TITRE : Dispositif de détection de chocs, système de détection associé et aéronef équipé d’un tel système

DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION [0001] Le domaine technique de l’invention est celui de la détection des chocs.

[0002] La présente invention concerne un dispositif de détection des chocs et en particulier un dispositif de détection des chocs configuré pour opérer de manière autonome grâce à l’utilisation d’un module Seebeck. L’invention concerne également un système de détection comportant une pluralité de dispositifs de détection selon l’invention ainsi qu’un aéronef équipé d’un tel système.

ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION

[0003] De manière connue, un aéronef peut comporter un fuselage en matériau composite ou bien un fuselage en matériau métallique. Ces deux types de fuselages sont susceptibles d’être endommagés lors de chocs et il importe de pouvoir détecter lorsque de tels chocs se produisent. Le risque de chocs est particulièrement important lorsqu'un aéronef est en stationnement dans un aéroport, les véhicules circulant dans l'aéroport (tracteur, camion etc.) étant susceptibles d'entrer en contact avec l'aéronef et d'endommager son fuselage.

[0004] En pratique, pour détecter un endommagement lié à un choc, la surface extérieure d'un aéronef est inspectée de manière visuelle par des opérateurs, ce qui est long et onéreux compte tenu du fait que l'aéronef doit être immobilisé. La détection visuelle d'un endommagement lié à un impact est difficile car l'endommagement du matériau composite est généralement interne et peu visible depuis l'extérieur. Afin d'éliminer cet inconvénient, il a été proposé par la demande de brevet FR 3073500 d'utiliser des organes de détections positionné sur la face intérieure du fuselage. Chaque organe de détection est pourvu d’un capteur de chocs, d’un moyen de communication sans-fil et d’un moyen de stockage de l’énergie. Le système décrit dans cette demande ne permet cependant pas une mise en œuvre autonome. Certes, il est suggéré de collecter l’énergie fournie par le capteur pour alimenter le moyen de stockage, mais une telle solution est en pratique difficile à mettre en œuvre, les vibrations devant être situées dans une gamme de fréquences adaptées au capteur pour pouvoir générer une puissance suffisante. [0005] Il existe donc un besoin d’un dispositif de détection de chocs susceptible d’opérer de manière autonome.

RESUME DE L’INVENTION

[0006] L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en proposant un dispositif de détection des chocs incorporant un module Seebeck.

[0007] Un premier aspect de l’invention concerne un dispositif autonome de détection de chocs comprenant : au moins un détecteur de chocs ; au moins un moyen de transmission sans fil configuré pour transmettre les informations recueillies par le détecteur de chocs ; au moins un moyen de stockage de l’énergie configuré pour alimenter en énergie le détecteur de chocs ainsi que le moyen de transmission sans fil ; au moins un module de récolte d’énergie (ou d'Energy Harvesting en anglais) par effet Seebeck configuré pour alimenter en énergie le moyen de stockage lorsqu’un gradient de température lui est appliqué.

[0008] Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, le dispositif selon un premier aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. [0009] Avantageusement, le moyen de transmission sans fil est également configuré pour recevoir de l’énergie par radiofréquence afin d’alimenter le moyen de stockage.

[0010] Avantageusement, le module Seebeck, ci-après premier module Seebeck, est disposé selon une première configuration et le dispositif comprend un deuxième module Seebeck disposé selon une deuxième configuration de sorte que lorsque le dispositif est soumis à un gradient de température, la tension générée par le premier module Seebeck est de signe opposée à la tension générée par le deuxième module Seebeck.

