FR3006111A1 - Dispositif de conversion d'energie thermique en energie electrique a molecules thermo-sensibles - Google Patents

Abstract

Réalisation d'un système de récupération d'énergie thermique et conversion de cette énergie thermique en énergie électriques par le biais de molécules thermosensibles (141, 142) auxquelles sont rattachées des particules magnétiques (150), les molécules thermosensibles étant aptes à déplacer lesdites particules magnétiques par rapport à un circuit conducteur afin de produire un courant induit dans ce circuit.

Description

DISPOSITIF DE CONVERSION D'ENERGIE THERMIQUE EN ENERGIE ELECTRIQUE A MOLECULES THERMO-SENSIBLES DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine des dispositifs permettant de convertir une énergie thermique en énergie électrique, et prévoit la réalisation d'un dispositif de conversion d'énergie thermique en énergie électrique par le biais d'un mouvement de particules magnétiques généré consécutivement à une variation de température. Elle s'applique notamment à la réalisation d'un système de récupération d'énergie doté d'un tel dispositif de conversion d'énergie thermique en énergie électrique. ART ANTERIEUR Afin d'alimenter des dispositifs électroniques ou des microsystèmes tout en limitant l'utilisation de batteries, de nombreux types de systèmes de récupération d'énergie sont apparus. Le document « W02011/144525 A2 » présente par exemple un dispositif permettant de convertir une énergie mécanique en énergie électrique, en utilisant un aimant déplaçable actionné mécaniquement et qui est disposé au centre d'une bobine. Lorsque l'aimant est déplacé, son mouvement permet de générer un courant dans la bobine. Les circuits électroniques, lors de leur fonctionnement, produisent de la chaleur. Cette chaleur n'est généralement pas utilisée et doit être évacuée afin de ne pas détériorer les circuits. D'autres sources de chaleur dont la chaleur dégagée est inutilisée sont également présentes dans notre environnement.

Il se pose le problème de trouver un nouveau système de récupération d'énergie thermique dans lequel une conversion d'énergie thermique en énergie électrique serait mise en oeuvre. EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention concerne tout d'abord un dispositif de conversion d'énergie thermique en énergie électrique comprenant : un support, un circuit conducteur dans lequel un courant induit est destiné à circuler, un ensemble de particules magnétiques rattachées au support par le biais de moyens d'attache aptes à maintenir les particules magnétiques dans au moins une première position par rapport audit circuit conducteur lorsque le dispositif est soumis à une première température, les moyens d'attache étant formés de molécules d'attache d'au moins un premier type, sensibles à la température, de sorte que lorsque les molécules d'attache du premier type sont soumis à une variation donnée de température de la première température vers la deuxième température, les moyens d'attache déplacent les particules magnétiques de la première position vers une deuxième position par rapport audit circuit conducteur, le déplacement des particules magnétiques de la première position vers la deuxième position induisant un courant dans ledit circuit conducteur. Les molécules d'attache peuvent être en particulier des molécules de polymère(s) sensible(s) à la température.

Les molécules d'attache du premier type peuvent être des molécules ayant une température caractéristique de transition LCST1 située entre ladite première température et ladite deuxième température et être adaptées pour, lorsqu'elles sont soumises à ladite variation donnée de température, passer d'une première configuration vers une deuxième configuration.

Ce changement de configuration est de préférence réversible de sorte que les molécules d'attache sont configurées en outre pour que lorsqu'elles sont soumises à une variation inverse de température i.e., entre la deuxième température et la première température, elles passent de ladite deuxième configuration vers ladite première configuration.

Les molécules d'attache peuvent être ainsi prévues de sorte que, lorsqu'elles sont soumises à une variation de température de la deuxième température vers la première température, les moyens d'attache déplacent les particules magnétiques de la deuxième position vers la première position par rapport audit circuit conducteur.

Les molécules d'attache du premier type peuvent être telles que dans la première configuration elles ont une affinité pour l'eau donnée, tandis que dans la deuxième configuration, les molécules d'attache ont une affinité pour l'eau inverse de ladite affinité donnée. Ainsi, lorsque par exemple, dans la première configuration les molécules d'attache sont hydrophiles, dans la deuxième configuration les molécules d'attache sont hydrophobes. Avantageusement, les moyens d'attache comportent en outre des molécules d'attache d'au moins un deuxième type. Les molécules d'attache du deuxième type peuvent être également sensibles à la température. Les molécules d'attache du deuxième type peuvent être également des molécules de polymère(s). Les particules magnétiques peuvent être ainsi rattachées à une première zone du support par le biais des molécules d'attache du premier type et à une deuxième zone du support par le biais de molécules d'attache du deuxième type.

