière, il est connu d’y disposer, en masse ou en volume, un filament métallique suivant un trajet formé de lignes régulièrement espacées. La circulation d’un courant électrique au sein du filament génère un échauffement par effet Joule, qui résulte en une fusion de la couche de givre et/ou de glace à proximité du filament sous forme d’un film d’eau, puis en l’évaporation du film d’eau. Cependant, un tel filament limite le champ de vision arrière accessible au conducteur du véhicule. En outre, la couche de givre et/ou de glace comporte généralement des particules qui restent au contact du support une fois le film d’eau évaporé. Il est alors nécessaire de procéder fréquemment au nettoyage de la lunette arrière, ce qui s’avère fastidieux.
La formation de givre et/ou de glace perturbe aussi le fonctionnement de capteurs. Les véhicules automobiles modernes comportent généralement un ou plusieurs systèmes d’aide à la conduite qui mettent en œuvre de nombreux capteurs, par exemple des capteurs optiques, tel qu’un lidar pour évaluer une distance entre le véhicule et un objet, ou des sondes, par exemple une sonde Pitot. Afin que ces capteurs puissent fournir des informations en temps réel, et avec une fréquence d’acquisition de plusieurs hertz, il est nécessaire que les temps de dégivrage soient faibles. En outre, l’intégration de moyens pour évacuer le liquide après dégivrage s’avère difficile en pratique eu égard à la contrainte de compacité requise pour intégrer les capteurs dans un véhicule.
WO 2012/095643 Al décrit un procédé de nettoyage d’un pare-brise par vaporisation des précipitations dès qu’elles heurtent le pare-brise. WO 2012/095643 Al décrit que le pare-brise peut être dégivré au moyen de l’énergie de l’onde ultrasonore.
WO 2017/097769 Al, JP H08-140898 A et GB 2,518,136 A décrivent des procédés pour nettoyer des gouttes disposées sur un support.
Il existe donc un besoin pour un nouveau procédé de mise en œuvre aisée, afin d’empêcher la formation d’un corps solide en surface d’un support ou d’évacuer le corps solide de ladite surface, le procédé pouvant s’appliquer à des supports de forme, de taille et de matériau constitutif variés.
L’invention propose un procédé comportant l’alimentation électrique d’au moins un transducteur d’onde pour synthétiser une onde ultrasonore de surface se propageant dans un support jusqu’à un corps disposé sur une face du support, au moins une partie de l’énergie d’alimentation électrique étant convertie sous forme de chaleur par le transducteur, l’énergie électrique alimentant le transducteur étant suffisante pour que la chaleur ou l’énergie de l’onde ultrasonore de surface induisent
- la fusion du corps lorsque le corps est à l’état solide, et/ou
- le maintien du corps à l’état liquide lorsque la température du support est inférieure à la température de solidification du corps.
L’invention propose aussi un procédé comportant l’alimentation électrique d’au moins un transducteur d’onde pour synthétiser une onde ultrasonore de surface se propageant dans un support jusqu’à un corps disposé sur une face du support, au moins une partie de l’énergie d’alimentation électrique étant convertie sous forme de chaleur par le transducteur, l’énergie électrique alimentant le transducteur étant suffisante pour que la chaleur et l’énergie de l’onde ultrasonore de surface induisent
- la fusion du corps lorsque le corps est à l’état solide, et/ou
- le maintien du corps à l’état liquide lorsque la température du support est inférieure à la température de solidification du corps.
Comme cela apparaîtra clairement par la suite, le procédé selon l’invention est de mise en œuvre aisée. En particulier, il met en œuvre un transducteur d’onde, qui peut être disposé de manière à ne pas perturber le fonctionnement d’un dispositif comportant le support, ou un utilisateur qui, par exemple, est amené à regarder régulièrement à travers le support.
Au moins une partie de l’énergie électrique alimentant le transducteur est convertie en l’énergie de l’onde de surface ultrasonore. De préférence, plus de 5% de l’énergie électrique alimentant le transducteur est convertie en l’énergie de l’onde de surface ultrasonore.
Une partie de l’énergie électrique alimentant le transducteur est convertie sous forme de chaleur par le transducteur. Elle est transférée au corps, par conduction dans le support et/ou par rayonnement.
