FR3052867A1 - Dispositif de detection d'un taux alcoolemie - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif (3) de détection d'un taux alcoolémie, comportant : - une bande flexible (1) destinée à être mise en présence avec une atmosphère à tester (4), notamment chargée ou non d'éthanol, et plus particulièrement de l'haleine expirée d'une personne, la bande flexible (1) comprenant o un substrat flexible (5), et ○ une couche poreuse hydrophobe (7) disposée sur le substrat flexible (5) et présentant une surface de pores accessibles de la couche poreuse (7) disposée sur le substrat flexible (5) supérieure à 140cm2/cm2, ○ le substrat flexible (5) étant précontraint de sorte qu'en absence d'éthanol, la bande flexible (1) présente une courbure initiale et en présence d'éthanol, la bande flexible (1) présente une courbure plus faible, un détecteur (21) de variation de la courbure de la bande flexible (1), et - une unité (23) de traitement et de calcul configurée pour déduire de la variation mesurée de la courbure de la bande flexible (1) un paramètre correspondant à un taux d'alcoolémie.
Description
Dispositif de détection d'un taux alcoolémie
La présente invention concerne un dispositif de détection d'un taux alcoolémie.
La consommation d’alcool par des automobilistes est un facteur important et recormu d’augmentation des accidents de la route, en particulier des accidents graves avec des issues mortels. C’est pourquoi la consommation d’alcool est interdite par certains états ou pour le moins strictement limitée.
Pour contrôler le taux d’alcoolémie d’un usager de la route, on coimaît de nombreux dispositifs de mesure et de contrôle, en particulier des éthylotests. Ces dispositifs mesurent le taux d’éthanol contenu dans l’haleine expirée par une persorme, ce qui permet de déterminer dans une certaine plage son taux d’alcoolémie.
Parmi ces éthylotests, on distingue en particulier des éthylotests chimiques et les éthylotests électroniques.
Pour les éthylotests chimiques, ceux-ci fonctionnent selon le principe d’oxydoréduction qui s’effectue entre le dichromate de potassium, l’acide sulfurique et léthanol. Il s’agit donc d’une apphcation concrète de la chimie organique. En effet, on observe une coloration du coton en vert/bleu à la fin de la réaction. Ainsi, l'éthanol et le dichromate de potassium ont réagi ensemble : le test est positif. Ces tests sont peu onéreux en tant que tels mais à usage unique. Ainsi, par exemple pour une brigade de la pohce chargé de contrôler le taux d’alcoolémie des automobilistes, le coût n’est pas néghgeable si un grand nombre de persormes sont contrôlés. De plus, ces tests n’ont qu’une durée limitée d’utilisation et une fois utilisés, on doit les jeter, ce qui pose aussi un problème pour l’envirormement, en particulier du fait de la toxicité du réactif. De plus, ces tests dorment plutôt une indication du taux d’alcoolémie et ont une faible précision de mesure.
Les éthylotests électroniques permettent de résoudre un certain nombre de ces inconvénients. L’éthylotest électronique analyse l'air alvéolaire expiré grâce à un détecteur semi-conducteur réalisé sous forme d’un capteur électrochimique sensible à l’éthanol. Dans le cas de l’éthylotest électronique, un courant se crée lorsque la présence de molécules d’alcool dans l’haleine est relativement importante. Aussi, l'intensité du courant est liée à la quantité d'alcool dans l'air expiré. Le semi-conducteur permet alors le passage du courant généré jusqu'à un microprocesseur qui l'évalue et le convertit en une mesure bsible sur un afficheur.
Les éthylotests électroniques sont fiables et précis. Ils peuvent être utilisés de façon répétée avec différents usagers de la route, seul une petite pièce plastique buccale destinée à être en contact avec la bouche de l’usager est jetable et à usage unique.
Cependant, ces éthylotests électroniques sont très complexes et onéreux pour atteindre la précision requise. De plus, leur temps de réponse est assez faible.
