FR3034239A1 - ENERGETICALLY AUTONOMOUS FOREST FIRE DETECTION DEVICE AND METHOD OF DETECTING FIRED FIRES USING SUCH A DEVICE - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif de détection d'incendies de forêt énergétiquement autonome, qui comprend un composant à mémoire de forme, un composant piézoélectrique, et un module électronique. La présente invention concerne également un réseau de détection d'incendies de forêt comprenant une pluralité de dispositifs de détection selon l'invention, ainsi qu'un procédé de détection d'incendies de forêt mettant en œuvre un dispositif de détection selon l'invention ou un réseau de détection selon l'invention.The present invention provides an energy self-sustaining forest fire detection device that includes a shape memory component, a piezoelectric component, and an electronic module. The present invention also relates to a forest fire detection network comprising a plurality of detection devices according to the invention, as well as a method for detecting forest fires using a detection device according to the invention or a detection network according to the invention.
Description
1 DISPOSITIF DE DETECTION D'INCENDIES DE FORET ENERGETIQUEMENT AUTONOME ET PROCEDE DE DETECTION D'INCENDIES DE FORET METTANT EN OEUVRE UN TEL DISPOSITIF.DEVICE FOR DETECTION OF ENERGY-SAVING DRILL FIRES AND METHOD OF DETECTING FIRED FIRES USING SUCH A DEVICE.
La présente invention relève du domaine des dispositifs et procédés de détection et d'alerte de débuts de feux, et notamment de feux de forêt. Plus particulièrement, la présente invention concerne un dispositif de détection d'incendies de forêt énergétiquement autonome, comprenant un composant à mémoire de forme (généralement désigné par l'acronyme AMF) associé à un composant piézoélectrique pour produire de l'énergie électrique exploitable par un module électronique pour émettre un signal radioélectrique.The present invention relates to the field of devices and methods for detecting and alerting the beginnings of fires, including forest fires. More particularly, the present invention relates to an energy self-sustaining forest fire detection device, comprising a shape memory component (generally referred to as AMF) associated with a piezoelectric component for producing electrical power exploitable by a electronic module for transmitting a radio signal.
Par dispositif énergétiquement autonome, on entend un dispositif qui présente les propriétés suivantes : - c'est un dispositif qui peut fonctionner sans apport extérieur d'énergie pendant un temps long (supérieur à un an) et sur une distance importante (supérieure à 10 mètres) ; cela exclut donc de l'invention par exemple les cellules photovoltaïques comme source d'énergie ; - c'est un dispositif qui ne dispose pas de système de stockage d'énergie sous forme chimique (batterie) ou capacitif (condensateur). Par forêt, on entend, au sens de la présente invention, des zones boisées plus ou moins denses, ou des zones comportant des organismes végétaux susceptibles de s'enflammer.By energy-autonomous device is meant a device that has the following properties: it is a device that can operate without external energy supply for a long time (greater than one year) and over a significant distance (greater than 10 meters) ); this therefore excludes from the invention for example photovoltaic cells as a source of energy; - It is a device that does not have energy storage system in chemical form (battery) or capacitive (capacitor). Forest, for the purposes of the present invention, means more or less dense wooded areas, or areas with plant organisms likely to ignite.
Les dispositifs de détection de feux de forêt, connus de l'homme de l'art, s'appuie sur différentes méthodes plus ou moins récentes.Forest fire detection devices, known to those skilled in the art, rely on various more or less recent methods.
3034239 2 La plus ancienne est la tour de guet qui nécessite un guetteur qui doit surveiller l'horizon à l'affût d'un départ de feu. On connait par ailleurs plusieurs documents décrivant des 5 dispositifs de détection de feux de forêt. La demande de brevet français FR 2614984 décrit un système optique pour détecter un rayonnement thermique, destiné à détecter et localiser des feux de forêt dans leur phase initiale. C'est un dispositif monté en haut d'un mât, dont la 10 partie optique comporte des miroirs, des lentilles de Fresnel et des capteurs infrarouges. La demande de brevet allemand DE 4026676 décrit un dispositif également monté sur un mât mais utilisant des capteurs pyroélectriques.3034239 2 The oldest is the watchtower that requires a watchman who must monitor the horizon on the lookout for a fire. Several documents describing fire detection devices are also known. French patent application FR 2614984 describes an optical system for detecting thermal radiation, intended to detect and locate forest fires in their initial phase. It is a device mounted at the top of a mast, the optical part of which includes mirrors, Fresnel lenses and infrared sensors. German patent application DE 4026676 discloses a device also mounted on a mast but using pyroelectric sensors.
15 Le brevet français FR 2637977 décrit un détecteur capteurs infrarouges permettant la détection de rayonnements infrarouges d'une source de chaleur. Un tel détecteur permet de bien localiser la position d'une colonne de fumée. Un tel dispositif peut être mis en oeuvre pour la détection de feux de 20 forêt dans une zone surveillée. La demande de brevet français FR 2652269 décrit un système complexe de détection, d'alerte et de neutralisation de débuts d'incendie, comprenant une cuve contenant de la poudre extinctrice et un éjecteur apte à la projeter sur les flammes, 25 et un émetteur d'ondes hertziennes. Le brevet français FR 2679779 décrit un procédé de détection aéroporté, dans lequel des avions scrutent en permanence les zones sensibles avec des capteurs thermiques. Le brevet américain US 5,218,345 décrit un système de 30 détection par caméras infrarouges montées sur des mâts, ce système étant appuyé par un système de balayage permettant d'améliorer la détection. Le brevet américain US 7,337,156 décrit un procédé pour la détection et la lutte contre les incendies forestiers, dans 3034239 3 lequel la détection est réalisée par surveillance aérienne à l'aide de détecteurs infrarouges embarqués. Dans ce cas, l'aspect innovant est porté par le système d'analyse des données.French patent FR 2637977 discloses an infrared sensor detector for detecting infrared radiation from a heat source. Such a detector makes it possible to locate the position of a column of smoke. Such a device can be implemented for the detection of forest fires in a supervised area. The French patent application FR 2652269 describes a complex system for detecting, alerting and neutralizing fire starts, comprising a tank containing fire-extinguishing powder and an ejector capable of projecting it onto the flames, and a transmitter for Hertzian waves. French patent FR 2679779 describes an airborne detection method in which aircraft continuously scan the sensitive areas with thermal sensors. US Pat. No. 5,218,345 describes an infrared camera detection system mounted on masts, this system being supported by a scanning system to improve the detection. US Pat. No. 7,337,156 describes a method for the detection and the fight against forest fires, in which the detection is carried out by aerial surveillance using embedded infrared detectors. In this case, the innovative aspect is carried by the data analysis system.