De préférence, le transducteur comporte des électrodes alimentées électriquement et au contact d’un matériau piézoélectrique. Lors de la conversion de l’énergie électrique par le transducteur, la chaleur peut résulter de réchauffement des électrodes par effet Joule et/ou de réchauffement par déformation du matériau piézoélectrique lors du passage d’un courant électrique dans les électrodes et/ou de la dissipation du support par vibration mécanique.
La chaleur peut représenter plus de 2 %, voire plus de 5 %, voire plus de 10 %, voire plus de 30 %, voire plus de 40 % de l’énergie électrique alimentant le transducteur. La part de l’énergie électrique convertie en chaleur peut dépendre notamment de la fréquence fondamentale de l’onde ultrasonore, de la largeur et de l’épaisseur des électrodes, du ou des la nature des métaux utilisés pour constituer les électrodes, du matériau piézoélectrique ou du support. Par exemple, l’homme du métier sait réduire la part de l’énergie électrique convertie en chaleur par effet Joule en augmentant la section transverse des électrodes et en choisissant un métal constituant l’électrode de haute conductivité électrique. Par ailleurs, l’homme du métier sait déterminer la largeur des électrodes afin de définir la fréquence fondamentale de l’onde ultrasonore. Il sait notamment que la largeur des électrodes, et donc leur section, diminue avec la fréquence, notamment lorsque les électrodes forment des peignes interdigités. Par ailleurs, l’homme du métier sait aussi que la dissipation du support par vibration mécanique augmente généralement avec la fréquence fondamentale de l’onde ultrasonore.
La somme de la puissance calorifique et de la puissance de l’onde ultrasonore, générée par conversion de la puissance électrique d’alimentation par le transducteur est de préférence comprise entre 1 milliwatt et 500 watts. L’homme du métier sait aisément adapter la puissance d’alimentation électrique optimale selon la distance à laquelle le corps est situé par rapport au transducteur.
De préférence, la somme de l’énergie transférée à l’onde de surface ultrasonore et de l’énergie dissipée sous forme de chaleur représente plus de 90 %, voire sensiblement 100 % de l’énergie produite par le transducteur.
Le transducteur peut définir un organe de chauffage résistif, le procédé comportant le chauffage du corps au moyen du transducteur. Avantageusement, la fusion du corps ou le maintien du corps à l’état liquide est facilité.
De préférence, l’énergie de l’onde de surface ultrasonore est en outre suffisante pour induire le déplacement du corps à l’état liquide sur la face du support. Avantageusement, le procédé peut ainsi être mis en œuvre pour nettoyer le support du corps qui le revêt. La puissance de l’onde de surface ultrasonore peut être comprise entre 1 milliwatt et 500 watts. Le déplacement du corps à l’état liquide peut s’opérer selon un ou plusieurs axes contenus dans la face du support.
De préférence, l’énergie de l’onde de surface est en outre suffisante pour induire le déplacement du corps à l’état liquide sur la face du support selon la direction de propagation de l’onde de surface en l’absence de force externe. En particulier, le déplacement du corps peut s’opérer dans une variante où une force externe appliquée sur le corps est orientée dans un sens sensiblement contraire, notamment opposé ou perpendiculaire, au sens de propagation de l’onde de surface. Par « force externe », on entend toute force différente de la force acoustique induite par l’onde de surface ultrasonore. Le poids du corps ou une force aérodynamique induite par l’écoulement d’un fluide sur le corps sont des exemples de force externe.
Le déplacement du corps à l’état liquide peut notamment résulter d’effets acoustiques nonlinéaires de streaming acoustique et/ou de pression de radiation induits par l’onde de surface ultrasonore.
Afin d’assurer une fusion optimale du corps ou un maintien du corps à l’état liquide, la fréquence fondamentale de l’onde de surface ultrasonore est de préférence comprise entre 0,1 MHz et 1000 MHz, de préférence comprise entre 10 MHz et 100 MHz, par exemple égale à 40 MHz.
L’amplitude de l’onde ultrasonore de surface peut être comprise entre 1 picomètre et 500 nanomètres. Elle peut dépendre notamment de la fréquence fondamentale de l’onde acoustique. Elle correspond au déplacement normal de la face du support sur laquelle se propage l’onde de surface ultrasonore et peut être mesurée par interférométrie laser.