Selon une première possibilité de mise en oeuvre, les molécules d'attache du deuxième type peuvent être des molécules ayant une température caractéristique de transition située entre une troisième température et une quatrième température, les molécules d'attache du deuxième type étant configurées en outre de sorte que lorsqu'elles sont soumises à une variation de température de la troisième température vers la quatrième température les molécules d'attache du deuxième type changent d'affinité pour l'eau. Selon cette première possibilité, on peut effectuer une conversion d'énergie thermique en énergie électrique sur plusieurs gammes de températures. Selon une deuxième possibilité de mise en oeuvre, les molécules d'attache du premier type peuvent avoir une affinité pour l'eau donnée à la première température, tandis que les molécules d'attache du deuxième type ont une autre affinité pour l'eau, inverse de ladite affinité donnée à la première température, les molécules d'attache du deuxième type ayant une affinité pour l'eau donnée à une deuxième température, les molécules d'attache du premier type ayant une affinité pour l'eau inverse de ladite affinité donnée à ladite deuxième température. Selon cette deuxième possibilité, on peut effectuer une conversion d'énergie thermique en énergie électrique sur plusieurs gammes de températures. Dans ce cas, si par exemple à la première température les molécules d'attache du premier type sont hydrophiles, tandis que les molécules d'attache du deuxième type sont hydrophobes, la deuxième température les molécules d'attache du premier type sont hydrophobes, les molécules d'attache du deuxième type étant quant à elles dans le même temps hydrophiles. Plus généralement, les molécules d'attache peuvent être telles qu'elles sont susceptibles de passer d'un caractère solvophile à un caractère solvophobe à la suite d'une variation de température. Avantageusement, les molécules d'attache peuvent être des molécules de polymère sensibles à la température choisies parmi un ou plusieurs polymères suivants : PolyNipam, Polyvinylcaprolactame, Hydroxypropylcellulose, Polyoxazoline, Polyvinylméthyléther, Polyéthylèneglycol.

Les particules magnétiques peuvent être rattachées à une première zone du support par le biais de molécules d'attache et à une deuxième zone du support par le biais d'autres molécules d'attache, le circuit conducteur étant disposé sur le support de manière à former un enroulement conducteur autour d'un axe passant par ladite première zone et ladite deuxième zone du support, et réalisant un angle non-nul, en particulier orthogonal, par rapport à un plan principal du support. Avantageusement les particules magnétiques sont formées d'un corps à base d'un matériau magnétique enrobé d'une couche d'accroche liée auxdites molécules d'attache.

Selon une possibilité de mise en oeuvre, le support peut être un substrat à base de matériau polymère. Le support peut être également prévu à base d'un matériau et selon une épaisseur le rendant flexible. La présente invention prévoit également un système de récupération d'énergie comportant un dispositif de conversion d'énergie thermique en énergie électrique tel que défini précédemment, ainsi que des moyens pour appliquer un flux thermique variable audit dispositif de conversion d'énergie thermique en énergie électrique. La présente invention prévoit également un procédé de réalisation d'un dispositif de conversion d'énergie thermique en énergie électrique tel que défini plus haut, dans lequel les molécules d'attache sont à base de polymère sensible à la température, le procédé comprenant au moins une étape de greffage des particules magnétiques auxdites molécules de polymère. Selon une possibilité de mise en oeuvre, le procédé peut comprendre en outre la formation dans le premier substrat d'au moins une première cavité et d'au moins une deuxième cavité autour de la première cavité, lesdites molécules d'attache étant fixées dans la deuxième cavité, le circuit conducteur étant formé dans la deuxième cavité. Le procédé peut comprendre des étapes de : - fixation d'un premier ensemble de molécules d'attache de polymère sur le premier substrat, - fixation d'un deuxième ensemble de molécules d'attache de polymère sur un deuxième substrat, puis assemblage du premier substrat et du deuxième substrat. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : - les figures 1A, 1B, 1C, 1D illustrent un exemple de dispositif de conversion d'énergie thermique en énergie électrique tel que mis en oeuvre suivant l'invention ; - les figures 2A-2F, 3A-3C et 4A-4B illustrent un exemple de procédé de réalisation d'un dispositif de conversion d'énergie thermique en énergie électrique suivant l'invention ; - les figures 5A-5B illustrent des réactions de greffage de particules polymères sur un substrat susceptibles d'être mises en oeuvre lors de la fabrication d'un dispositif suivant l'invention.

Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Un exemple de dispositif de conversion d'énergie thermique en énergie électrique, tel que mis en oeuvre suivant l'invention, va à présent être décrit en liaison avec les figures 1A - 1D. La figure 1A illustre un principe général de fonctionnement d'un tel dispositif doté d'un support 100, destiné à être soumis à un flux thermique cl), et sur lequel des particules magnétiques 150 sont disposées. Le dispositif comporte également un circuit conducteur 120, qui peut être sous forme d'un enroulement, par exemple en spirale, disposé autour des particules magnétiques 150.

Les particules magnétiques 150 sont liées ou rattachées au support 100 par le biais de moyens d'attache 140 sensibles à la température, eux-mêmes liés ou rattachés au support 100 et prévus pour déplacer les particules 150 par rapport au circuit conducteur 120, en fonction d'une variation de la température à laquelle ces moyens d'attache 140 sont soumis.

Le principe de fonctionnement de la conversion est basé notamment sur la loi de Faraday/Lenz : rot E=-dB/dt avec E : le champ électrique, B : le champ magnétique et t : le temps. Une variation de température agissant sur les moyens d'attache 140 est susceptible de déclencher un mouvement des particules magnétique par rapport au support 100 et au circuit conducteur 120, ce mouvement permettant de faire varier le champ magnétique vu par le circuit conducteur 120 et de générer un courant électrique induit dans ce circuit conducteur 120. Ainsi, le dispositif permet de produire un courant induit à l'aide du mouvement des particules magnétiques 150 par rapport à l'enroulement conducteur 120, ce mouvement étant lui-même déclenché par les moyens d'attache 140 réagissant à une variation de température d'un flux thermique cl) que l'on a récupéré. Le flux thermique cl) que l'on récupère peut provenir d'une source de rayonnement lumineux, par exemple une source laser.