La présente invention a pour objet de proposer une alternative réutilisable et moins onéreuse aux éthylotests électroniques à semi-conducteur et qui présente une borme fiabilité de mesure. A cet effet, la présente invention propose un dispositif de détection d'un taux alcoolémie, comportant : - une bande flexible destinée à être mise en présence avec une atmosphère à tester, notamment chargée ou non d’éthanol, et plus particulièrement de l’haleiae expirée d’une persorme, la bande flexible comprenant O un substrat flexible, et O une couche poreuse hydrophobe disposée sur le substrat flexible et présentant une surface de pores accessibles de la couche poreuse disposée sur le substrat flexible supérieure à 140cmVcm^ O le substrat flexible étant précontraiat de sorte qu’en absence d’éthanol, la bande flexible présente une courbure initiale et en présence d’éthanol, la bande flexible présente une courbure plus faible, - un détecteur de variation de la courbure de la bande flexible, et - une unité de traitement et de calcul configurée pour déduire de la variation mesurée de la courbure de la bande flexible un paramètre correspondant à un taux d’alcoolémie.
Grâce à l’iavention, on augmente la densité de molécules adsorbées, donc on détecte des valeurs d’alcoolémie plus faibles.
Le dispositif selon l’invention peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises seules ou en combiaaison :
Selon un aspect, la couche poreuse présente une épaisseur comprise entre 250nm et 5pm.
Selon un autre aspect les pores ont un diamètre moyen inférieur à 2,3nm.
Selon encore un autre aspect, le volume poreux de la couche poreuse disposée sur le substrat flexible est supérieur à 33%.
La couche poreuse est par exemple composée de silice rendu hydrophobe par la fonctiormahsation des parois des pores dans la matrice de sihce par des groupements méthyl.
Le substrat flexible est notamment précontraint du fait d’un traitement par calcination.
Le substrat flexible peut être réalisé en polyimide, en métal ou en céramique.
Selon encore un autre aspect, le substrat flexible présente une constante d’élasticité k<0,5Nm \
La bande flexible présente notamment une épaisseur comprise entre 0,02mm et 0,07mm, notamment entre 0,025mm et 0,05mm.
En absence d’éthanol, la bande flexible présente par exemple un rayon de courbure initial compris entre 1cm et 10cm.
Le dispositif peut en outre comprendre une enceinte de mesure avec une entrée destinée à recevoir un flux d’atmosphère à tester, la bande flexible étant fixée contre une paroi de l’enceinte.
Le détecteur de variation de la courbure de la bande flexible comprend par exemple un appareil de prise de vue.
Selon encore un mode de réabsation possible, la bande flexible porte à une extrémité libre un réflecteur optique et le détecteur de variation de la courbure de la bande flexible comprend d’une part un émetteur laser émettant un faisceau laser en direction du réflecteur optique, et d’autre part un détecteur optique pour détecter la position du faisceau laser réfléchi par le réflecteur optique, la position du faisceau laser réfléchi étant proportiormeUe à la courbure de la bande flexible.
Selon un autre mode de réabsation possible, le détecteur de variation de la courbure de la bande flexible comprend un détecteur capacitif de la distance entre une extrémité libre de la bande flexible et un point de référence, la distance entre l’extrémité libre de la bande flexible et le porat de référence étant proportiormelle à la courbure de la bande flexible.
Selon encore un autre mode de réalisation possible, le détecteur de variation de la courbure de la bande flexible comprend un guide d’onde placé en regard d’une extrémité libre de la bande flexible, la distance entre l’extrémité libre et le guide d’onde modifiant l’intensité lumineuse transmise par le guide d’onde, l’intensité lumineuse transmise par le guide d’onde étant proportiormelle à la courbure de la bande flexible. L’invention concerne également une bande flexible pour dispositif tel que décrit ci-dessus, comprenant - un substrat flexible est réabsé en polyimide, - une couche poreuse hydrophobe de silice disposée sur le substrat flexible présentant une surface de pores accessibles de la couche poreuse disposée sur le substrat flexible supérieure à 140cmVcm^ le substrat flexible étant précontrarat par calcination de sorte qu’en absence d’éthanol, la bande flexible présente une courbure initiale et en présence d’éthanol, la bande flexible présente une courbure plus faible. D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description de Travention, arasi que des figures suivantes sur lesquelles : la figure 1 montre une vue schématique en coupe d’une bande flexible en absence d’éthanol dans l’atmosphère à tester. la figure 2 montre une vue schématique en coupe de la bande flexible en présence d’éthanol dans l’atmosphère à tester, la figure 3 montre un schéma simplifié d’un dispositif de détection d'im taux alcoolémie selon un premier mode de réahsation, la figure 4 montre un schéma simplifié d’un dispositif de détection d'im taux alcoolémie selon im deuxième mode de réahsation, la figure 5 montre un schéma simplifié d’un dispositif de détection d'im taux alcoolémie selon un troisième mode de réahsation, la figure 6 montre un schéma simplifié d’un dispositif de détection d'un taux alcoolémie selon un quatrième mode de réalisation, et la figure 7 montre un schéma simphfié d’un détail du dispositif de détection d'un taux alcoolémie de la figure 6.