L’onde de surface ultrasonore peut être une onde de Rayleigh ou une onde de Lamb. En particulier, elle peut être une onde de Rayleigh lorsque le support présente une épaisseur supérieure à la longueur d’onde de l’onde de surface ultrasonore. Une onde de Rayleigh est privilégiée car une proportion maximale de l’énergie de l’onde est concentrée sur la face du support sur laquelle elle se propage, et peut être transmise au corps.
Le corps peut comporter une partie à l’état solide et une partie à l’état liquide. Par exemple, le corps peut être de l’eau et être formé d’une portion givrée, glacée ou enneigée et d’une portion liquide au contact de la portion givrée, glacée ou enneigée respectivement.
Le corps à l’état liquide peut se présenter sous la forme d’au moins une goutte ou d’au moins un film. Par « film », on entend une pellicule mince formée sur le support. Le film peut être continu ou discontinu.
Le corps peut être aqueux. En particulier, il peut être de l’eau de pluie ou de l’eau de rosée. L’eau de pluie et/ou l’eau de rosée peut notamment contenir des particules. Une eau de rosée forme une buée en surface d’un support. Elle résulte de la condensation sur le support, dans des conditions ad hoc de pression et de température, de l’eau sous forme vapeur contenue dans l’air. Le corps peut avoir été déposé par condensation avant de solidifier sur le support.
Le corps à l’état solide peut être choisi parmi un givre, de la glace et de la neige. Le corps à l’état liquide peut être une buée. Un « givre » est formé de gouttes d’eau ayant solidifiées avant d’avoir été déposées sur le support. La « glace » est formée de gouttes d’eau ayant condensé sur le support puis ayant solidifié sur le support.
Le corps peut être distant du transducteur.
Le support peut être en tout matériau apte à propager une onde de surface ultrasonore. De préférence, il est en un matériau présentant un module d’élasticité supérieur à 0,1 MPa, par exemple supérieur à 10 MPa, voire supérieur à 100 MPa, voire même supérieur à 1000 MPa, voire encore supérieur à 10000 MPa. Un matériau présentant un tel module d’élasticité présente une rigidité particulièrement adaptée à la propagation d’ondes de surface ultrasonore. Le support peut être autoporteur, au sens où il peut se déformer, notamment élastiquement, sans rompre sous son propre poids.
La face du support sur laquelle l’onde de surface longitudinale se propage peut être plane. Elle peut aussi être courbe, sous réserve que le rayon de courbure de la face soit supérieur à la longueur d’onde de l’onde de surface ultrasonore.
La face peut être rugueuse. Les rugosités seront de préférence inférieures à la longueur d’onde fondamentale de l’onde de surface ultrasonore, afin d’éviter qu’elles n’affectent significativement leur propagation.
Le support peut notamment se présenter sous la forme d’une plaque plane, ou présentant au moins une courbure selon une direction. L’épaisseur de la plaque peut être inférieure à 0,1 m, voire inférieure à 0,01 m. La longueur de la plaque peut être supérieure à 1 mm, voire supérieure à 1 cm, voire même supérieure à 1 m.
Par « épaisseur du support », on considère la plus petite dimension du support mesurée selon une direction perpendiculaire à la surface sur laquelle se propage l’onde ultrasonore.
Le support peut être disposé à plat par rapport à l’horizontale. En variante, il peut être incliné par rapport à l’horizontale d’un angle a supérieur à 10°, voire supérieur à 20°, voire supérieur à 45°, voire supérieure à 70°. Il peut être disposé verticalement.
Le support peut être optiquement transparent, notamment à la lumière dans le visible ou à un rayonnement dans l’ultraviolet ou dans l’infrarouge. Le procédé est ainsi alors particulièrement adapté aux applications dans lesquelles l’amélioration du confort visuel d’un utilisateur observant son environnement à travers le support est recherchée.
Le support peut être en un matériau choisi parmi les matériaux piézoélectriques, les polymères, en particulier les thermoplastiques, notamment le polycarbonate, les verres, les métaux et les céramiques.
De préférence, le support est en matériau différent d’un matériau piézoélectrique.
De préférence, le support est choisi dans le groupe formé par :
- une surface automobile, par exemple choisie parmi un pare-brise d’un véhicule, un vitrage d’un rétroviseur, ou
- une visière d’un casque,
- une vitre d’un bâtiment, - un capteur, par exemple un capteur optique, un capteur thermique, un capteur acoustique ou un capteur de pression ou de vitesse, notamment une sonde, par exemple une sonde de Pitot,
- une surface d’un dispositif optique, le dispositif optique étant par exemple choisi parmi un objectif d’une caméra, un verre d’une lunette de vue, et
- un élément de protection d’un tel capteur.