5 Le brevet américain US 7,656,634 décrit un dispositif de détection des feux de forêt fondé sur l'analyse chimique de l'atmosphère par spectroscopie optique. La demande de brevet américain US 2011/122245 décrit un système de contrôle des incendies de forêt comprenant un 10 réseau de détecteurs scanners optiques et infrarouges montés sur des tours. Ce système de contrôle permet de détecter des départs de feu et d'avertir ensuite les services d'intervention. La demande de brevet américain US 2013/321149 décrit un 15 dispositif de surveillance fondé sur des systèmes déportés munis de caméras et de capteurs infrarouges et reliés à un central qui collecte les données. Ces systèmes peuvent être largués par exemple d'un hélicoptère et déployés sur une vaste étendue, y compris dans les arbres.US Pat. No. 7,656,634 discloses a forest fire detection device based on chemical analysis of the atmosphere by optical spectroscopy. United States Patent Application US 2011/122245 discloses a forest fire control system comprising a network of tower mounted optical and infrared scanner detectors. This control system makes it possible to detect fire starts and then to notify the emergency services. US patent application US 2013/321149 discloses a monitoring device based on remote systems provided with cameras and infrared sensors and connected to a central office that collects the data. These systems can be dropped for example from a helicopter and deployed over a wide area, including trees.
20 La demande de brevet américain US 2014/192184 décrit un procédé d'interprétation de mesures prises par les systèmes de caméras optique et infrarouges. En effet, les conditions climatiques, les surfaces très importantes à surveiller, la topographie des lieux, l'alternance jour/nuit, la latitude et 25 la longitude, les variations saisonnières de climat, rendent très compliqués le paramétrage de ces dispositifs. Les demande de brevet américain US 2002/026431 et internationale WO 97/35433 décrivent un procédé de détection basée sur l'analyse et la superposition de données provenant 30 de capteurs infrarouges placés sur des tours ou aéroportés par des avions, des drones ou des satellites. Le brevet français FR 2893743 décrit un procédé de détection d'incendies, qui est fondée sur un réseau de capteurs constituant un maillage de la zone à surveiller.US patent application US 2014/192184 discloses a method of interpreting measurements taken by optical and infrared camera systems. In fact, the climatic conditions, the very important surfaces to be monitored, the topography of the places, the alternation day / night, the latitude and the longitude, the seasonal variations of climate, make the setting of these devices very complicated. US Patent Application Serial No. 2002/026431 and International Publication WO 97/35433 describe a detection method based on the analysis and superimposition of data from infrared sensors placed on towers or airborne by aircraft, drones or satellites. . French patent FR 2893743 describes a fire detection method, which is based on a network of sensors constituting a mesh of the area to be monitored.
3034239 4 Chaque capteur dispose d'un détecteur de feu et d'un émetteur radiofréquence relié à un central ou une borne de contrôle. Ce système prévoit trois à cinq capteurs par hectare, chaque capteur étant apte à détecter localement un départ de feu. Ce 5 système dispose d'une batterie et d'une antenne qui se détériore au fil du temps, de sorte que le signal ne puisse plus être émis. La demande de brevet américain US 2011/122245 décrit un système de contrôle des incendies installé dans plusieurs 10 zones boisées en France. Ce système de contrôle est constitué d'un réseau de caméras de surveillance sur des tours à 40 mètres de hauteur. Ces caméras enregistrent une vingtaine de photos sur 180 degrés et ces photos sont transmises à un puissant ordinateur qui analyse et détecte d'éventuels 15 panaches de fumée sur une distance maximale de 20 kilomètres. La localisation se fait par triangulation et la précision est de 300 mètres. Or, les dispositifs basés sur la surveillance aérienne ou par satellite présentent l'inconvénient d'être aléatoires car 20 ils dépendent de la fréquence de passage des engins au-dessus des zones à surveiller, sauf si l'on envisage une surveillance continue, ce qui en ferait un système beaucoup trop coûteux. Par ailleurs, les dispositifs basés sur la surveillance terrestre par caméras optiques et infrarouges nécessitent une 25 installation coûteuse et des algorithmes de traitements très complexes nécessitant de prendre en compte de nombreux paramètres comme évoqué précédemment dans la description du contenu de la demande de brevet américain US 2014/192184. Enfin, les dispositifs basés sur un réseau de capteurs 30 terrestres ont pour principal inconvénient qu'ils doivent être alimentés par des batteries nécessitant un entretien et un changement régulier. De plus, la présence de ce type de composant dans la nature n'améliore pas le respect de critères écologiques.3034239 4 Each sensor has a fire detector and a radio frequency transmitter connected to a control panel or terminal. This system provides three to five sensors per hectare, each sensor being able to locally detect a fire. This system has a battery and an antenna that deteriorates over time so that the signal can no longer be emitted. United States Patent Application US 2011/122245 describes a fire control system installed in several wooded areas in France. This control system consists of a network of surveillance cameras on towers at 40 meters height. These cameras record around twenty 180-degree photos and these photos are transmitted to a powerful computer that analyzes and detects possible 15 plumes of smoke over a maximum distance of 20 kilometers. The location is by triangulation and the accuracy is 300 meters. However, the devices based on aerial or satellite surveillance have the disadvantage of being random because they depend on the frequency of passage of the machines over the areas to be monitored, unless continuous monitoring is envisaged. which would make it a far too expensive system. Moreover, devices based on terrestrial surveillance by optical and infrared cameras require expensive installation and very complex processing algorithms that need to take into account many parameters as mentioned previously in the description of the contents of the US patent application. 2014/192184. Finally, devices based on a terrestrial sensor network have the main disadvantage that they must be powered by batteries requiring maintenance and regular change. In addition, the presence of this type of component in nature does not improve compliance with ecological criteria.