Sur toutes les figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence.
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réahsation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réahsation. De simples caractéristiques de différents modes de réahsation peuvent également être combinées et / ou interchangées pour fournir d'autres réahsations.
Les figures 1 et 2 montrent de façon schématique en coupe transversale une vue de côté une bande flexible 1 qui est l’élément sensible de détection d’un dispositif de détection 3 d'un taux alcoolémie qui sera détaülé plus en détaü sur les figures 3 à 7 avec plusieurs modes de réabsation.
Sur la figure 1, la bande flexible 1 est soumise à une atmosphère à tester 4 sans éthanol (représenté par un nuage 4 clair) tandis que sur la figure 2, la bande flexible 1 est soumise à une atmosphère à tester 4 contenant de l’éthanol (représenté par un nuage 4 contenant des points). Comme on va le voir plus loin, le rayon de courbure de bande flexible 1 est plus faible en absence d’éthanol dans l’atmosphère à tester (figure 1), qu’en présence d’éthanol (figure 2) due à un processus de relaxation de surface. Cette variation du rayon de courbure ou d’un paramètre équivalent permettant de mesurer quantitativement l’impact du phénomène de relaxation sera utüisée par la suite pour déterminer un taux d’alcoolémie par l’intermédiabe du dispositif de détection 3.
La bande flexible 1 est donc destinée à être mise en présence d’une atmosphère à tester 4, notamment chargée ou non d’éthanol, et plus particubèrement de l’haletne expirée d’une personne, c’est-à-dbe l’air alvéolabe.
En effet, après la consommation d’alcool, celui-ci passe dans le sang et se répand dans tout le corps et on peut détecter sa présence et mesurer le taux d’alcoolémie par la mesure de l’éthanol contenu dans l’ab alvéolaire expiré par un personne.
La bande flexible 1 comprend au moins deux couches, un substrat flexible 5 et une couche poreuse hydrophobe 7 disposée sur le substrat flexible 5.
La couche poreuse hydrophobe peut, selon une variante, être plus spécifiquement une couche mésoporeuse hydrophobe
La surface de pores accessibles de la couche poreuse 7 disposée sur le substrat flexible est supérieure à 140cmVcm^
La surface de pores accessibles de la couche poreuse est déterminée de la façon suivante :
Calcul de S accessible de pore totale en cm2/cm2 (à ramener à une unité de surface de s = 1 cm^) :
S = 4*V*e*s/D Où - V est le volume poreux, par exemple 33%, - e est l’épaisseur de la couche poreuse hydrophobe 7, par exemple 250nm, - D est le diamètre moyen des pores, par exemple 2,3 nm, - s surface unitaire de Icm^
Les pores possèdent notamment un diamètre moyen inférieur à 2,3nm. D’autres exemples de paramètres pour obtenir une surface de pores accessibles de la couche poreuse 7 disposée sur le substrat flexible supérieure à 140cmVcm^ sont les suivants :
Pour V= 33% ; D < 2,3 nm si e = 250 nm Pour V = 33% ; D < 45 nm si e = 5000 nm
Pour D = 2,3 nm ; V > 33% si e = 250 rnn Pour D = 2,3 rnn ; V > 2% si e = 5000 mn Pour D = 5 mn ; V > 70% si e = 250 nm Pour D = 5 nm ; V > 3,5% si e = 5000 nm Pour D = 2,3 nm ; e > 250 nm si V = 33 %
Pour D = 2 nm ; V > 28 % si e = 250 nm Pour D = 2 nm ; e > 212 nm si V > 3 3%
Pour D = 1,5 nm ;V>21%sie = 250 nm Pour D = 1,5 nm ; e > 160 nm siV>33%
Pour V = 33% ; e > 250nm si D = 2,3 nm Pour V = 33% ; D < 2,3 nm si e = 250nm Pour V = 40% ; e > 200 nm si D = 2,3 nm Pour V = 40% ; D < 2,9 mn si e = 2 50nm Pour V = 60% ; e > 135 nm siD = 2,3 nm Pour V = 60% ; D < 4,3 mn si e = 250nm
Ces exemples sont calculés en négligeant les effets d’interconnexion.