D’autres types de support sont envisageables. Notamment, le support peut être un substrat d’un laboratoire sur puce, notamment destiné à des applications microfluidiques. Le support peut être un câble électrique. Par exemple, dans la variante où le support est un câble électrique d’une ligne à haute tension électrique et/ou d’alimentation d’une voie ferrée, le procédé réduit le risque d’endommagement, voire de rupture du câble sous l’effet du poids de la glace accumulée sur le câble.
Le support peut être un élément de la structure d’un aéronef, par exemple une aile, un fuselage ou un empennage.
Le support peut encore être choisi parmi un élément d’un échangeur de chaleur, une installation de plomberie et un élément d’un système de ventilation. De tels supports présentent généralement des surfaces auxquelles il est difficile d’accéder pour évacuer les gouttes de liquide qui s’y déposent, par exemple par condensation, et qui peuvent se solidifier. Le procédé selon l’invention est donc particulièrement adapté à ce type de supports.
Le support peut être un élément de stockage de nourriture, par exemple une paroi interne d’un réfrigérateur, ou une paroi exposée à la condensation d’un liquide pouvant solidifier. Par exemple, dans un réfrigérateur, la condensation des gouttes d’eau et leur solidification sur une paroi augmente l’échange thermique entre la paroi et le volume d’air frais du réfrigérateur, réduisant son rendement.
Comme cela a déjà été illustré précédemment, le procédé selon l’invention peut être mis en œuvre dans des applications ou des basses températures sont rencontrées. La température du support peut être inférieure à 0 °C, voire à -10 °C et de préférence le corps est aqueux.
Le transducteur peut être fixé sur le support. En particulier, il peut être disposé sur un bord du support. Le transducteur peut recouvrir au moins partiellement le support, en particulier la face du support sur laquelle est disposée le corps. Le rapport entre l’aire du support couverte par le transducteur et l’aire de la face du support sur laquelle est disposée le corps peut être inférieure à 15%.
Le corps peut être en contact de la face du support sur laquelle le transducteur est fixé, ou sur la face opposée à la face du support sur laquelle le transducteur est fixé. Le corps peut être en contact de la face du support sur laquelle le transducteur est fixé et un autre corps peut être en contact de la face sur laquelle est disposée le corps.
Le transducteur peut générer directement l’onde de surface ultrasonore. En variante, il peut générer une onde guidée ultrasonore, qui se propage à l’interface entre le support et le transducteur, puis se transforme en l’onde de surface ultrasonore le long d’une portion du support disposée à distance du transducteur.
Le transducteur peut être en contact direct avec le support ou avec une couche intermédiaire, par exemple formée de colle, disposée sur le support.
De préférence, le transducteur comporte des première et deuxième électrodes formant respectivement des premier et deuxième peignes, les premier et deuxième peignes étant interdigités et étant disposés sur le support et/ou disposés au contact direct du support et/ou au contact d’un substrat intermédiaire en contact avec, notamment disposé sur, le support, le substrat étant en un matériau piézoélectrique.
Le matériau piézoélectrique peut être choisi dans le groupe formé par le niobate de lithium, le nitrure d’aluminium, le titano-zircanate de plomb, l’oxyde de zinc, et leurs mélanges. Le matériau piézoélectrique peut être opaque à la lumière dans le visible.
Dans une variante, le support est formé du matériau piézoélectrique et le transducteur comporte le support. Les premier et deuxième peignes sont de préférence disposés au contact du support.
Dans une autre variante, le support est en un matériau différent d’un matériau piézoélectrique et les électrodes sont disposées sur le substrat intermédiaire.
Les première et deuxième électrodes peuvent être déposées par photolithographie sur le support et/ou sur le substrat.
Les première et deuxième électrodes peuvent être prises en sandwich entre le support et le substrat, qui de préférence présente une épaisseur supérieure, voire au moins deux fois supérieure, à la longueur d’onde fondamentale de l’onde guidée ultrasonore. En variante, le substrat peut être pris en sandwich entre le support et les première et deuxième électrodes, et présente de préférence une épaisseur inférieure à la longueur d’onde fondamentale de l’onde guidée ultrasonore.