3034239 5 Aucun de ces dispositifs ou systèmes connus de l'art antérieur ne sont énergétiquement autonomes au sens de la présente invention. Pour résoudre les défauts et inconvénients susmentionnés, 5 le déposant a mis au point un dispositif de détection d'incendies de forêt énergétiquement autonome, comprenant un module électronique (ou émetteur) apte à émettre un signal radioélectrique à partir de l'énergie produite par le dispositif lui-même. Pour cela, le dispositif comprend, outre 10 l'émetteur, un composant à mémoire de forme (ou AMF) associé à un composant piézoélectrique solidaire dudit composant AMF, le composant AMF convertissant en un déplacement et/ou changement de forme la chaleur reçue par une source dont la température est supérieure à une température seuil (notamment émise par un 15 incendie), et le composant piézoélectrique convertissant le déplacement et/ou le changement de forme du composant AMF en énergie électrique. Plus particulièrement, la présente invention a pour objet un dispositif de détection d'incendies de forêt, caractérisé 20 en ce qu'il constitue un ensemble énergétiquement autonome comprenant : - un composant à mémoire de forme (ou composant AMF) apte à convertir, en un déplacement et/ou un changement de forme (et par suite en énergie 25 mécanique), la chaleur reçue par une source dont la température est supérieure à une température seuil (chaleur créée par exemple par un incendie) ; - un composant piézoélectrique apte à convertir le déplacement et/ou le changement de forme du 30 composant AMF en énergie électrique, ledit composant piézoélectrique étant solidaire dudit composant AMF ; et - un module électronique apte à convertir l'énergie électrique produite par ledit composant 3034239 6 piézoélectrique en signal radio (ou radioélectrique) pour avertir et donner une alerte de départ d'incendie. Par température seuil, on entend, au sens de la présente 5 invention, une température qui est : - de l'ordre de 55°C dans des pays à climat modéré (typiquement en Europe occidentale), ou - de l'ordre de 45°C, dans des pays ou régions froids (typiquement en Alaska ou en Sibérie), ou 10 - de l'ordre de 60-65°C dans des pays chauds (notamment des pays tropicaux ou subtropicaux). Par ensemble ou dispositif énergétiquement autonome, on entend, au sens de la présente invention, un ensemble ou dispositif pouvant fonctionner sans nécessiter l'utilisation 15 d'une source d'énergie complémentaire telle qu'une pile, une batterie, ou un accumulateur d'énergie. En effet, le composant AMF, en déclenchant à partir d'une certaine température, représentative d'un départ de feu, va fournir l'énergie suffisante pour alimenter, par l'intermédiaire du composant 20 piézoélectrique, un émetteur radio qui va permettre ainsi l'envoi d'un signal à un poste de contrôle. En fonctionnement, lorsque le dispositif selon l'invention détecte un incendie de forêt se manifestant généralement par une température élevée (par exemple de l'ordre de 80°C) 25 supérieure à la température seuil de déclenchement du dispositif selon l'invention, cela conduit ledit composant AMF à changer de forme et/ou produire un déplacement. Cette température de déclenchement peut être choisie (entre 50 et 200°C) en fonction des paramètres environnementaux ou de 30 critères de sécurité. Comme le composant piézoélectrique est, dans le dispositif selon l'invention, solidaire du composant AMF, son déplacement et/ou changement de forme induit le déplacement et/ou le changement de forme du composant piézoélectrique. Ce dernier 3034239 7 le convertit en énergie électrique, qui est elle-même convertie en signal radioélectrique par ledit module électronique. Ainsi, le déplacement et/ou changement de forme du composant AMF, déclenchée partir d'une certaine 5 température seuil représentative d'un départ de feu, fournit l'énergie suffisante pour alimenter, par l'intermédiaire de l'élément piézoélectrique, un émetteur radioélectrique, qui va permettre ainsi l'envoi d'un signal à un poste de contrôle. Lorsque le dispositif selon l'invention n'est pas 10 sollicité, il présente l'avantage de fonctionner en mode «zéro énergie», c'est-à-dire qu'il ne consomme aucune énergie. C'est un dispositif passif. Le dispositif selon l'invention peut donc fonctionner pendant des années sans nécessité de maintenance ou d'entretien.None of these devices or systems known from the prior art are energetically autonomous within the meaning of the present invention. To solve the above-mentioned defects and disadvantages, the applicant has developed an energy-autonomous forest fire detection device comprising an electronic module (or transmitter) capable of emitting a radio signal from the energy produced by the device itself. For this, the device comprises, in addition to the transmitter, a shape memory component (or AMF) associated with a piezoelectric component integral with said AMF component, the AMF component converting into a displacement and / or change of shape the heat received by a source whose temperature is greater than a threshold temperature (in particular emitted by a fire), and the piezoelectric component converting the displacement and / or the change in shape of the AMF component into electrical energy. More particularly, the present invention relates to a forest fire detection device, characterized in that it constitutes an energetically autonomous assembly comprising: a shape memory component (or AMF component) able to convert, in a displacement and / or a change of shape (and consequently in mechanical energy), the heat received by a source whose temperature is higher than a threshold temperature (heat created for example by a fire); a piezoelectric component capable of converting the displacement and / or the change in shape of the AMF component into electrical energy, said piezoelectric component being integral with said AMF component; and an electronic module capable of converting the electrical energy produced by said piezoelectric component into a radio (or radio) signal to warn and give a start of fire alarm. By threshold temperature is meant, in the sense of the present invention, a temperature which is: - of the order of 55 ° C in countries with moderate climate (typically in Western Europe), or - of the order of 45 ° C, in cold countries or regions (typically in Alaska or Siberia), or 10 - in the order of 60-65 ° C in hot countries (especially tropical or subtropical countries). For the purposes of the present invention, an assembly or device that is energetically autonomous means an assembly or device that can operate without requiring the use of a complementary energy source such as a battery, a battery, or a storage battery. 