[0011] Avantageusement, le dispositif comprend un superviseur configuré pour distribuer l’énergie aux différents composants du dispositif, de préférence paramétrable pour n’alimenter les différents composant du dispositif uniquement quand une quantité d’énergie suffisante est nécessaire pour alimenter ces derniers. [0012] Avantageusement, le dispositif comprend une mémoire configurée pour stocker les mesures effectuées par le ou les détecteurs de chocs et un moyen de calcul couplé à la mémoire, le moyen de calcul étant configuré pour effectuer un prétraitement ou un traitement des données acquises par le détecteur de chocs. [0013] Avantageusement, le dispositif comporte un premier ensemble comprenant le détecteur de chocs et un deuxième ensemble comprenant le ou les modules

Seebeck, le premier ensemble et le deuxième ensemble étant reliés de sorte que l’énergie générée par le module Seebeck au niveau du deuxième ensemble puisse être transmise au premier ensemble. [0014] Un deuxième aspect de l’invention concerne un système de détection de chocs sur une structure, le système de détection comprenant : une pluralité de dispositifs de détection selon un premier aspect de l’invention positionnée sur une surface de la structure, chaque dispositif de détection étant associé à un identifiant relatif à une zone prédéterminée de la structure ; une pluralité de dispositifs de communication à proximité de la structure et configurés pour communiquer avec les dispositifs de détection de la pluralité de dispositifs de détection de sorte à collecter les mesures effectuées par lesdits dispositifs et à les associer avec l’identifiant du dispositif correspondant.

[0015] Avantageusement, chaque dispositif de communication comprend un moyen de stockage de l’énergie et/ou une mémoire.

[0016] Un troisième aspect de l’invention concerne un aéronef comportant un fuselage et un système de détection selon un deuxième aspect de l’invention configuré pour détecter les chocs sur le fuselage, les dispositifs de détection du système de détection des chocs étant disposés sur la surface interne du fuselage et la pluralité de dispositifs de communication du système de détection des chocs étant disposée dans l'aéronef.

[0017] L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

[0018] La [Fig. 1] montre une représentation schématique d’un premier mode de réalisation d’un dispositif selon un premier aspect de l’invention.

[0019] La [Fig. 2] montre une représentation schématique de la structure d’une cellule Seebeck.

[0020] La [Fig. 3] montre une représentation schématique d’un premier exemple de réalisation d’un module Seebeck d’un dispositif selon un premier aspect de l’invention.

[0021] La [Fig. 4] montre une représentation schématique d’un premier exemple de réalisation d'un ensemble de deux modules Seebeck d’un dispositif selon un premier aspect de l’invention.

[0022] La [Fig. 5] montre une représentation schématique d’un deuxième mode de réalisation d’un dispositif selon un premier aspect de l’invention.

[0023] La [Fig. 6] montre une représentation schématique d’un troisième mode de réalisation d’un dispositif selon un premier aspect de l’invention.

[0024] La [Fig. 7] montre une représentation schématique d’un quatrième mode de réalisation d’un dispositif selon un premier aspect de l'invention.

[0025] La [Fig. 8] montre une représentation schématique d’un cinquième mode de réalisation d’un dispositif selon un premier aspect de l’invention. [0026] La [Fig. 9] montre une représentation schématique d’un aéronef équipé d’un système de détection selon un deuxième aspect de l’invention.

[0027] La [Fig. 10] montre une représentation schématique d’un dispositif de communication d’un système selon un deuxième aspect de l’invention ou d’un aéronef selon un troisième aspect de l’invention. DESCRIPTION DETAILLEE

[0028] Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention. Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique.

[0029] Un premier aspect de l’invention illustré à la [Fig. 1] concerne un dispositif autonome 3 de détection de chocs. [0030] Le dispositif 3 selon un premier aspect de l’invention comprend au moins un détecteur de chocs DC. Le détecteur de chocs DC peut par exemple être choisi parmi un accéléromètre ou bien encore un capteur piézoélectrique. Dans un mode de réalisation, le dispositif 3 comprend une pluralité de détecteurs de chocs DC, la nature des détecteurs DC de la pluralité de détecteurs DC pouvant être identique ou différente. Ainsi, il est possible de mettre en place un système de redondance des mesures afin de s’assurer de leur exactitude, en choisissant par exemple des détecteurs de même nature. Il est également possible de choisir des détecteurs de nature différente, chaque type de détecteur pouvant être sensible à des signaux différents.

