WO2017220908A1 - Dispositif de détection d'un taux alcoolémie - Google Patents
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Definitions
- the porous layer has a thickness of between 250 nm and 5 ⁇ m.
- the flexible strip 1 is subjected to an atmosphere to be tested 4 without ethanol (represented by a clear cloud 4) whereas in FIG. 2 the flexible strip 1 is subjected to an atmosphere to be tested 4 containing ethanol (represented by a cloud 4 containing dots).
- the flexible band 1 radius of curvature is lower in the absence of ethanol in the test atmosphere ( Figure 1), in the presence of ethanol ( Figure 2) due to a process of surface relaxation. This variation of the radius of curvature or of an equivalent parameter making it possible to quantitatively measure the impact of the relaxation phenomenon will be used later to determine an alcohol concentration level by means of the detection device 3.
- the flexible substrate 5 is for example made of polylmide marketed for example under the trademark "Kapton". According to variants, the flexible substrate 5 is made of metal or ceramic.
- the flexible strip 1 In the absence of ethanol, the flexible strip 1 has an initial radius of curvature of between 1 cm and 10 cm.
- the flexible band 1 with the flexible substrate 5 and the porous layer 7 is then calcined at a temperature of 350 C for 10 min.
- the polyimide poly 4,4'-oxydiphenylene pyromellitimide
- the heat treatment at 35 OC allows the calcination of organic structuring agents, the release of porosity and condensation of the silica network without altering the properties of the organic substrate.
- the flexible strip 1 is kept fixed and the displacement of an end relative to a reference point is measured, for example.
- the approximation and removal of a free end of a reference point also allows to deduce a variation of curvature and therefore also to measure the blood alcohol level. This is possible because in the case of breath, it is saturated with moisture and it is not necessary to measure the moisture content.
- the response time of the device in particular less than a few seconds.
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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 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 140cm2/cm2, o 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 reconnu 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 connaît 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 personne, 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 l'éthanol. Il s'agit donc d'une application 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 police chargé de contrôler le taux d'alcoolémie des automobilistes, le coût n'est pas négligeable si un
grand nombre de personnes 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'environnement, en particulier du fait de la toxicité du réactif. De plus, ces tests donnent 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 semiconducteur permet alors le passage du courant généré jusqu'à un microprocesseur qui l'évalue et le convertit en une mesure lisible 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 semiconducteur et qui présente une bonne 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'haleine expirée d'une personne, 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 140cm2/cm2,
o le substrat flexible étant précontraint 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'invention, 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 combinaison :
Selon un aspect, la couche poreuse présente une épaisseur comprise entre 250nm et 5μπι.
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 fonctionnalisation des parois des pores dans la matrice de silice 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 kO^Nm 1.
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 réalisation 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 proportionnelle à la courbure de la bande flexible.
Selon un autre mode de réalisation 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 point de référence étant proportionnelle 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 proportionnelle 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 réalisé 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 140cm2/cm2, le substrat flexible étant précontraint 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 l'invention, ainsi 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'un taux alcoolémie selon un premier mode de réalisation, la figure 4 montre un schéma simplifié d'un dispositif de détection d'un taux alcoolémie selon un deuxième mode de réalisation, la figure 5 montre un schéma simplifié d'un dispositif de détection d'un taux alcoolémie selon un troisième mode de réalisation, 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 simplifié 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 réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées et / ou interchangées pour fournir d'autres réalisations.
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 détaillé plus en détail sur les figures 3 à 7 avec plusieurs modes de réalisation.
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 utilisée par la suite pour déterminer un taux d'alcoolémie par l'intermédiaire 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 particulièrement de l'haleine expirée d'une personne, c'est-à-dire l'air alvéolaire.
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'air 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 140cm2/cm2.
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 cm2) :
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 1cm2
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 140cm2/cm2 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 nm
Pour D = 2,3 nm ; V > 2% si e = 5000 nm
Pour D = 5 nm ; 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 > 33%
Pour D = 1,5 nm ; V > 21 % si e = 250 nm
Pour D = 1,5 nm ; e > 160 nm si V > 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 nm si e = 250nm
Pour V = 60% ; e > 135 nm si D = 2,3 nm
Pour V = 60% ; D < 4,3 nm 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 détail dans l'article « Porosity and mecanical properties of mesoporous thin films assessed by environmental ellipsometric porosimetry » Cedric Boissière et al, paru dans American Chemical Society, 2005. Langmuir : the ACS journal of surfaces and colloids 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 commercialisé par exemple sous la marque enregistrée « Kapton ». Selon des variantes, le substrat flexible 5 est réalisé en métal ou en céramique.