'energy. Indeed, the AMF component, by triggering from a certain temperature, representative of a fire departure, will provide sufficient energy to supply, via the piezoelectric component 20, a radio transmitter which will thus allow sending a signal to a checkpoint. In operation, when the device according to the invention detects a forest fire generally manifested by a high temperature (for example of the order of 80 ° C.) greater than the threshold temperature of the device according to the invention, this causes said AMF component to change shape and / or produce a displacement. This triggering temperature can be chosen (between 50 and 200 ° C.) depending on the environmental parameters or safety criteria. As the piezoelectric component is, in the device according to the invention, integral with the AMF component, its displacement and / or shape change induces the displacement and / or the change of shape of the piezoelectric component. The latter converts it into electrical energy, which is itself converted into a radio signal by said electronic module. Thus, the displacement and / or change in shape of the AMF component, triggered from a certain threshold temperature representative of a fire start, provides sufficient energy to supply, via the piezoelectric element, a radio transmitter, which will thus allow the sending of a signal to a control station. When the device according to the invention is not stressed, it has the advantage of operating in "zero energy" mode, that is to say that it consumes no energy. It is a passive device. The device according to the invention can therefore operate for years without the need for maintenance or maintenance.
15 Le dispositif selon l'invention présente donc trois composants : le composant AMF qui a la double fonction de détecteur de température élevée et de générateur d'énergie, le composant piézoélectrique convertisseur d'énergie mécanique en énergie électrique, et le module électronique convertissant 20 l'énergie électrique produite en un signal radio servant à avertir et donner une alerte de départ de feu. Ce signal comporte les coordonnées géographiques ou un numéro d'identification qui permet de localiser instantanément le départ de feu. Le signal est destiné à être réceptionné par un 25 système informatique muni d'un récepteur radio. Cette configuration simple permet au dispositif selon l'invention d'être très compact (en d'autres termes conditionné dans un volume restreint), facile à déployer, et beaucoup moins coûteux que les dispositifs antérieurs.The device according to the invention therefore has three components: the AMF component which has the dual function of a high temperature detector and an energy generator, the piezoelectric component that converts mechanical energy into electrical energy, and the electronic module that converts 20 the electrical energy produced in a radio signal used to warn and give a fire warning. This signal includes geographic coordinates or an identification number that allows to instantly locate the fire. The signal is intended to be received by a computer system provided with a radio receiver. This simple configuration allows the device according to the invention to be very compact (in other words conditioned in a small volume), easy to deploy, and much less expensive than previous devices.
30 Avantageusement, le dispositif selon l'invention est portatif. Avantageusement également, il est démontable, même des années après installation, ce qui permet d'enlever le dispositif lorsque l'arbre ou le végétal sur lequel il a été 3034239 8 fixé, doit être exploité ou transformé sans risque de résidu de corps étranger pour le bois. Composant AMF 5 Le premier composant du dispositif de détection est le composant AMF. Le composant AMF peut être de différentes formes et constitué de matériaux à mémoire de forme différents. Celui-ci peut avantageusement être sous forme soit filaire, soit tubulaire, soit plat, soit sous forme d'un 10 composant plus complexe comme un ressort. Le composant à mémoire de forme (généralement désigné par l'acronyme AMF) est constitué d'un alliage à mémoire de forme. A titre d'alliages à mémoire de forme utilisables dans le cadre de la présente invention, on peut notamment citer : 15 - les alliages à base Cuivre : CuAlBe, CuAlNi, CuAlMn, CuZnAl, - les alliages à base Nickel-Titane : NiTi, NiTiFe, NiTiCu, NiTiCr, et - les alliages à base Fer : FeMnSi, FeMnCr, FeMnCrSi.Advantageously, the device according to the invention is portable. Advantageously also, it is removable, even years after installation, which allows to remove the device when the tree or the plant on which it was fixed, must be exploited or transformed without risk of foreign body residue for wood. AMF Component 5 The first component of the sensing device is the AMF component. The AMF component can be of different shapes and made of different shape memory materials. This may advantageously be in the form of a wire, a tubular, a flat or a more complex component such as a spring. The shape memory component (generally referred to by the acronym AMF) consists of a shape memory alloy. As shape memory alloys that may be used in the context of the present invention, mention may be made in particular of: copper-based alloys: CuAlBe, CuAlNi, CuAlMn, CuZnAl, nickel-titanium alloys: NiTi, NiTiFe, NiTiCu, NiTiCr, and - iron-based alloys: FeMnSi, FeMnCr, FeMnCrSi.