Par ailleurs, le procédé peut comprendre la protection du substrat piézoélectrique au moyen d’un organe de protection. En particulier, le transducteur peut être logé dans une chambre définie par l’organe de protection et le support. Au moins une, voire toutes les faces du substrat exemptes des première et deuxième électrodes peuvent être en contact avec l’organe de protection.
Les premier et deuxième peigne peuvent comporter de préférence une base à partir de laquelle s’étend une rangée de doigts, les doigts étant de préférence parallèle les uns aux autres. Les doigts peuvent présenter une largeur comprise entre la longueur d’onde fondamentale de l’onde ultrasonore divisée par 8 et la longueur d’onde fondamentale de l’onde ultrasonore divisée par 2. La largeur des doigts détermine en partie la fréquence fondamentale de l’onde de surface ultrasonore. Par ailleurs, une faible largeur de doigt augmente la résistance électrique du transducteur, qui peut se traduire par un échauffement qui peut participer à la fusion du corps ou au maintien du corps à l’état liquide.
Par ailleurs, l’espacement entre deux doigts consécutivement adjacents d’une rangée du premier peigne, respectivement du deuxième peigne, peut être comprise entre la longueur d’onde fondamentale de l’onde ultrasonore divisée par 8 et la longueur d’onde fondamentale de l’onde ultrasonore divisée par 2.
Le nombre de doigts interdigités peut être augmenté pour accroître le facteur de qualité du transducteur.
Le substrat peut être une couche mince déposée, par exemple par dépôt chimique en phase vapeur ou par dépôt physique en phase vapeur, sur le support. En variante, le substrat peut être autoporteur, c’est-à-dire suffisamment rigide pour ne pas fléchir sous l’effet de son propre poids. Le substrat autoporteur peut être fixé, par exemple collé, sur le support.
Le corps est éloigné du transducteur. La portion du corps la plus éloignée du transducteur peut être à une distance au plus de 1 mètre.
Par ailleurs, le procédé comporte de préférence l’alimentation électrique du transducteur. L’alimentation électrique du transducteur peut être opérée au moyen d’un générateur électrique relié électriquement au conducteur et délivrant une puissance comprise entre 200 milliwatts et 500 watts.
Dans un mode de mise en œuvre préféré, le procédé est mis en œuvre pour désembuer et/ou dégivrer le support choisi dans le groupe formé par une surface automobile, une visière d’un casque, une surface d’un dispositif optique, et un élément de protection d’un tel dispositif optique.
Brève description des dessins
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel :
[Fig 1] la figure 1 représente de manière schématique, selon une vue en perspective, un dispositif pour mettre en œuvre le procédé selon un premier mode de mise en œuvre,
[Fig 2] la figure 2 est une coupe transversale du dispositif illustré sur la figure 1,
[Fig 3] la figure 3 représente de manière schématique un dispositif pour mettre en œuvre le procédé selon l’invention selon un deuxième mode de mise en œuvre,
[Fig 4] la figure 4 représente de manière schématique, et selon une vue en coupe transversale, un dispositif pour mettre en œuvre le procédé selon l’invention selon un troisième mode de mise en œuvre,
[Fig 5] la figure 5 représente de manière schématique, selon une coupe transversale, un dispositif pour mettre en œuvre le procédé selon l’invention selon un quatrième mode de mise en œuvre,
[Fig 6] les figures 6 a) à c) sont des photographies illustrant le dégivrage d’un support en verre recouvert d’un givre au moyen du procédé selon l’invention, et
[Fig 7] les figures 7 a) à c) sont des photographies illustrant le dégivrage d’un support en verre recouvert de glace au moyen du procédé selon l’invention.
Les éléments constitutifs du dessin n’ont pas été représentés à l’échelle par souci de clarté.
Description détaillée On a illustré sur les figures 1 et 2 un dispositif 5 pour mettre en œuvre le procédé selon l’invention.
Le dispositif comporte un support 10 apte à propager une onde de surface ultrasonore, un corps 15 disposé sur une face 20 du support et un transducteur d’onde 25 pour générer l’onde de surface, disposé sur la face du support sur laquelle repose le corps.
Le support est par exemple transparent à la lumière visible. Il peut être en verre.
Le transducteur comporte un substrat 30 sur lequel sont disposées des première 35 et deuxième 40 électrodes. Le substrat est par exemple en niobate de lithium, coupe Y 128°.