On peut déterminer le diamètre moyen des pores par une méthode connue de volumétrie qui est par exemple décrite en détaü dans l’article « Porosity and mecanical properties of mesoporous thin films assessed by environmental eUipsometric porosimetry » Cedric Boissière et al, paru dans American Chemical Society, 2005. Langmuir : the ACS journal of surfaces and coUoids 2005, 21, 12362-71
Le substrat flexible 5 est précontraint de sorte qu’en absence d’éthanol, la bande flexible 1 présente une courbure initiale (figure 1) et en présence d’éthanol, la bande flexible 1 présente une courbure plus faible (figure 2).
Le substrat flexible 5 est par exemple est réalisé en polylmide cormnerciabsé par exemple sous la marque emegistrée « Kapton ». Selon des variantes, le substrat flexible 5 est réabsé en métal ou en céramique.
On veüle à ce que le substrat flexible est réabsé en un matériau présentant une constante d’élasticité k<0,5Nm\ Une telle constante d’élasticité assure que la variation du rayon de courbure de la bande flexible 1 peut facilement être détectable.
avec : -E = module d’Young, -w = la largeur du substrat 5, -1 = l’épaisseur du substrat 5, -1 = la longueur du substrat 5,
Ce qui permet de déterminer la contrainte du support :
avec : - Vg = coefficient de Poisson, - R = rayon de courbure. L’épaisseur de la bande flexible 1 est comprise entre 0,02mm et 0,07mm, notamment entre 0,025mm et 0,05mm.
La couche poreuse 7 présente une épaisseur comprise entre 250nm et 5pm.
Le volume poreux de la couche poreuse 7 disposée sur le substrat flexible est supérieur à 33%. Il s’agit de la fraction volumique du pore dans le volume de la couche poreuse.
Le substrat flexible 5 est par exemple précontraint du fait d’un traitement par calcination.
En absence d’éthanol, la bande flexible 1 présente un rayon de courbure initial compris entre 1cm et 10cm.
Selon un exemple de réalisation la couche poreuse 7 est formée d’un film microporeux de süice rendu hydrophobe par la fonctiormalisation des parois des pores dans la matrice de süice par des groupements méthyl.
La bande flexible 1 peut être préparée par un procédé sol-gel. La couche poreuse 7 sol-gel est formé à la base d’oxyde métallique hydrophüe, principalement de la süice rendu hydrophobe par la suite. Cette couche poreuse 7 n’est déposée que sur une seule face du substrat flexible 5.
La nature du substrat flexible 5, ainsi que les épaisseurs du substrat flexible 5 et de la couche poreuse sol-gel 7, sont sélectionnées afin que les tensions latérales générées lors du traitement de stabüisation de la couche poreuse sol-gel 7 induise une courbure signüicative (typiquement rayon de courbure de 1 à 10 cm) et réversible de la bande flexible 1.
Ce traitement de stabüisation a pour objectif la consolidation du réseau inorganique par condensation entre unités oxo-métalliques et la libération de la porosité naturelle ou artificielle par élimination des composés volatiles, produits de la condensation, et/ou par élimination des porogénes organiques ajoutés.
Ce traitement de stabilisation est généralement obtenu par élévation de la température, c’est-à-dire une calcination, par exemple à une température comprise entre 200 C et 600 C.
Ce traitement de stabilisation peut également être obtenu par un traitement chimique en phase vapeur (NH^H^O) suivit d’une lixiviation des composés porogénes.
Le substrat flexible 5 doit bien entendu résister aux conditions du traitement et présenter une chimie de surface permettant la formation de liaisons chimiques fortes avec la couche.
Comme déjà indiqué ci-dessus, le substrat flexible 5 peut être une lame métalhque très fine (par exemple en Si, acier, Ti, ...) oxydée ou non en surface, ou par exemple une lamelle de polylmide d’environ 0.050 mm d’épaisseur, qui est assez élastique et résistante à des températures allant jusqu’à 400 C.
Pour des raisons de coût et de facilité de fabrication l’utüisation d’une lamelle de polyimide comme substrat flexible 5 est préférée et la température de calcination inférieure à 400 C est suffisante pour créer les tensions latérales et libérer la porosité des films mésoporeux sol-gel 7.
Les films mésoporeux sol-gel 7 à base de sihce sont préférés car üs restent amorphes à haute température ce qui permet de créer des tensions latérales assez fortes au sein du réseau poreux.