20 Certains de ces alliages à mémoire de forme peuvent être monocristallins, c'est-à-dire constitués d'un seul grain ou de plusieurs grains séparés par des joints de grains de faibles désorientation. A titre d'alliages AMF préférés utilisables dans le cadre 25 de la présente invention, on peut citer les alliages à base cuivre CuAlBe, CuAlNi et les Alliages à base Nickel-Titane NiTi et NiTiCu, et est de préférence l'alliage NiTi. Composant piézoélectrique 30 Le second composant du dispositif de détection selon l'invention est le composant piézoélectrique. La piézoélectricité est la propriété que possèdent certains corps de se polariser électriquement sous l'action d'une contrainte mécanique, et réciproquement de se déformer 3034239 9 lorsqu'on leur applique un champ électrique. Les deux effets sont indissociables. Le premier est appelé effet piézoélectrique direct, tandis que le second effet piézoélectrique inverse.Some of these shape memory alloys may be monocrystalline, i.e., consist of a single grain or several grains separated by grain boundaries of low disorientation. As preferred AMF alloys for use in the context of the present invention, mention may be made of CuAlBe, CuAlNi copper-based alloys and NiTi and NiTiCu-based NiTiCu alloys, and is preferably NiTi alloy. Piezoelectric component The second component of the detection device according to the invention is the piezoelectric component. Piezoelectricity is the property possessed by certain bodies to be electrically polarized under the action of a mechanical stress, and vice versa to deform when an electric field is applied thereto. The two effects are inseparable. The first is called direct piezoelectric effect, while the second piezoelectric inverse effect.
5 Le composant piézoélectrique du dispositif selon l'invention peut être une cellule piézoélectrique ou un composite piézoélectrique comportant plusieurs cellules piézoélectriques. Avantageusement, le composant piézoélectrique du 10 dispositif selon l'invention peut être un composite comprenant des cellules piézoélectriques assemblées et fixées entre deux couches de polymères, électriquement isolants, identiques ou différents. Le composant piézoélectrique sous forme de composite peut 15 comprendre des bandes conductrices intercalées entre les couches de polymères, pour permettre le transfert du courant électrique. Les matériaux piézoélectriques utilisables dans le cadre de la présente invention pour constituer le composant 20 piézoélectrique peuvent être de différentes natures. Le matériau piézoélectrique le plus connu est le quartz, toujours utilisé aujourd'hui dans les montres pour créer des impulsions d'horloge. Mais ce sont les céramiques synthétiques, les PZT (Titano-Zirconate de Plomb) qui sont le plus largement 25 utilisées aujourd'hui dans l'industrie. Dans le cadre de la présente invention, on utilisera de préférence des cellules piézoélectriques en titano-zirconate de plomb.The piezoelectric component of the device according to the invention may be a piezoelectric cell or a piezoelectric composite comprising a plurality of piezoelectric cells. Advantageously, the piezoelectric component of the device according to the invention may be a composite comprising piezoelectric cells assembled and fixed between two layers of polymers, electrically insulating, identical or different. The composite piezoelectric component may comprise conductive strips interposed between the polymer layers, to allow transfer of electric current. The piezoelectric materials that can be used in the context of the present invention to constitute the piezoelectric component can be of different natures. The most known piezoelectric material is quartz, still used today in watches to create clock pulses. But it is synthetic ceramics, PZTs (Titano Lead Zirconate) which are the most widely used today in the industry. In the context of the present invention, piezoelectric cells made of lead titano-zirconate will preferably be used.
30 Module électronique. Le module électronique et l'émetteur radioélectrique convertissent l'énergie électrique produite par le composant piézoélectrique en un signal radioélectrique servant à avertir et donner une alerte de départ de feu.30 Electronic module. The electronic module and the radio transmitter convert the electrical energy produced by the piezoelectric component into a radio signal for warning and giving a fire warning.
3034239 10 Ce signal comporte les coordonnées géographiques ou un numéro d'identification qui permet de localiser instantanément le départ de feu. Le signal est reçu par un système informatique et transmis à un récepteur radio (poste de 5 contrôle). La portée du signal émis peut être de plusieurs centaines de mètres à plusieurs kilomètres, ce qui permet de configurer un réseau de détecteurs quelle que soit la configuration du terrain. On peut envisager des postes relais pour relayer le signal 10 jusqu'à un poste central et accroitre ainsi la zone surveillée. La précision de localisation est de l'ordre du mètre et selon la densité de détecteurs installés dans une zone, le temps de réaction et d'intervention peut être très inférieur aux solutions antérieures.This signal includes geographical coordinates or an identification number which makes it possible to locate the start of fire instantaneously. The signal is received by a computer system and transmitted to a radio receiver (control station). The range of the transmitted signal can be from several hundred meters to several kilometers, which makes it possible to configure a network of detectors whatever the configuration of the terrain. Relay stations can be considered to relay the signal 10 to a central station and thus increase the area monitored. The accuracy of location is of the order of one meter and depending on the density of detectors installed in an area, the reaction time and intervention can be much lower than previous solutions.
15 Ainsi, la présente invention a également pour objet un réseau de détection d'incendies de forêt comprenant une pluralité de dispositifs de détection d'incendies de forêt selon l'invention, dans lequel chaque dispositif est disposéselon un maillage dépendant de la nature du terrain à 20 protéger et des risques d'incendie, la position de chaque dispositif étant enregistrée de manière à permettre la localisation rapide d'un départ d'incendie. Dans le réseau selon l'invention, la distance entre chaque dispositif de détection selon l'invention qui le 25 constitue peut être choisie en fonction de la nature du terrain et des risques d'incendie. Dans une variante avantageuse du dispositif selon l'invention, celui-ci peut en outre comprendre un système d'armement et/ou un dispositif visuel apte à vérifier que le 30 dispositif de détection est opérationnel. On peut utiliser le dispositif selon l'invention avec système d'armement automatique et/ou visuel lors de la fixation du détecteur sur le végétal ou à la surface du sol.Thus, the subject of the present invention is also a forest fire detection network comprising a plurality of forest fire detection devices according to the invention, in which each device is arranged in a mesh depending on the nature of the terrain. to protect and fire risks, the position of each device being recorded so as to allow the rapid location of a fire departure. In the network according to the invention, the distance between each detection device according to the invention that constitutes it can be chosen according to the nature of the terrain and the risk of fire. In an advantageous variant of the device according to the invention, it may further comprise an arming system and / or a visual device capable of verifying that the detection device is operational. The device according to the invention can be used with automatic and / or visual arming system when fixing the detector on the plant or on the surface of the ground.