Le substrat est formé d’une couche mince déposée sur le support, dont l’épaisseur est inférieure à la longueur d’onde fondamentale de l’onde générée par le transducteur. Ainsi, l’onde générée par le transducteur est transmise directement dans le support.
Les électrodes sont formées par un procédé d’évaporation ou pulvérisation et mises en forme par photolithographie. Elles peuvent être en chrome, ou aluminium ou en la combinaison d’une couche d’accroche telle que le titane et une couche conductrice telle que l’or.
Les première et deuxième électrode forment des premier 45 et deuxième 50 peignes. Chaque peigne comporte une base 55, 60 et une rangée de doigts 65,70, s’étendant parallèlement les uns aux autres à partir de la base. Les premier et deuxième peignes sont interdigités.
Chacun des doigts du premier peigne, respectivement du deuxième peigne, présente une largeur 1 égale à la longueur d’onde fondamentale de l’onde ultrasonore de surface divisée par 4 et l’espacement S entre deux doigts consécutifs d’un peigne est égal à la longueur d’onde fondamentale de l’onde de surface ultrasonore divisée par 4.
L’espacement entre les doigts détermine la fréquence de résonance du transducteur que l’homme du métier sait aisément déterminer. Une tension alternative est appliquée par un générateur 80 et peut être amplifiée, de telle sorte que le transducteur génère une onde de surface ultrasonore.
La mise sous tension électrique alternative des première et deuxième électrodes induit une réponse mécanique du matériau piézoélectrique, qui résulte en la génération d’une onde de surface ultrasonore W qui se propage dans le support selon un sens de propagation P, notamment vers le corps disposé sur le support.
Pour un transducteur configuré pour générer une onde de fréquence fondamentale prédéterminée, la détermination de l’énergie générée par le transducteur suffisante pour fondre le corps et/ou le maintenir à l’état liquide est aisée pour l’homme du métier. Notamment, l’homme du métier sait relier la fréquence fondamentale de l’onde de surface ultrasonore à la fréquence du signal électrique pour générer l’onde. Il sait ensuite faire varier l’amplitude du signal électrique de manière à déterminer l’énergie électrique suffisante à fournir au transducteur.
Le procédé selon l’invention met en œuvre plusieurs phénomènes physiques qui induisent la fusion du corps ou le maintien du corps à l’état liquide lorsque la température du support est inférieure à la température de solidification du corps. L’onde ultrasonore qui se propage dans le support est absorbée et dissipée par le corps, ce qui s’accompagne d’une augmentation de la température du corps par dissipation d’une partie de l’énergie de l’onde ultrasonore transmise au corps. En outre, le transducteur d’onde peut s’échauffer par effet Joule sous l’effet du passage du courant électrique pour générer l’onde ultrasonore, et participe à l’augmentation de la température du corps. Enfin, l’onde de surface ultrasonore peut déplacer le corps à l’état liquide, notamment dans le sens de propagation de l’onde. Ainsi, le corps à l’état liquide peut entrer en contact avec une autre portion du corps qui est à l’état solide et participer au réchauffement, voire entraîner la fusion, de cette autre portion.
Le corps peut être à l’état solide ou à l’état liquide. En particulier, une partie du corps peut être à l’état solide et une partie du corps peut être à l’état liquide. Par exemple, lorsque le corps est de l’eau de pluie et la température du support est inférieure à la température de solidification de l’eau, les gouttes de pluie ayant atteint le support peuvent être à l’état solide ou à l’état liquide, selon la durée écoulée depuis leur mise en contact avec le support.
Le dispositif 5 de la figure 3 diffère de celui de la figure 1 en ce que le support 10 est en un matériau piézoélectrique et en ce que le dispositif ne comporte pas de substrat intermédiaire. Les premier 45 et deuxième 50 peignes sont directement au contact du support.
Le dispositif de la figure 4 diffère du dispositif de la figure 1 par plusieurs aspects. Le transducteur comporte un substrat 30 et les première 35 et deuxième 40 électrodes sont prises en sandwich entre le support 10 et le substrat 30. Par ailleurs, le transducteur est collé sur le substrat. Lorsqu’un courant électrique parcourt les première et deuxième électrodes, le transducteur génère une onde guidée ultrasonore G, qui se propage entre le support et le substrat. Lorsque l’onde guidée atteint l’extrémité 90 du substrat le long de sa direction de propagation, elle se transforme en une onde de surface ultrasonore W qui se propage dans la portion 100 du support séparée du substrat, sensiblement selon la même direction de propagation P que l’onde guidée. La transformation de l’onde guidée en onde de surface résulte de l’absence d’interface entre deux solides dans la portion 100 du support.