Dans le dispositif suivant l'invention, les moyens d'attache 140 des particules magnétiques 150 sont des molécules, dites thermosensibles ou encore appelées thermo-stimulables, c'est-à-dire des molécules sensibles à la température dont la configuration est susceptible d'être modifiée, par une variation de température au-delà et/ou au deçà d'une température caractéristique de ces molécules, et ce sans changement d'état des molécules, et tout en conservant les éléments chimiques constitutifs des molécules. Le changement de configuration des molécules suite à une variation de température est tel que leur volume ainsi que certaines de leurs propriétés sont modifiées. Le changement de configuration des molécules d'attache du dispositif est de préférence réversible lorsqu'elles subissent une variation inverse de température. Les molécules peuvent par exemple avoir un caractère solvophile/solvophobe variable en fonction de la température. Les molécules d'attache 140 peuvent être des molécules ayant une affinité aux molécules d'eau variable en fonction de la température, et qui sont configurées pour pouvoir passer par exemple d'un état hydrophile à un état hydrophobe lorsqu'elles subissent une variation donnée de température. Les molécules 140 sont de préférence choisies de sorte que ce changement d'affinité à l'eau est réversible, les molécules 140 étant alors susceptibles de passer d'un état hydrophobe à un état hydrophile lorsqu'elles sont soumises à une variation inverse de température. Les molécules d'attache 140 peuvent être en particulier des molécules de masse moléculaire supérieure à 200 pour que le changement d'affinité permette un changement d'agencement, par exemple une variation d'angle de mouillage significative. Les molécules d'attache 140 peuvent être en particulier des molécules de polymères actionnables susceptibles de subir une modification de leurs propriétés physiques sous l'action d'une variation de température dépassant ou passant au dessous d'une température seuil, caractéristique de ces molécules, appelée de transition LCST (LCST pour « lower critical solution temperature » ou température critique inférieure de solubilité). Les molécules d'attache 140 des particules magnétiques 150 peuvent être par exemple des molécules polymères thermosensibles ou thermo-activables de type poly(N-isopropylacrylamide) ou PNIPAM. Un tel polymère subit une transition macromoléculaire réversible, d'un état hydrophile à un état hydrophobe, autour de sa température critique inférieure de solubilité LCST. Cette transition est rapide et située entre 30°C et 37°C.

Ainsi, lorsque les molécules d'attache 140 sont par exemple à base de PNIPAM et soumises à une première température T1, située sous la température de transition LCST, elles ont un caractère hydrophile et soluble dans l'eau. Lorsque les molécules d'attache 140 à base de PNIPAM sont soumises à une deuxième température T2 > T1 et situées au-dessus de leur température de transition, elles ont un caractère hydrophobe et insoluble dans l'eau. D'autres types de polymères actionnables peuvent être utilisés en fonction du domaine de température ciblé, par exemple le Polyvinylcaprolactame (présentant une LCST z 37°C), l'Hydroxypropylcellulose (présentant une LCST comprise entre 40°C et 56°C), le Polyoxazoline (présentant une LCST de l'ordre de 70°C), le Polyvinylméthyléther (présentant une LCST de l'ordre de 45°C), Polyéthylèneglycol (présentant une LCST comprise entre 100°C et 130°C). Selon une possibilité de mise en oeuvre, les moyens d'attache 140 des particules magnétiques 150 peuvent être formés de plusieurs types de polymères thermo-sensibles ou thermo-activables, avec des températures de transition LCST respectives distinctes, ce de manière à pouvoir couvrir différentes gammes de température, c'est-à-dire de pouvoir mettre en mouvement les particules magnétiques 150 pour des variations de températures selon des gammes différentes de température et éventuellement distinctes.

La figure 1B illustre un exemple de réalisation détaillé particulier dans lequel le support 100 des particules 150 est sous forme d'un substrat 101 flexible et à base de matériau polymère, par exemple du PEN (Polyéthylène naphthalate), ou du PET (Polyéthylène téréphthalate), ou du PI (Polyimide), sur lequel le circuit conducteur 120 est également disposé.

Le substrat 101 comporte une cavité 102 centrale dans laquelle les particules magnétiques 150 et les molécules d'attache 140 sont disposées, ainsi qu'une cavité 104 périphérique, agencée autour de la cavité 102 centrale, et dans laquelle le circuit conducteur 120 est logé. Le circuit conducteur 120 est dans cet exemple formé d'un ensemble de pistes conductrices 121 s'enroulant autour de la cavité centrale 102 dans laquelle sont situées les particules magnétiques 150. Ces particules magnétiques 150 peuvent être formées d'un corps 151 à base de matériau magnétique tel que par exemple du Nickel, enrobé d'une couche 152 servant d'accrochage des particules avec les molécules d'attache. La couche 152 peut également avoir un rôle de protection contre l'oxydation. Cette couche 152 peut être par exemple à base de Si02 afin de permettre de faciliter l'accroche avec des molécules de polymère thermosensibles tel que le PNIPAM, elles même fixées ou rattachées au substrat 101. Les particules 150 peuvent avoir un diamètre ou une dimension critique par exemple de l'ordre de 50 nm.

Le corps 151 peut avoir un diamètre ou dimension critique par exemple compris(e) entre 10 nm et 40 nm, tandis que la couche 152 peut avoir une épaisseur compris(e) entre 40 nm et 10 nm. Les particules magnétiques 150 sont dans cet exemple destinées à être déplacées dans une direction, réalisant un angle non-nul par rapport au plan principal du substrat 101 en particulier orthogonale ou sensiblement orthogonale au plan principal du substrat 101 (le plan principal du substrat étant défini comme un plan passant par ce dernier et parallèle au plan [O; x ; y] sur la figure 1B). L'avantage d'avoir un mouvement des particules selon l'axe z permet dans cet exemple de maximiser le champ électrique E et donc le courant généré dans le circuit conducteur 120. Les particules magnétiques 150 sont rattachées, par exemple par greffage, à différents types de molécules d'attache 141, 142 polymère sensibles à la température, ces molécules d'attache 141, 142 étant, elles mêmes fixées ou rattachées au substrat 101, par exemple par greffage.