Toutefois d’autres oxydes ou combinaisons d’oxydes, amorphes ou nano cristallins, pourront être envisagés.
La mésoporosité peut être créée et contrôlée par la méthode de d’auto-assemblage de miceUes porogénes induit par évaporation (EISA), bien cormue de l’homme de métier. Différents agents structurants et protocoles peuvent être utihsés, comme indiqué dans les exemples ci-dessous.
La porosité micropororosité / mésoporosité de la couche 7 peut être ajustée en modulant les conditions d’hydrolyse / condensation, l’ajout d’un composé porogène (polymère, miceUes de molécules tensioactives) les concentrations en chaque compose, et les conditions de dépôt. Ces approches sont décrites par exemple dans l’article « Design, Synthesis, cmd Properties of Inorgcinic cmd Hybrid Thin Films Having PeriodicciUy Orgcinized Ncmoporosity. Clément Sanchez,* Cédric Boissière, David Grosso, Christel Laberty, and Lionel Nicole Chem. Mater. 2008, 20, 682-737.
Selon im premier exemple des films microporeux de sibce ont été préparés à partir d’une solution composée de TEOS (tetraethoxysüane)/HCl/H20/EtOH avec des ratios molaires de 1:0,15:4,4:38 respectivement. La taille moyenne des pores est inférieure à 2 nm.
Selon un autre exemple, des füms mésoporeux de süice sont obtenus soit à partir de DecylTriméthylAmmonium Bromide (DTAB). Il a été obtenu à partir de d’ime solution composée de TE0S/DTAB/HCl/H20/Et0H avec des ratios molaires de 1:0,14:0,15:5:23 respectivement.
Le TEOS (tetraethoxysüane) est tout d’abord dissout dans le mélange composé de l’éthanol, l’acide chlorhydrique à 2M et l’eau avant addition de l’agent structurant. Les solutions sont ensuite mises sous agitation au moins 24 h à température ambiante avant d’être utüisées.
Ensuite pour rendre la couche poreuse 7 hydrophobe, on fonctionnahse des parois des pores dans la matrice de süice par des groupements méthyl ou des groupements hydrophobes. Cette fonctiormahsation peut être obtenue par co condensation ou par post greffage.
Les films mésoporeux hydrophobes de sihce sont synthétisés à l’aide de DecylTriméthylAmmonium Bromide (CTAB). Ils ont été obtenus à partir d’une solution composée de TEOS/MTEOS(methyltriethoxysüane)/DTAB/HCl/H20/EtOH avec des ratios molaires de 0,5:0,5:0,14 :0,15:5:23 respectivement.
Ee TEOS et le MTEOS (methyltriethoxysilane) sont tout d’abord dissous dans le mélange composé de l’éthanol, l’acide chlorhydrique à 2M et l’eau avant addition de l’agent structurant. Ees solutions sont ensuite mises sous agitation pendant 24 h à température ambiante avant d’étre utilisées.
Ees solutions typiques précédentes à base de TEOS et/ou de MTEOS peuvent être combinées en toutes proportions avec des précurseurs (métal organique, organométaUique, sels) d’autres oxydes métalliques (Ti, Al, Zr, Zn, Ca, Mg, Ee, ...). Ea présence de ces derniers permettra d’ajuster les tensions (en fonction de leur concentration et des traitements apphqués) et de moduler les affinités chimiques à Tinterface des pores.
Puis pour obtenir la couche poreuse 7, un füm sol-gel d’une des solutions précédemment décrites est déposé sur un substrat flexible 5 par exemple en polyimide par dépôt par voie liquide (revêtement par centrifugation ou « spin coating » en anglais, par pulvérisation, par impression à la façon jet d’encre, trempage ou « dip coating » en anglais) sur une seule face du substrat.
Dans le cas du trempage, préféré pour l’homogénéité d’épaisseur, la seconde face du substrat flexible 5 déposée est éliminée avant séchage et consolidation. Ea vitesse de retrait permet de contrôler l’épaisseur de la couche poreuse 7 et est généralement comprise entre 0.5 et 10 mm.s-1. Cette dernière peut délibérément être programmée afin d’obtenir des gradients d’épaisseur. L’épaisseur de la couche poreuse 7 reste inférieure à 5 pm afin d’éviter sa fissuration.
Selon un exemple, une couche poreuse 7 de quelques centaines de rnn peut être combinée avec une lameUe de polyimide de 0.05 mm d’épaisseur.