[0031] Le dispositif 3 selon un premier aspect de l’invention comprend également au moins un moyen de transmission sans fil MC pourvu d’une antenne AN configuré pour transmettre les informations recueillies par le ou les détecteurs de chocs DC. Le moyen de transmission sans fil MC peut par exemple être un moyen de communication de type RFID, un moyen de communication 4G, un moyen de communication Wifi ou bien encore un moyen de communication WAIC (de l’anglais Wireless Avionics Intra- Communications, en français Communications Hertziennes entre Equipements d'Avionique). Le moyen de communication sans fil MC permet de transmettre les données mesurées par le ou les détecteurs de chocs DC de manière rapide ce qui présente un avantage certain lorsque la collecte des données doit être faite régulièrement et/ou sur un grand nombre de dispositifs 3 selon un premier aspect de l’invention. Cela garantit en outre une liberté d’implantation du dispositif 3 de détection selon l’invention puisque ce dernier ne nécessite aucune connexion physique pour transmettre les données mesurées. [0032] Le dispositif 3 selon un premier aspect de l’invention comprend également au moins un moyen de stockage de l’énergie MS configuré pour alimenter en énergie le détecteur de chocs DC et le moyen de transmission sans fil MC. Dans un mode de réalisation, le moyen de stockage MS est choisi parmi une batterie, une capacité ou bien encore une supercapacité. [0033] Le dispositif 3 selon un premier aspect de l’invention comprend également au moins un module Seebeck GE. De manière générale, un module Seebeck GE comprend une ou plusieurs cellules Seebeck CE telles qu’illustrées à la figure 2 et comportant une première surface S1 destinée à être exposée à une première température T ₁ et une deuxième surface S2 destinée à être exposée à une deuxième température T ₂ . Le gradient de température ΔT appliqué au module Seebeck GE est égal à la différence entre la température T ₂ à laquelle est exposée la deuxième surface S2 de la cellule Seebeck CE et la température T ₁ à laquelle est exposée la première surface S 1 de la cellule Seebeck CE de sorte que ΔT = T ₂ - T ₁ . La présence de ce gradient de température ΔT entraîne l’apparition d’une tension V aux bornes de la cellule Seebeck CE, le signe de cette tension y étant fonction du signe du gradient ΔT appliqué à la cellule Seebeck et du coefficient Seebeck des matériaux utilisés. Dans la suite, par convention, un gradient positif ΔT > 0 entraînera l’apparition d’une tension positive V > 0 et un gradient négatif ΔT < 0 entraînera l’apparition d’une tension négative V < 0.

[0034] Un exemple de réalisation d’un module Seebeck GE selon l’invention est illustré à la figure 3 dans lequel, le module Seebeck GE est fixé sur la surface intérieure SI d’une paroi 10, par exemple le fuselage d’un d’avion, de sorte à bénéficier de l’écart de température entre une température intérieure T _int et une température extérieure T _ext . Par exemple, dans le cas d’un aéronef, un écart de température substantiel existe lors des phases de vol ou bien encore lors des phases de stockage dans des conditions de températures extérieures élevées. Plus particulièrement, le module Seebeck GE comporte une cellule Seebeck CE comprenant une première surface S1 et une deuxième surface S2 ainsi qu’un radiateur RA fixé sur la deuxième surface S2 de la cellule Seebeck. De plus, le radiateur RA comporte des ailettes permettant une thermalisation efficace de la deuxième surface S2 de la cellule Seebeck CE. Dans cet exemple, la première surface S1 de la cellule Seebeck est fixée au niveau de la surface intérieure SI d’une paroi 10, par exemple la surface intérieure du fuselage d’un aéronef. Cette fixation est préférentiellement effectuée à l’aide d’un adhésif AD bon conducteur de la chaleur de sorte à assurer une bonne thermalisation de la première surface S1 de la cellule Seebeck en contact avec la surface intérieure de la paroi 10. Dans cette configuration, le gradient de température ΔT appliqué au module Seebeck est donc égal à la différence entre la température T ₂ de la deuxième face S2 de la cellule Seebeck CE et la température T ₁ de la première face S1 de la cellule Seebeck CE. Par exemple, si la paroi 10 est le fuselage d'un aéronef, lors de la phase de vol, la température T ₁ de la première surface est généralement comprise entre -20°C et -30°C, voire dans des cas extrêmes -50°C à -60°C, alors que la température T ₂ de la deuxième surface est en général égale à 0° C du fait de la présence du radiateur. Ainsi, lors de la phase de vol, le gradient de température ΔΤ appliqué au module Seebeck est donc généralement compris entre 20°C et 60°C. Compte tenu de ces gammes de températures et d’un besoin en puissance de l’ordre de quelques dizaines de mW, une cellule Seebeck CE de quelques dizaines de millimètres, par exemple 40x40mm peut être suffisante. A titre d’exemple, le tableau ci-dessous illustre le temps de chargement d’un moyen de stockage MS (la colonne de gauche représentant la capacité du moyen de stockage en Farad noté C(F)) en fonction du temps et du gradient de température ΔT appliqué à un module Seebeck. [0035] [Tableau 1]