Les particules magnétiques 150 sont, dans cet exemple, rattachées à une première zone 131 du support par le biais de molécules polymères thermosensibles 141 d'un premier type, ayant une température caractéristique de transition LCST1 qui peut être située par exemple entre 20°C et 50°C. Ainsi, quand la température augmente et dépasse la température caractéristique de transition LCST1, les molécules thermo- stimulables 141 du premier type peuvent par exemple devenir hydrophobes et subir un changement de volume. Il est possible de modifier la température caractéristique de transition LCST des polymères thermosensibles en leur ajoutant un sel (pour diminuer leur température caractéristique de transition LCST) ou en ajoutant un tensio-actif ou un solvant approprié du polymère (pour augmenter leur température caractéristique de transition LCST). De la même manière, une modification de la température LCST pour une famille de polymère thermo-stimulable peut être réalisée par formation d'un copolymère, le copolymère portant au choix une charge ou un groupement amphiphile.

Dans cet exemple de réalisation, les particules magnétiques 150 sont également rattachées à une deuxième zone 132 du support par le biais de molécules polymères thermosensibles 142 d'un deuxième type. Selon une possibilité de mise en oeuvre, les molécules d'attache 142 du deuxième type peuvent avoir une température caractéristique de transition LCST2 différente de celle LCST1 des molécules d'attache du premier type, et telle que LCST2 est située entre une troisième température T3 (différente de T1 et T2) et d'une quatrième température T4. Les molécules d'attache 142 du deuxième type peuvent être alors configurées de sorte que lorsqu'elles sont soumises à une variation de température de la troisième température vers la quatrième température, leur affinité pour l'eau est modifiée en passant par exemple d'un caractère hydrophile à un caractère hydrophobe ou inversement. En variante, les molécules d'attache 142 thermosensibles du deuxième type ont une affinité pour l'eau qui varie en fonction de la température d'une manière inverse de celle des molécules d'attache 141 thermosensibles du premier type. Dans ce mode de réalisation particulier, à une température donnée, lorsque molécules 142 du deuxième type sont hydrophobes, les molécules 141 du premier type sont dans le même temps hydrophiles, tandis qu'à une autre température, lorsque molécules du deuxième type 142 sont hydrophiles, les molécules du premier type 141 sont hydrophobes. Un tel mode de réalisation peut être obtenu par exemple lorsque les molécules d'attache 141 thermosensibles du premier type sont des molécules PNIPAM ayant une température caractéristique de transition LCST1 située par exemple dans une gamme de températures entre 20°C et 50°C. Les molécules d'attache 142 thermosensibles du deuxième type peuvent être, quant à elles, des molécules présentant une température caractéristique UCST2 (UCST pour « upper critical solution temperature ») dans une gamme de températures entre 20°C et 50°C. Les molécules d'attache 142 peuvent être par exemple de type hydrogel et passer d'un caractère hydrophobe à un caractère hydrophile au dessus d'une température supérieure à UCST2. Les molécules d'attache 142 peuvent être par exemple à base de PDMAPS (poly-3-dimethyl(methacryloyloxyethyl) ammonium propane sulfonate) présentant par exemple une UCST comprise entre 32°C et 35°C ou à base de poly(propylsulfonatedimethylammoniumethylmethacrylate) dont l'UCST est de l'ordre de 30°C. Plus généralement, Les molécules d'attache 141, 142 peuvent avoir un caractère solvophile/solvophobe variable en fonction de la température. Une variation de la température sur le dispositif induit un mouvement mécanique des molécules polymères thermo-stimulables 141 et/ou 142 entrainant le mouvement des particules magnétique 150 qui sont greffés sur les molécules thermo- stimulables 141, 142. La densité de courant circulant dans le circuit est proportionnelle au mouvement des particules magnétiques 150. Dans cet exemple de réalisation, la première zone 131 sur laquelle les molécules polymères thermosensibles 141 sont greffées est située au fond de la cavité centrale 102, tandis que la deuxième zone 132 sur laquelle les molécules polymères thermosensibles 142 sont greffées, est quant à elle disposée en vis-à-vis de la première zone 131, sur une partie du support formant un capot 160 pour la cavité centrale 102. On peut mettre en oeuvre ainsi un mouvement oscillatoire vertical. Le capot 160 recouvrant la cavité centrale 102 peut comporter des ouvertures 163 pour permettre à un fluide de pénétrer dans, et sortir de, la cavité centrale 102. Les ouvertures 163 peuvent en particulier permettre à de l'humidité de pénétrer dans la cavité 102. Lorsque les molécules 141, 142 sensibles à la température présentent une variation d'affinité à la molécule d'eau en fonction de la température, il peut s'avérer important de permettre un bon apport en humidité dans la cavité centrale 102. Pour améliorer cet apport en humidité, on peut confiner l'eau ou l'humidité dans la cavité 102 en prévoyant sur les parois internes de cette cavité une ou plusieurs zones présentant une bonne affinité avec l'eau comme par exemple du polyimide (PI), du Polydimethylsiloxane (PDMS), ou même en déposant une couche SAM (mono couche autoassemblée) polaire comme par exemple une couche de 2,2-(Ethylenedioxy) diethanethiol, Hexa(ethylene glycol) dithiol, Tetra(ethylene glycol) dithiol, (11 Mercaptoundecyl)tetra(ethylene glycol), (11-Mercaptoundecyl)hexa(ethylene glycol), Triéthylene glycol mono-11-mercaptoundecyl ether. Cette ou ces couches SAM peuvent être formées sur une zone de métal par exemple tel que de l'Or (Au), et/ou de l'argent (Ag), et/ou du Cuivre (Cu). Sur les figures 1C-1D, un mouvement des particules 150 au sein d'un dispositif de conversion du type de celui décrit précédemment est illustré. Les particules magnétiques 150 sont tout d'abord maintenues par les molécules 141, 142 dans une première position par rapport audit circuit conducteur 120 lorsque le dispositif est soumis à une première température T1 < LCST1 (avec LCST1 la température de transition des molécules du premier type). Dans cette première position les particules 150 sont situées à une hauteur h1 (mesurée dans la direction z sur la figure 1C) par exemple de l'ordre de 500 nm, par rapport au substrat 101. Une variation de température de la première température vers une deuxième température supérieure à la température, entraine un déplacement des molécules d'attache qui déplacent les particules magnétiques 150 de la première position vers une deuxième position par rapport audit circuit conducteur 120. Ce déplacement des particules magnétiques de la première position vers la deuxième position induit un courant dans ledit circuit conducteur 120. Dans cette deuxième position, les particules 150 sont situées à une hauteur h2 par exemple de l'ordre de 1 iim, par rapport au substrat 101. Selon un autre exemple de réalisation, on peut agencer les molécules d'attache 140 sensibles à la température et les particules magnétiques 150 qui leur sont greffées, directement sur des pistes conductrices d'un circuit conducteur, le circuit conducteur jouant dans ce cas le rôle de support. Un exemple de procédé de réalisation d'un dispositif de conversion d'énergie thermique en énergie électrique, suivant l'invention, va à présent être décrit en liaison avec les figures 2A-2F, 3A-3C et 4A-4B. Le matériau de départ est un substrat 101, qui peut être flexible et à base d'un matériau polymère tel que par exemple du PEN (Polyéthylène naphthalate), ou du PET (Polyéthylène téréphtalate), ou du PI (Polyimide). Le substrat 101 peut avoir une épaisseur (mesurée dans une direction orthogonale au plan [0,x,y] du repère orthogonal [0,x,y,z] sur la figure 2A) comprise par exemple entre 25 um et 125 um. Dans le substrat 101, on réalise tout d'abord, des cavités 102, 104, dont une cavité centrale 102 et une cavité périphérique 104 agencée autour de la cavité centrale 102. Les cavités 102, 104 peuvent être formées par exemple par une gravure, qui peut être réalisée au moyen d'un laser ou à l'aide d'un plasma par exemple à base de (02 + SF6) ou de type humide à l'aide par exemple d'une solution de type méthylbenzoate.