Le mode de mise en œuvre du procédé au moyen du dispositif illustré sur la figure 4 présente l’avantage de protéger les première et deuxième électrodes. Par exemple, le corps, lorsqu’il est à l’état liquide, ne pas peut s’écouler sur les électrodes et les oxyder. Par ailleurs, de manière optionnelle, le dispositif illustré sur la figure 4 peut comporter un organe de protection 105 qui définit avec le support un logement 110 pour le transducteur. Par exemple, lorsque le dispositif 5 est mobile, on évite que des objets qui percutent le dispositif n’endommagent le transducteur.
Le transducteur illustré sur la figure 5 comporte un support en un matériau non piézoélectrique et un transducteur 112 ultrasonique de contact disposé en contact du support. Pour optimiser la propagation de l’onde du transducteur vers le support, un matériau couplant, par exemple un gel ou une colle peut être disposé entre le transducteur acoustique et le support. Dans une première variante non illustrée, notamment lorsque le support présente une épaisseur inférieure à la longueur de l’onde de surface ultrasonore et/ou que cette dernière est une onde de Lamb, le transducteur ultrasonique de contact est de préférence disposé à angle droit avec la surface sur laquelle l’onde ultrasonore se propage. Un deuxième transducteur de même type peut être disposé sur la face du support opposée à celle sur laquelle l’onde ultrasonore se propage. Dans une deuxième variante, comme cela est illustré sur la figure 5, notamment lorsque le support présente une épaisseur supérieure à la longueur de l’onde de surface ultrasonore et/ou que cette dernière est une onde de Rayleigh, le transducteur ultrasonique de contact est disposé, par exemple au moyen d’un sabot 114, de sorte que l’axe du transducteur forme un angle Q avec la normale à la surface sur laquelle l’onde de surface ultrasonore se propage, inférieur à 90° et dont la valeur peut être déterminée en utilisant la loi de Snell-Descartes. Exemple 1
Pour préparer la mise en œuvre du procédé selon l’exemple 1, on a disposé d’un support piézoélectrique 115 présentant une épaisseur de 1 mm et un diamètre de 76 mm.
Deux électrodes interdigitées telles qu’illustrées sur la figure 1 ont été déposées par évaporation et mises en forme par photolithographie sur le support pour former un transducteur 25. Les électrodes présentent des formes de peigne comme illustré sur la figure 1. Elles comportent chacune 20 doigts présentant une longueur de 7,9 mm et une largeur de 25 pm et espacés les uns des autres de 25 pm. Les électrodes sont reliées à un générateur IFR2023A et à un amplificateur de marque Empower, modèle BBM0D3FE, pour générer une onde de Rayleigh se propageant dans le support. L’énergie de l’onde de surface ultrasonore générée est calculée a posteriori à partir de la mesure du déplacement normal de la surface par interférométrie laser et de la fréquence de l’onde.
Une couche de givre 120 est formée sur la surface du disque support et est refroidie dans un camion frigorifique maintenu à température de -20°C via la vaporisation d’eau liquide à une température de 3°C dans le camion.
Un courant électrique d’une fréquence de 38,4 MHz est généré et parcourt les électrodes, de telle sorte que le transducteur génère une onde de surface ultrasonore.
Les figures 6a) à 6c) illustrent l’avancement du dégivrage 1, 3 et 14 secondes respectivement après l’application d’un courant électrique aux bornes du transducteur.
Comme cela est visible sur la figure 6a), dans les premiers instants, on observe la fusion du givre auprès du transducteur et principalement dans la direction de propagation P de l’onde qui est verticale sur l’image. Par la suite, comme observé sur les figures 6b) et 6c), le dégivrage est facilité par le déplacement des gouttes de liquide résultant de la fusion du givre dans le sens de propagation de l’onde. Les gouttes viennent au contact du givre et transmettent par conduction la chaleur qu’elles ont accumulées par dissipation de l’énergie de l’onde de surface ultrasonore. En outre, le dégivrage s’opère dans la direction de propagation de l’onde ainsi que selon une direction transversale.