[0036] Dans un mode de réalisation illustré à la figure 4, le dispositif selon un premier aspect de l’invention comprend un deuxième module Seebeck GE2 configuré de manière inversée par rapport au module Seebeck décrit précédemment, ci-après premier module Seebeck GE1. Autrement dit, sachant qu’une cellule Seebeck CE comporte une première surface S1 et une deuxième surface S2, lorsque le dispositif 3 selon un premier aspect de l’invention est fixé à une surface, la cellule Seebeck CE du premier module Seebeck GE1 est en contact avec cette surface 10 par l’intermédiaire de sa première surface S1 tandis que la cellule Seebeck CE du deuxième module Seebeck GE2 est en contact avec ladite surface 10 par l’intermédiaire de sa deuxième surface S2. Autrement dit, dans l'exemple illustré à la figure 4 et pour le deuxième module Seebeck GE2, le radiateur RA est fixé sur la première surface S1 de la cellule Seebeck CE et la deuxième surface S2 de la cellule Seebeck CE est fixée au niveau de la surface intérieure de la paroi 10. Dans ce mode de réalisation, le dispositif 3 selon un premier aspect de l’invention est donc en mesure de produire une tension positive (ou négative) quel que soit le signe du gradient de température ΔT entre la température intérieure T _int et la température extérieure T _ext . Sur la figure 4, la flèche en tirets indique, pour chaque cellule Seebeck CE, le sens du gradient de température nécessaire à l’obtention d’une tension V positive aux bornes du module Seebeck correspondant.

[003η Dans un mode de réalisation illustré à la figure 5, le dispositif 1 selon un premier aspect de l’invention comprend un superviseur d’énergie SE configuré pour distribuer l’énergie aux différents composants du dispositif 3 selon un premier aspect de l’invention.

[0038] Dans un mode de réalisation illustré à la figure 6, le moyen de transmission sans fil MC/RF est également configuré pour recevoir de l’énergie par radiofréquence. Ainsi, lorsque le module Seebeck GE n’a pas permis une charge suffisante du moyen de stockage MS, ce dernier peut être rechargé à distance et/ou les différents composants du dispositif 3 peuvent être alimentés en énergie. Ainsi, le moyen de transmission sans fil MC/RF représente un moyen d’alimentation en énergie complémentaire du module Seebeck GE. En effet, lorsque le gradient de température n’est pas suffisant et que le module Seebeck GE ne peut donc pas alimenter le dispositif 3 selon un premier aspect de l’invention, le moyen de transmission sans fil MC/RF peut être utilisé pour se substituer au module Seebeck GE. On notera que ceci est particulièrement avantageux dans le cas d’un aéronef 1 puisque de faibles gradients sont généralement observés lorsque l'aéronef 1 est au sol. Or, c’est précisément lorsque l’aéronef 1 est parqué au sol que les mesures de sécurité autorisent l’émission de radiofréquences susceptibles de fournir l’énergie nécessaire au dispositif 3.