La cavité centrale 102 et la cavité périphérique 104 peuvent être séparées par des parois 103 formées par gravure du substrat 101. La hauteur H des cavités 102, 104 (mesurée dans une direction orthogonale au plan [0,x,y] du repère orthogonal [0,x,y,z] sur la figure 2A) peut être comprise par exemple entre 1 um et 5 um.

Ensuite (figure 2B), on forme des zones 105a, 105b conductrices de reprise de contact sur certaines régions localisées du substrat 101, en particulier situées dans la cavité périphérique 104. Pour cela, on peut effectuer, à travers un masque M, un dépôt de matériau conducteur, par exemple par pulvérisation cathodique. Le matériau déposé peut être un métal, par exemple inoxydable tel que de l'or et avoir une épaisseur comprise par exemple entre 30 nm et 300 nm. Puis (figure 2C), sur une zone conductrice donnée 105b parmi les zones 105a, 105b conductrices de reprise de contact, on forme au moins une zone isolante 107 par dépôt d'un matériau diélectrique, par exemple par sérigraphie ou par jet d'encre.

Le matériau diélectrique peut être choisi de manière à avoir une constante diélectrique faible et peut être par exemple du polyimide ou un polymère fluoré d'épaisseur comprise par exemple entre 100 nm et 1 um. Ce dépôt peut être suivi d'un recuit d'une durée par exemple comprise entre 10 minutes et 20 minutes à une température par exemple de l'ordre de 100°C.

On forme ensuite un circuit conducteur 120 dans la cavité périphérique 104 (figure 2D). Ce circuit 120 peut être sous forme d'un enroulement conducteur réalisé par dépôt d'une couche métallique, par exemple à base d'Ag, ou d'Au, ou de Cu, selon une technique qui peut être par exemple du PVD (dépôt physique en phase vapeur) à travers un masque ou par sérigraphie, ou par une technique de type jet d'encre. L'épaisseur de la couche métallique déposée peut être comprise par exemple entre 100 nm et 5 um. Une gravure peut être ensuite réalisée afin de définir des pistes conductrices 121 pour le circuit conducteur 120. Ce circuit conducteur 120 comporte une extrémité disposée sur la zone conductrice 105a tandis qu'une autre extrémité se trouve en contact avec une autre zone conductrice 105b, le reste de l'enroulement étant disposé soit sur le substrat 100 soit sur la zone isolante 107. Ensuite (figure 2E), dans la cavité centrale 102, on forme une première zone 131 de fixation sur le substrat 100 sur laquelle des moyens d'attache de particules magnétiques sont destinés à être disposés ultérieurement. Cette zone 131 peut être par exemple à base d'oxyde de cuivre formée par dépôt par sérigraphie, ou par jet d'encre. Le dépôt est effectué selon une épaisseur comprise par exemple entre 100 nm et 1 um au fond de la cavité 104 centrale. En variante, on peut prévoir une zone de fixation à base de cuivre formée par dépôt d'oxyde de cuivre suivi d'un recuit de désoxydation réalisé par exemple à l'aide d'impulsions de rayonnement UV. Ensuite (figure 2F), on réalise un greffage d'un premier ensemble de molécules thermo-stimulables ou thermosensibles 141 d'un premier type, par exemple des polymères thermosensibles, sur la zone 131 de fixation.