3034239 11 Dans encore une autre variante avantageuse de l'invention, le dispositif selon l'invention peut en outre comprendre un dispositif de fixation de type vis ou clou pour pouvoir le fixer sur le tronc d'un arbre ou arbuste sans entraver sa 5 croissance. Il peut également être collé directement sur le végétal. Dans encore une autre variante avantageuse de l'invention, le dispositif selon l'invention peut en outre comprendre un pied pour le planter directement dans le sol si la végétation 10 est de petite taille. Dans encore une autre variante, on ajoute un système de suspension permettant au détecteur d'être suspendu à la branche d'un arbre ou arbuste. Le coût d'un dispositif ou d'un réseau de dispositifs 15 selon l'invention est inférieur au coût des solutions antérieures, ce qui permet d'envisager une utilisation de ces systèmes dans des pays moins développés mais ayant de grandes ressources naturelles à protéger. Enfin, la présente invention a encore pour objet un 20 procédé de détection d'incendies de forêt mettant en oeuvre le dispositif de détection selon l'invention ou du réseau selon l'invention comprenant une pluralité de dispositifs de détection, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - l'atteinte d'une température seuil conduit (100) 25 ledit composant AMF à changer de forme et/ou à produire un déplacement ; - ce changement de forme et/ou ce déplacement de l'AMF provoque le changement de forme et/ou le déplacement (200) du composant piézoélectrique ; 30 - ledit composant piézoélectrique solidaire du composant AMF convertit (300) son déplacement et/ou sa déformation en énergie électrique ; et 3034239 12 - l'énergie électrique produite par ledit composant piézoélectrique est convertie (400) par ledit module électronique en signal radioélectrique. D'autres avantages et particularités de la présente 5 invention résulteront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux figures annexées : - la figure 1 représente un diagramme schématique Contrainte-Température typique d'un alliage à mémoire 10 de forme ; - la figure 2 est une illustration de l'effet mémoire de forme dans le cas particulier d'un ressort en alliage à mémoire de forme ; - la figure 3 représente un descriptif de la conversion 15 d'énergie issue de la chaleur des flammes par le dispositif conformément au procédé selon l'invention, conduisant à générer un signal radioélectrique ; - la figure 4 représente une vue en perspective latérale d'un premier exemple de dispositif selon 20 l'invention composé de fils ronds en AMF solidaires d'un composite piézoélectrique ; - la figure 5 représente une vue en perspective latérale d'un deuxième exemple de dispositif selon l'invention composé de rubans en AMF solidaires d'un 25 composite piézoélectrique ; - la figure 6 représente une vue en coupe de chacun des dispositifs selon l'invention illustrés respectivement sur les figures 4 et 5 ; - la figure 7 illustre schématiquement le mode de 30 fonctionnement d'un dispositif selon l'invention. Sur la figure 1, est représenté un diagramme schématique Contrainte-Température typique d'un alliage à mémoire de forme (AMF) permettant de comprendre les propriétés de ces alliages.In yet another advantageous variant of the invention, the device according to the invention may further comprise a fastening device of the screw or nail type in order to fix it on the trunk of a tree or shrub without hindering its growth. . It can also be glued directly on the plant. In yet another advantageous variant of the invention, the device according to the invention may further comprise a foot for planting it directly into the ground if the vegetation 10 is small. In yet another variant, there is added a suspension system allowing the detector to be suspended from the branch of a tree or shrub. The cost of a device or network of devices 15 according to the invention is lower than the cost of previous solutions, which makes it possible to envisage using these systems in less developed countries but having great natural resources to protect. . Finally, the subject of the present invention is also a method for detecting forest fires using the detection device according to the invention or the network according to the invention comprising a plurality of detection devices, said method comprising the steps following: - reaching a threshold temperature leads (100) said AMF component to change shape and / or to produce a displacement; this change of shape and / or this displacement of the AMF causes the change of shape and / or the displacement (200) of the piezoelectric component; Said piezoelectric component integral with the AMF component converts (300) its displacement and / or its deformation into electrical energy; and 3034239 12 - the electrical energy produced by said piezoelectric component is converted (400) by said electronic module into a radio signal. Other advantages and features of the present invention will result from the description which follows, given by way of nonlimiting example and with reference to the appended figures: FIG. 1 represents a schematic diagram of the temperature-stress characteristic of a shape memory alloy; FIG. 2 is an illustration of the shape memory effect in the particular case of a shape memory alloy spring; FIG. 3 represents a description of the energy conversion from heat of the flames by the device according to the method according to the invention, leading to generate a radio signal; FIG. 4 represents a side perspective view of a first example of a device according to the invention composed of round AMF wires integral with a piezoelectric composite; FIG. 5 represents a side perspective view of a second example of a device according to the invention composed of AMF ribbons integral with a piezoelectric composite; - Figure 6 shows a sectional view of each of the devices according to the invention illustrated respectively in Figures 4 and 5; FIG. 7 schematically illustrates the mode of operation of a device according to the invention. FIG. 1 is a schematic diagram of the typical stress-temperature of a shape memory alloy (AMF) for understanding the properties of these alloys.