On veille à ce que le substrat flexible est réalisé en un matériau présentant une constante d'élasticité kO^Nm 1. 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 :
- E t2
°r ~ 6e(l - vs)R
avec :
- vs = coefficient de Poisson,
- R = rayon de courbure
- e = l'épaisseur de la couche mince poreuse.
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 5um.
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 silice rendu hydrophobe par la fonctionnalisation des parois des pores dans la matrice de silice 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 hydrophile, principalement de la silice 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 stabilisation de la couche poreuse sol-gel 7 induise une courbure significative (typiquement rayon de courbure de 1 à 10 cm) et réversible de la bande flexible 1.
Ce traitement de stabilisation 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 porogènes 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 (NH3/H20) suivit d'une lixiviation des composés porogènes.
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 métallique 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'utilisation 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 silice sont préférés car ils 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 micelles porogènes induit par évaporation (EISA), bien connue de l'homme de métier. Différents agents structurants et protocoles peuvent être utilisés, 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, micelles de molécules tensioactives) les concentrations en chaque compose, et les conditions de dépôt. Ces approches sont décrites par exemple dans l'article « Design, Synthesis, and Properties of Inorganic and Hybrid Thin Films Having Periodically Organized Nanoporosity. Clément Sanchez,* Cédric Boissière, David Grosso, Christel Laberty, and Lionel Nicole Chem. Mater. 2008, 20, 682-737.
Selon un premier exemple des films microporeux de silice ont été préparés à partir d'une solution composée de TEOS (tetraethoxysilane)/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 films mésoporeux de silice sont obtenus soit à partir de DecylTriméthylAmmonium Bromide (DTAB). Il a été obtenu à partir de d'une solution composée de TEOS/DTAB/HCl/H20/EtOH avec des ratios molaires de 1:0,14:0,15:5:23 respectivement.
Le TEOS (tetraethoxysilane) 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 utilisées.
Ensuite pour rendre la couche poreuse 7 hydrophobe, on fonctionnalise des parois des pores dans la matrice de silice par des groupements méthyl ou des groupements hydrophobes. Cette fonctionnalisation peut être obtenue par co-condensation ou par post greffage.
Les films mésoporeux hydrophobes de silice sont synthétisés à l'aide de DecylTriméthylAmmonium Bromide (CTAB). Ils ont été obtenus
à partir d'une solution composée de
TEOS/MTEOS(methyltriethoxysilane)/DTAB/HCl/H20/EtOH avec des ratios molaires de 0,5:0,5:0,14 :0, 15:5:23 respectivement.
Le 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. Les solutions sont ensuite mises sous agitation pendant 24 h à température ambiante avant d'être utilisées.
Les solutions typiques précédentes à base de TEOS et/ou de MTEOS peuvent être combinées en toutes proportions avec des précurseurs (métal organique, organométallique, sels) d'autres oxydes métalliques (Ti, Al, Zr, Zn, Ca, Mg, Fe, ...)■ La présence de ces derniers permettra d'ajuster les tensions (en fonction de leur concentration et des traitements appliqués) et de moduler les affinités chimiques à l'interface des pores.
Puis pour obtenir la couche poreuse 7, un film 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. La 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 um afin d'éviter sa fissuration.
Selon un exemple, une couche poreuse 7 de quelques centaines de nm peut être combinée avec une lamelle de polyimide de 0.05 mm d'épaisseur.
Après dépôt, une face du substrat de polyimide est délicatement nettoyée avec un papier imbibé d'éthanol afin de laisser un film de silice 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 350 C pendant 10 min. Le polyimide (poly 4,4'-oxydiphenylene pyromellitimide) est stable chimiquement et thermiquement sur une plage de température allant de -269 °C à 400 °C. Le traitement thermique à 35 O C permet la calcination des agents structurants organiques, la libération de la porosité et la condensation du réseau de silice 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 bonne hydrophobie, une post-méthylation est réalisée en plongeant durant 72h les films dans un mélange de hexamethyldisilazane dissout a 20Vol% dans du toluène anhydre. Puis les films sont à nouveau traités thermiquement à 35 O 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 réalisée en matière plastique et ses dimensions sont par exemple choisis de manière à contenir un 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 clipsage sur l'entrée 13 de l'enceinte 11.