Les molécules 141 greffées peuvent être déjà pourvues à une de leurs extrémités de particules magnétiques 150, formées d'un corps 151 à base d'un matériau magnétique tel que par exemple du Nickel et enrobées dans une couche d'accrochage 152 qui peut également jouer le rôle de couche de protection et être par exemple à base de Si02. La température à laquelle l'étape de fixation ou de greffage des molécules 141 est effectuée peut dépendre de leur température de transition LCST1. Les particules magnétiques 150 peuvent avoir été greffées préalablement sur les molécules 141, à l'aide d'un solvant favorisant le greffage, par exemple du dichlorométhane. Les molécules thermosensibles ou thermo-stimulables 141 du premier type peuvent être par exemple des molécules PNIPAM ayant une affinité pour l'eau variable dans une gamme de température, par exemple entre 20°C à 50°C, et passant d'un caractère hydrophile à un caractère hydrophobe lorsqu'elle sont soumises à une température allant au delà de leur température de transition LCST1. Le procédé comprend également, préalablement, ou simultanément, ou après réalisation des étapes qui viennent d'être décrites en liaison avec les figures 2A-2F, la réalisation sur un autre substrat 201, par exemple un substrat polymère à base de PEN, ou à base de PET, ou à base de PI, d'épaisseur comprise par exemple entre 25 um et 50 um, d'une deuxième zone 232 de fixation sur laquelle des molécules d'attache de particules magnétiques sont destinées à être disposées ultérieurement (figure 3A). La zone de fixation 232 peut être par exemple à base d'oxyde de cuivre CuO et avoir une épaisseur comprise par exemple entre 100 nm et 1 um. Selon un autre exemple, la zone de fixation 232 peut être une zone de cuivre obtenue par réduction d'une couche d'oxyde de cuivre (figure 3A). On en réalise sur le deuxième substrat 201 une greffe sur la deuxième zone de fixation 232 d'un ensemble de molécules thermosensibles ou thermo-stimulables 142 (figure 3B). Les molécules thermosensibles ou thermo-stimulables 142 greffées sur le deuxième substrat 201 sont d'un deuxième type, différent de celui des molécules greffées sur le premier substrat 101. Les molécules thermosensibles ou thermo-stimulables 142 du deuxième type peuvent être des polymères sensibles à la température et ayant une température de transition LCST2. Les molécules thermosensibles ou thermo-stimulables 142 du deuxième type peuvent avoir une affinité pour l'eau variable dans une gamme de température, par exemple entre 20°C à 50°C, et qui, dans cette gamme varie de manière inverse de celle ou opposée à celle des molécules thermosensibles ou thermo-stimulables 141 du premier type. Par exemple, le PDMAPS (poly-3-dimethyl(methacryloyloxyethyl) ammonium propane sulfonate présente une température caractéristique de transition UCST=32°C. Selon une autre possibilité de mise en oeuvre, les molécules thermosensibles ou thermo-stimulables 142 du deuxième type peuvent avoir une affinité pour les molécules d'eau variable dans une gamme de température qui est différente de celle dans laquelle l'affinité pour les molécules d'eau des molécules thermosensibles ou thermo-stimulables 141 du premier type varie. Ensuite, on forme une ou plusieurs zones adhésives 260 pour permettre un assemblage avec le premier substrat 101 et le deuxième substrat 201.

Des zones adhésives 260 peuvent être en particulier réalisées sur le deuxième substrat 201, par exemple dans une région périphérique de ce dernier (figure 3C). Les zones adhésives 260 peuvent être par exemple formées par impression par sérigraphie ou par dispense manuelle d'une couche, par exemple de type époxy, qui n'est pas conductrice ou de type NCP (NCP pour « Non Conductive Paste »). En variante, les zones adhésives 260 peuvent être réalisées à l'aide d'une couche SAM (SAM pour « Self-Assembled Monolayer » ou mono-couche auto assemblée) de type isocyanate et comportant des groupements éthyl, amine ou benzyl. Une telle couche SAM peut permettre d'assurer un collage entre les deux substrats 101 et 201, en particulier lorsque ces substrats 101, 201 sont à base de PEN ou de PET. Cette couche SAM peut être déposée sur le matériau PEN ou PET du deuxième substrat 201 après avoir réalisé un traitement préalable à l'aide d'un plasma UV/03 (ultraviolet/Ozone) de plusieurs minutes sur une région périphérique du substrat 201. Pendant ce traitement, les zones sur lesquelles des molécules thermo-stimulables ont été placées, et en particulier la zone de fixation 231, peuvent être masquées afin d'éviter d'être endommagées. On effectue ensuite un report du deuxième substrat 200 sur le premier substrat 100 (figure 4A). Ce report peut être réalisé par collage en se servant de marques d'alignement prévues sur les substrats 101, 201.