3034239 13 Les alliages à mémoire de forme (AMF) sont des alliages métalliques présentant des propriétés particulières : l'effet mémoire de forme et la superélasticité principalement. Ces propriétés sont le résultat à l'échelle macroscopique d'un 5 changement de phase microscopique, qu'on nomme transformation martensitique. Sous l'effet d'une contrainte ou d'une augmentation de température ou les deux, la structure atomique de l'alliage est modifiée et se traduit par un changement de forme dans le cas de l'effet mémoire de forme, et d'une très 10 grande déformation élastique réversible dans le cas de la superélasticité. La figure 1 montre que le domaine DT de la transformation martensitique (en gris sur la figure) varie en fonction de la température (abscisse) et de la contrainte (ordonnée). Le 15 domaine DT est situé entre deux lignes obliques, dites températures de transition, qui constituent le début et la fin de la transformation martensitique du matériau. Ces lignes obliques séparent les deux domaines de phase que sont l'austénite à droite et la martensite à gauche. Selon qu'on 20 est en refroidissement ou en chauffage, ces lignes sont différentes : - ainsi, à contrainte nulle, au refroidissement, le début de la transformation directe est nommées Ms (pour « Martensite Start »en anglais) et la fin de la 25 transformation est nommées Mf (pour « Martensite Finish »), - tandis qu'au chauffage, toujours à contrainte nulle le début de la transformation inverse est nommée AS (Austenite Start) et la fin de la transformation est 30 nommée Af (Austenite Finish), - la figure 1 montre que la température As (en chauffage, début de la formation de l'austénite en martensite) est supérieure à la température Mf (en refroidissement, fin de la transformation de l'austénite en martensite), et 3034239 14 que la température Af (en chauffage, fin de la transformation de la martensite en austénite) est supérieure à la température Ms (en refroidissement, début de la transformation de l'austénite en 5 martensite). Lorsqu'un matériau se situe à droite du domaine DT (point A) et qu'il est soumis à une contrainte (point B), la déformation engendrée au sein du matériau est complétement réversible lors du relâchement de la contrainte. C'est l'effet 10 superélastique. Lorsqu'un matériau se situe à gauche du domaine DT (point C) et qu'il est soumis à une contrainte (point E), il reste déformé après le relâchement de la contrainte. Ce même matériau déformé, s'il est chauffé au-delà du domaine DT (point 15 F), va reprendre sa forme initiale. C'est l'effet mémoire de forme. Dans le cadre de la présente invention, le composant AMF du dispositif de détection selon l'invention utilise l'effet mémoire de forme.3034239 13 Shape-memory alloys (AMF) are metal alloys with special properties: shape memory effect and superelasticity mainly. These properties are the macroscopic result of a microscopic phase change, called martensitic transformation. Under the effect of a stress or an increase in temperature or both, the atomic structure of the alloy is modified and results in a shape change in the case of shape memory effect, and a very large reversible elastic deformation in the case of superelasticity. Figure 1 shows that the DT domain of the martensitic transformation (in gray in the figure) varies as a function of the temperature (abscissa) and the constraint (ordinate). The DT domain is located between two oblique lines, called transition temperatures, which constitute the beginning and the end of the martensitic transformation of the material. These oblique lines separate the two phase domains, austenite on the right and martensite on the left. Depending on whether one is cooling or heating, these lines are different: - thus, at zero stress, at cooling, the beginning of the direct transformation is called Ms (for "Martensite Start" in English) and the end of the The transformation is named Mf (for "Martensite Finish"), while at heating, still at zero stress the beginning of the inverse transformation is named AS (Austenite Start) and the end of the transformation is named Af (Austenite Finish). 1 shows that the temperature As (in heating, the beginning of the formation of austenite in martensite) is higher than the temperature Mf (in cooling, end of the transformation of the austenite in martensite), and 3034239 14 that the temperature Af (in heating, end of the transformation of martensite to austenite) is higher than the temperature Ms (in cooling, beginning of the transformation of austenite to martensite). When a material lies to the right of the DT domain (point A) and is stressed (point B), the deformation generated within the material is completely reversible when the stress is released. This is the superelastic effect. When a material is to the left of the DT domain (point C) and is stressed (point E), it remains deformed after the release of the stress. This same deformed material, if it is heated beyond the DT domain (point 15 F), will return to its original shape. This is the shape memory effect. In the context of the present invention, the AMF component of the detection device according to the invention uses the shape memory effect.
20 La figure 2 représente une illustration de l'effet mémoire de forme : un ressort en alliage à mémoire de forme initialement de longueur LO est soumis à une masse M1. Il se déforme sous l'effet de la force exercée par cette masse à température ambiante jusqu'à une position L1. Si la 25 température augmente, le composant reprend sa forme initiale LO. Dans le cas de l'invention, ce changement de forme n'est pas réversible automatiquement. La figure 3 représente un descriptif de la conversion d'énergie issue de la chaleur des flammes par le dispositif 30 conformément au procédé selon l'invention : - étape 100 : un feu se déclenche dans une zone donnée et l'atteinte d'une température seuil conduit le 15 3034239 composant à mémoire de forme à changer de forme et/ou à produire un déplacement ; - étape 200 : ce changement de forme et/ou ce déplacement du 5 composant à mémoire de forme induit le changement de forme et/ou le déplacement du composant piézoélectrique ; étape 300 : ce composant piézoélectrique solidaire du composant 10 à mémoire de forme convertit son déplacement et/ou sa déformation en énergie électrique ; et étape 300 l'énergie électrique produite par ledit composant piézoélectrique est convertie par le module 15 électronique en signal radioélectrique. Sur les figures 4 et 6 (haut de la figure 6), est représenté un exemple de dispositif (ou détecteur) selon l'invention comprenant des fils ronds 2 en AMF solidaires d'un composite piézoélectrique 1. Ce composite 1 comprend des 20 cellules piézoélectriques 31 reliées entre elles par des conducteurs électriques (non représentés sur les figures). Les cellules piézoélectriques 31 sont assemblées et fixées entre deux couches de polymères 32. La figure 5 et la figure 6 (bas de la figure 6) illustrent 25 également