Après dépôt, une face du substrat de polyimide est déhcatement nettoyée avec un papier imbibé d’éthanol afin de laisser un film de süice présent uniquement sur une face. Le substrat est ensuite découpé en bandelettes par exemple de 60 mm de long et 6 mm de large. Bien entendu, de plus petites portions de bandes flexibles peuvent être découpées.
La bande flexible 1 avec le substrat flexible 5 et la couche poreuse 7 est ensuite calcinée à une température de 3SOT pendant 10 min. Le polyimide (poly 4,4'-oxydiphenylene pyromeUitimide) est stable chimiquement et thermiquement sur une plage de température allant de -269 °C à 400 °C. Le traitement thermique à 350 C permet la calcination des agents structurants organiques, la hhération de la porosité et la condensation du réseau de süice sans altérer les propriétés du substrat organique.
Dans le cas des films obtenus par co condensation de TEOS et MTEOS, afin de s’assurer une boime hydrophobie, une post-méthylation est réahsée en plongeant durant 72h les films dans un mélange de hexamethyldisüazane dissout a 20Vol96 dans du toluène anhydre. Puis les füms sont à nouveau traités thermiquement à 3 5O C pendant 10 min.
On se tourne maintenant vers la figure 3.
Cette figure montre un schéma simplifié d’un premier exemple d’un dispositif de détection d’un taux d’alcoolémie 3.
Ce dispositif 3 comprend en outre une enceinte de mesure 11 avec une entrée 13 destinée à recevoir un flux d’atmosphère à tester, notamment un flux alvéolaire.
Cette enceinte de mesure 11 peut par exemple être réahsée en matière plastique et ses dimensions sont par exemple choisis de manière à contenir im volume un peu plus faible que le volume moyen expiré par une personne, de sorte lors d’un contrôle d’alcoolémie, la personne souffle dans l’enceinte 11 et l’air contenu dans l’enceinte 11 est complètement remplacé par l’air alvéolaire de la personne expirant.
Pour des raisons d’hygiène, on prévoit pour l’entrée une pièce buccale à usage unique (non représentée) qui se fixe par exemple par chpsage sur l’entrée 13 de l’enceinte 11.
La paroi de fond 15 de l’enceinte 11 comprend ime sortie de l’air alvéolaire 16.
Dans le cas présent, une paroi latérale d’ohservation 17 ou toutes les parois de l’enceinte de mesure sont réahsées en matière transparente, par exemple en polycarhonate ou en poly(méthacrylate de méthyle) pour permettre l’ohservation de la hande flexihle 1.
Comme on le voit sur la figure 3, la hande flexihle 1 est fixée contre une paroi de l’enceinte de mesure 11, ici la paroi de fond 15.
Le dispositif de détection d’un taux d’alcoolémie 3 comprend de plus un détecteur 21 de variation de la courhure de la hande flexihle, et une unité 23 de traitement et de calcul configurée pour déduire de la variation mesurée de la courhure de la hande flexihle 1 un paramètre correspondant à un taux d’alcoolémie. L’unité 23 de traitement et de calcul est par exemple rehée aussi à un afficheur 25 permettant d’afficher le taux d’alcoolémie mesuré.
Dans le présent exemple, le détecteur 21 de variation de la courbure de la bande flexible comprend un appareil de prise de vue 27, par exemple un appareil vidéo / photo à caméra CCD qui transmet des images à runité 23 de traitement et de calcul.
Au fur et à mesure que l’air à l’intérieur de l’enceinte 11 est remplacé par l’air alvéolaire de la personne dont on présume qu’eUe a consommé de l’alcool, l’éthanol contenu dans l’air alvéolaire est adsorbé par la couche poreuse 7 précontrainte. Cette absorption de l’éthanol engendre une modification réversible de l’énergie de surface de la couche poreuse 7 et une relaxation des contrahites qui est proportionnelle à la quantité de l’éthanol absorbée. Cette relaxation des contraintes conduit à augmenter le rayon de courbure de la bande flexible 1. La mesure directe ou iudirecte de la variation du rayon de courbure permet de déduire, par exemple par calcul ou un étalonnage le taux d’alcoolémie de la personne.
Par mesure iudirecte, on comprend par exemple que la bande flexible 1 est maintenue fixe et on mesure par exemple le déplacement d’une extrémité par rapport à un point de référence. En effet, le rapprochement et l’éloignement d’une extrémité libre d’un point de référence permet aussi de déduire une variation de courbure et donc aussi de mesurer le taux d’alcoolémie. Ceci est possible car dans le cas de l’haletue, on est saturé en humidité et il n’est pas nécessaire de mesurer le taux d’humidité.