Le collage des deux substrats 101, 201 peut être effectué en appliquant les zones d'adhésion 260, formées par exemple de colle époxy (NCP) ou de la couche SAM (mono couche auto assemblée) sur le dessus des parois 103 séparant les cavités 102, 104. Cette étape de collage peut être suivie d'un recuit à 100°C pendant une dizaine de minutes afin de solidifier la couche de colle ou créer des liaisons entre les deux substrats 101, 201. Le deuxième substrat 201 peut permettre de former un capot de fermeture de la cavité centrale 102. Des ouvertures 163 (figure 4B) peuvent être ensuite pratiquées dans le deuxième substrat 201 formant un capot, par exemple à l'aide d'un laser. Ces ouvertures 163 permettent un échange de fluides entre l'extérieur du dispositif et l'intérieur de la cavité centrale 102, et en particulier de permettre à de l'humidité de pénétrer dans la cavité centrale 102. Dans le procédé qui vient d'être décrit, les étapes de greffage des molécules d'attache sur le support illustrées respectivement sur la figure 2F et sur la figure 3B peuvent être réalisées par le biais d'un agent de couplage silane portant un groupement isocyanate. Un exemple de réaction est donné ici avec un isocyanate polyéthylène glycol (PEG). Une telle réaction peut avoir lieu dans le dichlorométhane anhydre : 2 0 H(OCH2CHI0H+OCN(CH2)3Si(OEt)3 H(OCH2CH2)nOCONH(CH2)3Si(OEt)3 Une liaison covalente uréthane est ainsi formée. Pour le greffage, d'autres agents de couplage silane portant une fonction isocyanate peuvent être employés : 25 -OCN(CH2)3Si(OMe)3, -OCN(CH2)3SiMe2C1 ; Le substrat 101 ou 201 sur lequel est réalisé la greffe peut être trempé dans une solution anhydre de H(OCH2CH2)nOCONH(CH2)3Si(OEt)3 et de CH2Cl2. La figure 5A illustre deux types de réactions menant à la formation de 30 molécules greffées sur un substrat 101.

Une hydrolyse a tout d'abord lieu avec l'eau atmosphérique d'abord à température ambiante. Ensuite un traitement thermique peut être effectué. Ce type de greffage n'est pas nécessairement limité à un substrat polymère mais peut être mis en oeuvre sur d'autres types de substrats, par exemple à base de métal et d'oxyde. Pour permettre un greffage, les fonctions d'intérêts présentes sur le polymère thermosensible peuvent être : - un alcool pour former un uréthane (PEG, polyvinylméthylether, hydroxypropylcellulose) ; - un acide carboxylique pour former un amide (PolyNipam, hydroxypropylcellulose) ; - un amine pour former une urée (polyvinymethylether, PEG). D'autres modes de greffage sont possibles : On peut modifier la surface du substrat 101 et faire réagir le polymère thermo-stimulable portant une fonction réactive sur la surface (qui peut être la surface d'une nano-particule). La figure 5B illustre un autre exemple de greffage dans lequel la réaction d'un bis -catéchol d'alanine sur un substrat 101 conduit à la formation d'un catécholate, le NH2 de la fonction acide aminé de l'alanine restant libre pour réagir avec une chaine polymère thermo-sensible portant un groupement réactif. De préférence, ce groupement réactif est un groupement succinimidyl ester. Un tel type de greffage est décrit par exemple dans le document « Biometric Anchor for Surface-lnitiated Polymerization from Metal Substrates », Messersmith et al., J. AM. CHEM. SOC. 2005.25 Le tableau ci-dessous illustre une réactivité d'esters portant un groupement PEG. PEG NHS Ester Ester (Symbole) Demi-vie (minutes) PEG-O-CH2CH2CH2CH2-0O2-NHS Succinimidyl Valerate (SVA) 33.6 PEG-0-0O2-NHS Succinimidyl Carbonate (SC) 20.4 PEG-02C-CH2CH2CH2-0O2-NHS Succinimidyl Glutarate (SG) 17.6 PEG-02C-CH2CH2-0O2-NHS Succinimidyl Succinate (SS) 9.8 PEG-O-CH2-0O2-NHS Succinimidyl Carboxymethyl (SCM) 0.75 PEG-O-CH2CH2-0O2-NHS Succinimidyl Propionate (SPA) 16.5 Le tableau suivant illustre la réactivité d'un type d'un succinimidyl ester particulier en jouant sur les conditions d'hydrolyse. PEG-O-CH2CH2CH2CH2-0O2-NHS Succinimidyl Valerate (SVA) pH Temp Demi-vie 8.0 25°C 33.6 minutes 8.5 25°C 9.8 minutes 9.0 25°C 3.1 minutes 10.0 25°C -56 secondes Ce tableau illustre la réactivité de différents agents PEG mesurée par hydrolyse à pH 8, 25°C, et mesurée par l'absorbance UV du groupe hydrolysé succinimidyl (NHS). Si la surface du substrat sur laquelle on réalise la greffe porte des groupements pendants amino NH2, de préférence primaire, les esters PEG succinimidyls pourraient également réagir. Ces groupements amino primaire peuvent être obtenus par hydrolyse d'agents de couplage silane tels que : NH2(CH2)nSi R1x(Y)3-x Avec n=3 à 6, R1=Me, Et, x=0 à 2, Y= Cl ou OR où R=Me ou Et.

Un autre mode de greffage utilise la méthode appelée « diazonium- induced anchoring process » (DIAP). Ce type de greffage est décrit par exemple dans le document de Mévellec et al. « Grafting Polymers on Surfaces: A new powerful and Versatile Diazonium Salt Based One-Step Process in Aqueous Media», Chem. Mater. 2007, 19, 6323-6330. Un sel d'aryl diazonium se greffe sur la surface du substrat en laissant un groupement aniline neutralisé par du HCI, celui-ci pouvant être réactivé en amine primaire par ajout d'une base. On retourne alors dans les cas de greffage précédemment décrits où la surface est recouverte de groupements amino-primaires. Un exemple d'application particulière d'un dispositif suivant l'invention peut être celui d'un dispositif tactile, par exemple un clavier, doté de touches actionnées par le biais d'une détection d'une variation de température due à la présence d'un doigt.