un exemple de dispositif (ou détecteur) selon l'invention, qui se différencie de celui de la figure 4, en ce que le composant AMF se présente sous forme de bandes plates 3. La figure 7 illustre le fonctionnement d'un détecteur 30 selon l'invention. Les composants AMF sont préalablement conditionnés (armés) à température ambiante normale avant d'être placés sur le composite piézoélectrique, c'est-à-dire que les fils ronds ou les rubans sont étirés avant d'être fixés sur le composite piézoélectriques. Lors d'un départ de 3034239 16 feu et donc d'une augmentation sensible de température, les fils AMF reprennent leur forme initiale [a priori LO] et de ce fait modifient la forme du composite piézoélectrique. Ce changement de forme provoque la génération d'un courant 5 électrique. Cette énergie électrique va être exploitée par le module électronique (émetteur) pour émettre un signal radioélectrique. L'exemple suivant illustre l'invention sans toutefois en limiter la portée.FIG. 2 illustrates an illustration of the shape memory effect: a shape memory alloy spring initially of length LO is subjected to a mass M1. It is deformed under the effect of the force exerted by this mass at room temperature to a position L1. If the temperature increases, the component returns to its original form LO. In the case of the invention, this change of shape is not reversible automatically. FIG. 3 represents a description of the energy conversion resulting from the heat of the flames by the device 30 according to the method according to the invention: step 100: a fire is triggered in a given zone and the reaching of a temperature threshold causes the shape memory component to change shape and / or to produce a displacement; step 200: this change of shape and / or displacement of the shape memory component induces the shape change and / or the displacement of the piezoelectric component; step 300: this piezoelectric component integral with the shape memory component 10 converts its displacement and / or its deformation into electrical energy; and step 300 the electrical energy produced by said piezoelectric component is converted by the electronic module into a radio signal. FIGS. 4 and 6 (top of FIG. 6) show an example of a device (or detector) according to the invention comprising AMF round wires 2 integral with a piezoelectric composite 1. This composite 1 comprises cells piezoelectric 31 interconnected by electrical conductors (not shown in the figures). The piezoelectric cells 31 are assembled and fixed between two polymer layers 32. FIG. 5 and FIG. 6 (bottom of FIG. 6) also illustrate an example of a device (or detector) according to the invention, which is different from that of FIG. 4, in that the AMF component is in the form of flat strips 3. FIG. 7 illustrates the operation of a detector 30 according to the invention. The AMF components are preconditioned (armed) at normal room temperature before being placed on the piezoelectric composite, i.e. the round wires or ribbons are stretched before being attached to the piezoelectric composite. During a fire departure and therefore a significant increase in temperature, the AMF son return to their original shape [a priori LO] and thus change the shape of the piezoelectric composite. This change of shape causes the generation of an electric current. This electrical energy will be exploited by the electronic module (transmitter) to emit a radio signal. The following example illustrates the invention without limiting its scope.
10 EXEMPLE 1 Un exemple de dispositif selon l'invention est constitué d'un boîtier étanche en polymère biodégradable, comprenant 15 l'intérieur un composite piézoélectrique sur lequel est collé des bandes (rubans) en Nickel-Titane (NiTi).Ces bandes en NiTi sont préalablement conditionnées (étirées). Dans le boîtier, le composite piézoélectrique muni de ses bandes NiTi est relié électriquement à un module électronique 20 convertissant le signal de l'élément piézoélectrique en signal radioélectrique. Le boîtier du dispositif comprend un trou pré-percé par lequel on insère une vis qui va servir à fixer le dispositif sur le tronc d'un arbre. Le dispositif de fixation, 25 l'insertion de la vis, enregistre automatiquement les coordonnées GPS du lieu de fixation en même temps que le numéro d'identification. Ces données sont ensuite transmises au logiciel dédié, qui enregistre tous les numéros d'identification des boîtiers couplés à leurs coordonnées GPS.EXAMPLE 1 An example of a device according to the invention consists of a biodegradable polymer impervious casing, comprising a piezoelectric composite internally on which nickel-titanium (NiTi) strips (ribbons) are bonded. NiTi are previously conditioned (stretched). In the housing, the piezoelectric composite provided with its NiTi strips is electrically connected to an electronic module 20 converting the signal of the piezoelectric element into a radio signal. The housing of the device comprises a pre-drilled hole by which is inserted a screw which will serve to fix the device on the trunk of a tree. The fastener, inserting the screw, automatically records the GPS coordinates of the fixture together with the identification number. This data is then transmitted to the dedicated software, which records all the identification numbers of the boxes coupled to their GPS coordinates.
30 Dans le cas d'un incendie, l'augmentation de la température au sein du boîtier entraine la reprise de forme des rubans en NiTi. Les bandes retrouvent leur forme initiale plus courte. Ce faisant, l'élément piézoélectrique va générer 3034239 17 du fait de sa déformation, un signal électrique transmis au module électronique. Le signal émis avant la destruction du boîtier par les flammes contient des informations telles que le numéro 5 d'identification du boîtier. Ce numéro d'identification unique permet à la station réceptrice située à une distance par exemple de 5 kilomètres d'identifier instantanément le dispositif qui s'est déclenché et de transposer le numéro d'identification en coordonnées GPS, visualisable sur un écran 10 d'ordinateur. Le logiciel dédié peut aussi prévenir automatiquement les secours.In the event of a fire, the increase in temperature within the housing causes the reshaping of the NiTi ribbons. The bands find their initial form shorter. In doing so, the piezoelectric element will generate 3034239 due to its deformation, an electrical signal transmitted to the electronic module. The signal transmitted before the destruction of the housing by the flames contains information such as the identification number of the housing. This unique identification number allows the receiving station located at a distance of eg 5 kilometers to instantly identify the device that has tripped and to transpose the identification number into GPS coordinates, viewable on a screen 10. computer. The dedicated software can also automatically prevent backups.
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