[0039] Dans un mode de réalisation illustré à la figure 7, le dispositif 3 selon un premier aspect de l’invention comprend une mémoire MM configurée pour stocker les mesures effectuées par le ou les détecteurs de chocs DC. Ainsi, les mesures effectuées par le dispositif 3 ne sont pas obligatoirement transmises immédiatement, mais seulement à intervalles réguliers. Dans ce mode de réalisation, le dispositif 3 selon un premier aspect de l’invention comprend également un moyen de calcul CP couplé à la mémoire MM, ledit moyen de calcul CP étant configuré pour effectuer un prétraitement ou un traitement des données acquises par le ou les détecteurs de chocs DC. Par exemple, le prétraitement ou le traitement pourra comprendre la sélection des données acquises qui doivent être mémorisées dans la mémoire MM et/ou transmises par le moyen de communication sans fil MC.

[0040] Dans un mode de réalisation illustré à la figure 8, le dispositif 3 selon un premier aspect de l’invention comporte un premier ensemble 31 , par exemple sous la forme d’un premier boîtier, comprenant le ou les détecteurs de chocs DC, et un deuxième ensemble 32, par exemple sous la forme d’un deuxième boîtier, comprenant le ou les modules Seebeck GE, le premier ensemble 31 et le deuxième ensemble 32 étant relié de sorte que l’énergie générée par le module Seebeck GE au niveau du deuxième ensemble 32 puisse être transmise au premier ensemble 31. Ainsi, il est possible de déporter le ou les modules Seebeck lorsque l’emplacement le plus adapté pour la détection de chocs et l’emplacement le plus adapté pour la génération d’énergie par le module Seebeck GE ne sont pas identiques.

[0041] Un deuxième aspect de l’invention concerne un système de détection de chocs sur une structure, le système de détection comprenant une pluralité de dispositifs de détection autonome 3 selon un premier aspect de l’invention positionnés sur une surface SI de la structure, chaque dispositif de détection 3 étant associé à un identifiant relatif à une zone prédéterminée de la structure ; et une pluralité de dispositifs de communication à proximité de la structure et configurés pour communiquer avec les dispositifs de détection 3 de la pluralité de dispositifs de détection 3 de sorte à collecter les mesures effectuées par lesdits dispositifs 3 et à les associer avec l’identifiant du dispositif 3 correspondant.

[0042] Dans le reste de la description, le système selon un deuxième aspect de l'invention va être illustré au travers d’une application dans laquelle la structure à surveiller est le fuselage d’un aéronef. L’homme du métier comprendra qu’un tel système peut être utilisé dans d’autres situations. Aussi, un troisième aspect de l’invention illustré à la figure 9 concerne un aéronef 1 comportant un fuselage 10 et un système de détection de chocs selon un deuxième aspect de l’invention. Le système de détection comprend une pluralité de dispositifs de détection autonome 3 selon un premier aspect de l’invention positionnés sur une surface intérieure SI du fuselage 10 de l’aéronef 1. En outre, chaque dispositif de détection autonome 3 est associé à un identifiant relatif à une zone du fuselage 10 prédéterminée, de sorte qu’il est possible, connaissant l’identifiant du dispositif 3 ayant détecté un choc de connaître la zone dans laquelle le choc a eu lieu.

[0043] Dans un mode de réalisation, les dispositifs de détections 3 sont fixés sur la surface intérieure SI du fuselage 10 à l’aide d’un adhésif. L’utilisation d’un adhésif permet un positionnement et un repositionnement facile des dispositifs de détection 3. De plus, un tel moyen de fixation réduit les risques d’endommagement du fuselage 10 lors de la fixation desdits dispositifs de détection 3.

[0044] L'aéronef 1 selon un troisième aspect de l’invention comprend également une pluralité de dispositifs de communication 4 disposés dans l’aéronef 1 et configurés pour communiquer avec les dispositifs de détection 3 de la pluralité de dispositifs de détection 3 de sorte à collecter les mesures effectuées par lesdits dispositifs 3 et à les associer avec l’identifiant du dispositif 3 correspondant. De préférence, la pluralité de dispositifs de communication 4 est positionnée de sorte à pouvoir communiquer avec l'ensemble des dispositifs de détection 3 de la pluralité de dispositifs de détection 3. Il est important de noter qu’un dispositif de communication 4 pourra communiquer avec un ou plusieurs dispositifs de détection 3. Il est également important de noter qu’un ou plusieurs dispositifs de détection 3 peuvent être positionnés de sorte à ne pouvoir communiquer avec aucun des dispositifs de communication 4. Ces derniers pourront cependant être interrogés à l’aide d’un dispositif de communication portatif 4’, par exemple lors d’opérations de contrôle ou de maintenance.