Le doigt joue ainsi, dans cet exemple, le rôle de source d'énergie thermique d'activation des molécules thermo-sensibles qui lorsqu'elles changent de configuration permettent de déplacer des particules magnétiques, ce déplacement induisant un courant dans un circuit conducteur. Ce courant généré peut être traduit par un circuit électronique de lecture dédié du dispositif tactile qui permet alors d'adresser la touche activée. Dans cet exemple une alimentation du clavier tactile n'est pas indispensable.

Claims (15)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de conversion d'énergie thermique en énergie électrique comprenant : un support (100), un circuit conducteur (120) dans lequel un courant induit est destiné à circuler, - un ensemble de particules magnétiques (150) rattachées au support par le biais de moyens d'attache (140) aptes à maintenir les particules magnétiques dans au moins une première position par rapport audit circuit conducteur (120) lorsque le dispositif est soumis à une première température, les moyens d'attache comportant des molécules d'attache (141) polymères d'au moins un premier type, sensibles à la température, de sorte que, lorsque les molécules d'attache du premier type sont soumis à une variation donnée de température de la première température vers une deuxième température, les moyens d'attache déplacent les particules magnétiques de la première position vers une deuxième position par rapport audit circuit conducteur (120), le déplacement des particules magnétiques de la première position vers la deuxième position induisant un courant dans ledit circuit conducteur (120).
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les molécules d'attache 141 du premier type sont des molécules ayant une température caractéristique de transition (LCST1) située entre la première température et la deuxième température et sont adaptées pour lorsqu'elles sont soumises à ladite variation donnée de température passer d'une première configuration vers une deuxième configuration, les molécules d'attache du premier type étant adaptées en outre pour lorsqu'elles sont soumises à une variation inverse de température entre la deuxième température et la première température, passer de ladite deuxième configuration vers ladite première configuration.
3. 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel dans la première configuration les molécules d'attache (141) ont une affinité pour l'eau, hydrophile ouhydrophobe, donnée, dans la deuxième configuration, les molécules d'attache (141) ayant une affinité pour l'eau inverse de ladite affinité donnée.
4. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens d'attache comportent en outre des molécules d'attache (142) d'au moins un deuxième type, sensibles à la température.
5. 5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel les particules magnétiques (150) sont rattachées à une première zone (131) du support par le biais des molécules d'attache 141 du premier type et à une deuxième zone (132) du support par le biais de molécules d'attache 142 du deuxième type.
6. 6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, dans lequel les molécules d'attache (142) du deuxième type sont des molécules ayant une température caractéristique de transition (LCST2) située entre une troisième température et une quatrième température, les molécules d'attache du deuxième type étant configurées en outre de sorte que lorsqu'elles sont soumises à une variation de température de la troisième température vers la quatrième température à changer d'affinité pour l'eau.
7. 7. Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel les molécules d'attache (141) du premier type ont une affinité pour l'eau donnée à la première température, les molécules d'attache du deuxième type ayant une autre affinité pour l'eau, inverse de ladite affinité donnée à la première température, les molécules d'attache (142) du deuxième type ayant une affinité pour l'eau donnée à une deuxième température, les molécules d'attache (141) du premier type ayant une affinité pour l'eau inverse de ladite affinité donnée à ladite deuxième température.
8. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel les particules magnétiques sont rattachées à une première zone 131 du support par le biais de molécules d'attache et à une deuxième zone 132 du support par le biais de moléculesd'attache dans lequel le circuit conducteur 120 est disposé sur le support de manière à former un enroulement conducteur autour d'un axe passant par ladite première zone et ladite deuxième zone du support, et réalisant un angle non-nul, en particulier orthogonal, par rapport à un plan principal du support.
9. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel les particules (150) sont formées d'un corps (151) à base d'un matériau magnétique enrobé d'une couche d'accroche (152) liée auxdites molécules d'attache.
10. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel le support (100) est un substrat à base de matériau polymère.
11. 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel parmi lesdites molécules d'attache sensibles à la température figurent un ou plusieurs polymères suivants : PolyNipam, Polyvinylcaprolactame, Hydroxypropylcellulose, Polyoxazoline, Polyvinylméthyléther, Polyéthylèneglycol.
12. 12. Système de récupération et de conversion d'énergie thermique en énergie électrique comportant : - un dispositif de conversion d'énergie thermique en énergie électrique selon l'une des revendications 1 à 11, - des moyens pour appliquer un flux thermique variable audit dispositif de conversion d'énergie thermique en énergie électrique.
13. 13. Procédé de réalisation d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, dans lequel les molécules d'attache sont à base de polymère sensible à la température, le procédé comprenant au moins une étape de greffage des particules magnétiques auxdites molécules de polymère.
14. 14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel le support est formé d'un premier substrat, comprenant la réalisation dans le premier substrat (101) d'au moins une première cavité (102) et d'au moins une deuxième cavité (104) autour de la première cavité, lesdites molécules d'attache étant fixées dans la deuxième cavité, le circuit conducteur (120) étant formé dans la deuxième cavité (102).
15. 15. Procédé selon la revendication 13 ou 14, comprenant des étapes de : - fixation d'un premier ensemble de molécules d'attache (141) polymère sensible à la température sur le premier substrat (101), - fixation d'un deuxième ensemble de molécules d'attache (142) polymère sensible à la température sur un deuxième substrat (201), puis assemblage du premier substrat (101) et du deuxième substrat (201) pour former ledit support (100).15