La paroi de fond 15 de l'enceinte 11 comprend une sortie de l'air alvéolaire 16.
Dans le cas présent, une paroi latérale d'observation 17 ou toutes les parois de l'enceinte de mesure sont réalisées en matière transparente, par exemple en polycarbonate ou en poly(méthacrylate de méthyle) pour permettre l'observation de la bande flexible 1.
Comme on le voit sur la figure 3, la bande flexible 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 courbure de la bande flexible, 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. L'unité 23 de traitement et de calcul est par exemple reliée 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 l'unité 3 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'elle a consommé de l'alcool, l'éthanol contenu dans l'air alvéolaire est adsorbé
par la couche poreuse 7 précontrainte. Cette adsorption de l'éthanol engendre une modification réversible de l'énergie de surface de la couche poreuse 7 et une relaxation des contraintes qui est proportionnelle à la quantité de l'éthanol adsorbée. Cette relaxation des contraintes conduit à augmenter le rayon de courbure de la bande flexible 1. La mesure directe ou indirecte 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 indirecte, 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'haleine, on est saturé en humidité et il n'est pas nécessaire de mesurer le taux d'humidité.
En plus d'être réversible et permettant une utilisation répétée, le temps de réponse du dispositif, en particulier inférieur à quelques secondes.
La 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 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. 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 moins courbée. La 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 réalisation 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 libre 42 de la bande flexible 1 et un point de référence matérialisé par le détecteur capacitif 40 lui-même.
La distance entre l'extrémité libre 42 de la bande flexible 1 et le point de référence, donc le détecteur capacitif 40, est proportionnelle 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 réalisation 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 libre 42 de la bande flexible (voir figure 7).
La figure 7 montre de façon simplifiée et schématique le guide d'onde 50 optique en silicium déposé par exemple sur une couche d'oxyde enterrée 52 porté par un substrat de silicium 54. Dans le guide d'onde en silicium 50 sont gravés un réseau d'entrée de lumière 56, un réseau 58 disposé en dessous de l'extrémité libre de la bande flexible 1 qui porte par exemple sur la face tournée vers le guide d'onde 50 une couche de silicium 62, et un réseau 60 de sortie.
Par l'intermédiaire par exemple d'une diode laser I , de la lumière est couplée dans le guide d'onde 50 en silicium via le réseau d'entrée 56. Puis, en fonction de la courbure de la bande flexible 1, l'extrémité libre 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'il a un encombrement très faible, un temps de réponse rapide et un coût plus faible que les éthylotests électroniques connus à ce jour, tout en permettant une grande fiabilité des mesures.
Claims
1. 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
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 140cm2/cm2,
o 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.
2. Dispositif de détection d'un taux alcoolémie selon la revendication 1, dans lequel la couche poreuse (7) présente une épaisseur comprise entre 250nm et 5μπι.
3. Dispositif de détection d'un taux alcoolémie selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les pores ont un 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 fonctionnalisation des parois des pores dans la matrice de silice 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 réalisé 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 kO.SNm1.
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 appareil 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 une extrémité libre (42) de la bande flexible (1) et un point de référence, la distance entre l'extrémité libre (42) de la bande flexible (1) et le point 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 proportionnelle à la courbure de la bande flexible.
17. Bande flexible (1) pour dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, comprenant
- un substrat flexible (5) est réalisé en polyimide,
- une couche poreuse (7) hydrophobe de silice disposée sur le substrat flexible (5) 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 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.
18. Procédé de détection d'un taux alcoolémie en utilisant un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel :
- on met une bande flexible (1) 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
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 140cm2/cm2, o 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,
- on détecte la variation de la courbure de la bande flexible (1), et
- on détermine un paramètre correspondant à un taux d'alcoolémie à partir de la variation mesurée de la courbure de la bande flexible (1).
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