[0045] Dans un mode de réalisation, les dispositifs de communication 4 sont alimentés par un réseau d’alimentation électrique 12’ reliant les différents dispositifs de communication 4 à l’alimentation électrique de l’aéronef 1. L’énergie ainsi reçue peut ensuite être transmise à chaque dispositif de détection 3 par l'intermédiaire du moyen de réception de l’énergie par radiofréquence RF. Pour cela, chaque dispositif de communication 4 comprend un moyen de communication sans fil MC’/RF’ configuré pour opérer comme moyen de communication sans fil ou comme moyen d’envoi d’énergie par radiofréquence à destination des dispositifs de détection 3. En supposant un dispositif de communication 4 ayant une antenne AN’ de gain égal à 3 dBi et une perte due au câble de 4,4 dB, et un dispositif de détection autonome 3 ayant une antenne AN ayant un gain égal à 4,5 dBi, le tableau 2 ci-dessous illustre, la puissance émise (en dBm et en W) ainsi que la puissance reçue au niveau d’un dispositif de détection 3 (en dBm et en mW) en fonction de la distance séparant le dispositif de communication 4 considéré du dispositif de détection 3 considéré.

[0046] [Tableau 2]

[0046] L’homme du métier veil era donc à prenc re en compte ces informations lors du positionnement des dispositifs de communication 4 et/ou du positionnement des dispositifs de détection 3, en adaptant bien entendu les hypothèses faites ci-dessus.

[0048] Dans un mode de réalisation illustré à la figure 10, chaque dispositif de communication 4 comprend un moyen de stockage de l’énergie MS’, par exemple une batterie, configuré pour alimenter le dispositif de communication 4 lorsque le réseau d’alimentation électrique 12’ ne fournit plus d'énergie. C’est notamment le cas lorsque l’aéronef 1 est stationné pour une longue durée. Ainsi, même sans alimentation électrique extérieure, les dispositifs de communication 4 de l’aéronef 1 peuvent continuer d’interroger les dispositifs de détection 3, voire d’alimenter les dispositifs de détection 3 par radiofréquence si nécessaire. Dans un mode de réalisation, le dispositif de communication 4 comprend également un superviseur d’énergie SE’ en charge de la gestion de l’énergie du dispositif de communication 4, et en particulier du moyen de stockage de l’énergie MS’.

[0049] De la même manière, les dispositifs de communication 4 sont connectés à un réseau de communication 12 et les données collectées auprès des dispositifs de détection 3 par les dispositifs de communication 4 peuvent être transmises sur le réseau de communication 12 pour ensuite être traitées, par exemple par un calculateur de bord 5 ou bien encore par un serveur de maintenance centralisé. Dans un mode de réalisation, chaque dispositif de communication 4 comprend une mémoire MM’ (par ex. un disque dur), les données collectées auprès des dispositifs de détection 3 étant stockées sur la mémoire MM’ lorsque le réseau d’alimentation électrique 12’ ne fournit plus d’énergie, puis transmise sur le réseau de communication lorsque le réseau d’alimentation électrique 12’ fournit à nouveau de l’énergie. Dans un mode de réalisation, le dispositif de communication 4 comprend un moyen de calcul CP’ (par exemple un processeur) permettant de traiter les données stockées dans la mémoire MM’.

[0050] Dans un mode de réalisation, le fuselage 10 est un fuselage composite. En effet l’endommagement de fuselage composite est particulièrement difficile à détecter par une inspection visuelle et un système de détection tel que décrit dans le deuxième aspect de l’invention rend cette détection beaucoup plus fiable. Il ressort cependant de ce qui précède que l’invention peut être mise en œuvre sur tout type de fuselage (en matériaux composites, en matériaux métallique, etc.).