En plus d’étre réversible et permettant une utibsation répétée, le temps de réponse du dispositif, en particulier inférieur à quelques secondes.
Ea figure 4 montre un deuxième mode de réalisation selon lequel la bande flexible 1 porte à une extrémité libre un réflecteur optique 30 et le détecteur 21 de variation de la courbure de la bande flexible 1 comprend d’une part un émetteur laser 32 émettant un faisceau laser 34 en dbection du réflecteur optique 30, et d’autre part un détecteur optique 36 pour détecter la position du faisceau laser réfléchi 38 par le réflecteur optique 30. Sur la figure 4, on a représenté deux faisceaux laser réfléchis 38 dont l’un pour une bande flexible 1 plus courbée et l’autre pour une bande flexible 1 motus courbée. Ea position du faisceau laser réfléchi sur le détecteur optique 36 est proportionnelle à la courbure de la bande flexible 1 et permet donc de mesurer le taux d’alcoolémie.
La figure 5 montre un troisième mode de réabsation selon lequel le détecteur 21 de variation de la courbure de la bande flexible comprend un détecteur capacitif 40 de la distance entre une extrémité bbre 42 de la bande flexible 1 et un point de référence matériabsé par le détecteur capacitif 40 lui-méme.
La distance entre l’extrémité bbre 42 de la bande flexible 1 et le point de référence, donc le détecteur capacitif 40, est proportiormebe à la courbure de la bande flexible 1 et permet donc de mesurer le taux d’alcoolémie.
Les figures 6 et 7 montrent un quatrième mode de réabsation selon lequel le détecteur 23 de variation de la courbure de la bande flexible comprend un guide d’onde 50 placé en regard d’une extrémité bbre 42 de la bande flexible (voir figure 7).
La figure 7 montre de façon stmpbfiée et schématique le guide d’onde 50 optique en sibcium déposé par exemple sur une couche d’oxyde enterrée 52 porté par un substrat de süicium 54. Dans le guide d’onde en süicium 50 sont gravés un réseau d’entrée de lumière 56, un réseau 58 disposé en dessous de l’extrémité bbre de la bande flexible 1 qui porte par exemple sur la face tournée vers le guide d’onde 50 une couche de süicium 62, et un réseau 60 de sortie.
Par l’intermédiabe par exemple d’une diode laser IR, de la lumière est couplée dans le guide d’onde 50 en süicium via le réseau d’entrée 56. Puis, en fonction de la courbure de la bande flexible 1, l’extrémité bbre 42 est plus éloignée du guide d’onde 50 en absence d’éthanol dans l’atmosphère à tester et plus rapprochée en présence d’éthanol. Cette variation de la distance D entre le réseau 58 disposé sous l’extrémité libre 42 aura un effet sur le couplage du mode optique se propageant dans le guide d’onde 50 et la puissance lumineuse transmise.
Ainsi, la distance D entre l’extrémité libre 42 et le guide d’onde 50 modifie l’intensité lumineuse transmise par le guide d’onde 50, ce qui peut être mesuré via le réseau de sortie 60 et permet donc de mesurer le taux d’alcoolémie.
Ce dernier mode de réalisation se distingue par le fait qu’ü a un encombrement très faible, un temps de réponse rapide et un coût plus faible que les éthylotests électroniques cormus à ce jour, tout en permettant une grande fiabilité des mesures.
Claims (17)
- REVENDICAΉONS1. Dispositif (3) de détection d'un taux alcoolémie, comportant : - une bande flexible (1) destinée à être mise en présence avec une atmosphère à tester (4), notamment chargée ou non d’éthanol, et plus particuliérement de l’haleine expirée d’ime persorme, la bande flexible (1) comprenant O un substrat flexible (5), et O une couche poreuse hydrophobe (7) disposée sur le substrat flexible (5) et présentant une surface de pores accessibles de la couche poreuse (7) disposée sur le substrat flexible (5) supérieure à 140cm^/cm^, O le substrat flexible (5) étant précontraint de sorte qu’en absence d’éthanol, la bande flexible (1) présente ime courbure initiale et en présence d’éthanol, la bande flexible (1) présente une courbure plus faible, - un détecteur (21) de variation de la courbure de la bande flexible (1), et - une unité (23) de traitement et de calcul configurée pour déduire de la variation mesurée de la courbure de la bande flexible (1) rm paramétre correspondant à rm taux d’alcoolémie.