Exemple 2
Pour préparer la mise en œuvre du procédé selon l’exemple 2, on a procédé comme pour l’essai 1, à ceci près que le disque support a été préalablement recouvert d’un film de glace. Les figures 7a) à 7c) illustrent l’avancement de la fusion de la glace 1, 6 et 30 secondes respectivement après l’application d’un courant électrique aux bornes du transducteur. On observe sensiblement les mêmes effets que pour l’exemple 1.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux modes de mise en œuvre du procédé, et notamment aux exemples, présentés dans la présente description.

Claims

Revendications
1. Procédé comportant l’alimentation électrique d’au moins un transducteur d’onde (25) pour synthétiser une onde ultrasonore de surface se propageant dans un support (10) jusqu’à un corps (15) disposé sur une face du support, au moins une partie de l’énergie d’alimentation électrique étant convertie sous forme de chaleur par le transducteur, l’énergie électrique alimentant le transducteur étant suffisante pour que la chaleur et/ou l’énergie de l’onde ultrasonore de surface induisent :
- la fusion du corps lorsque le corps est à l’état solide, et/ou
- le maintien du corps à l’état liquide lorsque la température du support est inférieure à la température de solidification du corps.
2. Procédé selon la revendication 1, le corps à l’état liquide se présentant sous la forme d’au moins une goutte ou d’au moins un film.
3. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 et 2, l’énergie de l’onde ultrasonore de surface étant en outre suffisante pour induire le déplacement du corps à l’état liquide sur la face du support.
4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, le corps étant aqueux, notamment est de l’eau de pluie ou l’eau de rosée.
5. Procédé selon la revendication précédente, le corps à l’état solide étant choisi parmi un givre, de la glace et de la neige ou le corps à l’état liquide étant une buée.
6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, la température du support étant inférieure à 0 °C.
7. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, la fréquence fondamentale de l’onde de surface ultrasonore étant comprise entre 0,1 MHz et 1000 MHz, de préférence comprise entre 10 MHz et 100 MHz, par exemple égale à 40 MHz.
8. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, le support étant transparent ou translucide, notamment à la lumière dans le visible ou à un rayonnement dans l’ultraviolet ou dans l’infrarouge.
9. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, le support étant en un matériau choisi parmi les matériaux piézoélectriques, les polymères, en particulier les thermoplastiques, les verres, les métaux et les céramiques.
10. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, le support étant choisi dans le groupe formé par
- une surface automobile, par exemple choisie parmi un pare-brise d’un véhicule, un vitrage d’un rétroviseur,
- une visière d’un casque,
- une vitre d’un bâtiment,
- un capteur, par exemple un capteur optique, un capteur thermique, un capteur acoustique ou un capteur de pression ou de vitesse, notamment une sonde, par exemple une sonde de Pitot,
- une surface d’un dispositif optique, le dispositif optique étant par exemple choisi parmi un objectif d’une caméra, un verre d’une lunette de vue, et
- un élément de protection d’un tel capteur.
11. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, le transducteur étant en contact direct avec le support ou avec une couche intermédiaire, par exemple formée de colle, disposée sur le support.
12. Procédé selon la revendication précédente, le transducteur comportant des première (35) et deuxième (40) électrodes formant respectivement des premier (45) et deuxième (50) peignes, les premier et deuxième peignes étant interdigités et disposés au contact direct du support et/ou au contact d’un substrat intermédiaire en contact avec, notamment disposé sur, le support, le substrat étant en un matériau piézoélectrique, en particulier choisi dans le groupe formé par le niobate de lithium, le nitrure d’aluminium, le titano-zircanate de plomb, l’oxyde de zinc, et leurs mélanges.
13. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, le transducteur définissant en outre un organe de chauffage résistif, le procédé comportant le chauffage du corps au moyen du transducteur.
14. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, le transducteur générant une onde guidée ultrasonore se propageant entre le support et le transducteur, l’onde guidée se transformant en l’onde de surface dans une zone du support disposée à distance du transducteur.
15. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, mis en œuvre pour désembuer et/ou dégivrer le support qui est de préférence tel que selon la revendication
10.
16. Procédé selon l’une quelconque des revendicadons précédentes, l’énergie électrique alimentant le transducteur étant suffisante pour que la chaleur et l’énergie de l’onde ultrasonore de surface induisent :
- la fusion du corps lorsque le corps est à l’état solide, et/ou - le maintien du corps à l’état liquide lorsque la température du support est inférieure à la température de solidification du corps.
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