- 2. Dispositif de détection d'rm taux alcoolémie selon la revendication 1, dans lequel la couche poreuse (7) présente une épaisseur comprise entre 250nm et 5pm.
- 3. Dispositif de détection d'rm taux alcoolémie selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les pores ont rm diamètre moyen inférieur à 2,3nm.
- 4. Dispositif de détection d'un taux alcoolémie selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le volume poreux de la couche poreuse (7) disposée sur le substrat flexible (5) est supérieur à 33%.
- 5. Dispositif de détection d’un taux d’alcoolémie selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche poreuse (7) est composée de silice rendu hydrophobe par la fonctiormahsation des parois des pores dans la matrice de süice par des groupements méthyl.
- 6. Dispositif de détection d'un taux alcoolémie selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le substrat flexible (5) est précontraint du fait d’un traitement par calcination.
- 7. Dispositif de détection d’un taux d’alcoolémie selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le substrat flexible (5) est réalisé en polyimide.
- 8. Dispositif de détection d’un taux d’alcoolémie selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le substrat flexible (5) est réabsé en métal ou en céramique.
- 9. Dispositif de détection d’un taux d’alcoolémie selon la revendication 7, dans lequel le substrat flexible (5) présente une constante d’élasticité k<0,5Nm \
- 10. Dispositif de détection d’un taux d’alcoolémie selon la revendication 7 ou 9, dans lequel la bande flexible (1) présente une épaisseur comprise entre 0,02mm et 0,07mm, notamment entre 0,025mm et 0,05mm.
- 11. Dispositif de détection d’un taux d’alcoolémie selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel en absence d’éthanol, la bande flexible (1) présente un rayon de courbure initial compris entre 1cm et 10cm.
- 12. Dispositif de détection d’un taux d’alcoolémie selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel il comprend en outre une enceinte de mesure (11) avec une entrée (13) destinée à recevoir un flux d’atmosphère à tester, la bande flexible (1) étant fixée contre une paroi (15) de l’enceinte (11).
- 13. Dispositif de détection d’un taux d’alcoolémie selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le détecteur (21) de variation de la courbure de la bande flexible comprend un appareü de prise de vue (27).
- 14. Dispositif de détection d’un taux d’alcoolémie selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel la bande flexible (1) porte à une extrémité libre (42) un réflecteur optique (30) et le détecteur (21) de variation de la courbure de la bande flexible (1) comprend d’une part un émetteur laser (32) émettant un faisceau laser (34) en direction du réflecteur optique (30), et d’autre part un détecteur optique (36) pour détecter la position du faisceau laser réfléchi (38) par le réflecteur optique (30), la position du faisceau laser réfléchi (38) étant proportionnelle à la courbure de la bande flexible (1).
- 15. Dispositif de détection d’un taux d’alcoolémie selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel le détecteur (21) de variation de la courbure de la bande flexible comprend un détecteur capacitif (40) de la distance entre ime extrémité libre (42) de la bande flexible (1) et im point de référence, la distance entre l’extrémité bbre (42) de la bande flexible (1) et le poiat de référence étant proportionnelle à la courbure de la bande flexible (1).
- 16. Dispositif de détection d’un taux d’alcoolémie selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel le détecteur (21) de variation de la courbure de la bande flexible (1) comprend un guide d’onde (50) placé en regard d’une extrémité libre (42) de la bande flexible (1), la distance (D) entre l’extrémité libre (42) et le guide d’onde (50) modifiant l’intensité lumineuse transmise par le guide d’onde (50), l’intensité lumineuse transmise par le guide d’onde (50) étant proportioimeUe à la courbure de la bande flexible.
- 17. Bande flexible (1) pour dispositif selon Time quelconque des revendications 1 à 16, comprenant - un substrat flexible (5) est réabsé en polyimide, - une couche poreuse (7) hydrophobe de süice disposée sur le substrat flexible (5) présentant ime surface de pores accessibles de la couche poreuse (7) disposée sur le substrat flexible (5) supérieure à 140cmVcm^ le substrat flexible (5) étant précontraint par calcination de sorte qu’en absence d’éthanol, la bande flexible (1) présente une courbure initiale et en présence d’éthanol, la bande flexible (1) présente une courbure plus faible.
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