SCHIAVONI, Michele (11 Bis Rue du Lunain, Paris, F-75014, FR)
BRAJER, Xavier (150 Avenue Camille Claudel, Cormeilles en Parisis, F-95240, FR)
HUIGNARD, Arnaud (33 Bis Rue Lamarck, Paris, F-75018, FR)
SELLIER, Julien (17 Rue Custine, Paris, F-75018, FR)
COUNIL, Guillaume (36 Boulevard Anatole France, Aubervilliers, F-93300, FR)
SCHIAVONI, Michele (11 Bis Rue du Lunain, Paris, F-75014, FR)
BRAJER, Xavier (150 Avenue Camille Claudel, Cormeilles en Parisis, F-95240, FR)
HUIGNARD, Arnaud (33 Bis Rue Lamarck, Paris, F-75018, FR)
SELLIER, Julien (17 Rue Custine, Paris, F-75018, FR)
REVENDICATIONS
1. Verre minéral plat comprenant une zone dont la surface est lisse, ladite zone comprenant deux groupes de lames à indices de réfraction différents, dites lames à haut indice de réfraction et lames à bas indice de réfraction, lesdites lames d'indice de réfraction différents étant alternées, parallèles entre elles et parallèles à la surface du verre et ayant une profondeur dans le verre à partir de la surface allant de 1 à 1000 μm, le rapport de la longueur sur la largeur des lames étant supérieur à 60. 2. Verre selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les lames ont une profondeur dans le verre à partir de la surface va de 20 μm à 700 μm. 3. Verre selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le rapport entre le haut indice et le bas indice va de 1 ,01 et 1 ,2. 4. Verre selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les bas et haut indices de réfraction vont de 0,8 n s à 1 ,2 n s , n s étant l'indice de réfraction du verre. 5. Verre selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'indice de réfraction n s du verre va de 1 ,3 à 2. 6. Verre selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le rapport de la profondeur sur la largeur des lames haut indice va de 0,1 à 150.
7. Verre selon la revendication précédente caractérisé en ce que le rapport de la profondeur sur la largeur des lames haut indice va de 0,5 à 100.
8. Verre selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la largeur des lames bas indice, parallèlement à la surface du verre, est inférieure à la largeur des lames haut indice.
9. Verre selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la largeur des lames haut indice, parallèlement à la surface du verre, va de 1 μm à 1000 μm.
10. Verre selon la revendication précédente caractérisé en ce que la largeur des lames haut indice, parallèlement à la surface du verre, va de 20 à 500 μm.
11. Verre selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la largeur des lames bas indice, parallèlement à la surface du verre, va de 1 à 100 μm.
12. Verre selon la revendication précédente caractérisé en ce que la largeur des lames bas indice, parallèlement à la surface du verre, va de 2 à 50 μm. 13. Verre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les lames haut indice contienne au moins un élément du groupe
Ag, Tl, Cu, Ba en plus forte teneur que les lames bas indice. 14. Verre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que sa surface est supérieure à 10 cm 2 . 15. Equipement d'ouverture d'un mur ou d'une toiture comprenant le verre de l'une des revendications précédentes, la longueur des lames dudit verre étant horizontales. 16. Equipement selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il est une fenêtre ou un vasistas. 17. Utilisation du verre ou de l'équipement de l'une des revendications précédentes pour dévier la lumière incidente vers un plafond ou un mur. 18. Procédé de fabrication du verre de l'une des revendications de verre précédentes, comprenant la mise en contact d'un verre sans lames avec une alternance de bandes de deux matériaux différents sources d'ions différents pouvant migrer dans le verre sous l'effet d'un champ électrique, et comprenant l'application d'un champ électrique. 19. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que au moins l'un des matériaux est solide et est du type émail. |
VITRAGE A LAMES DEVIANT LA LUMIERE PAR ECHANGE
IONIQUE
L'invention concerne le domaine des dispositifs pour bâtiment comprenant des éléments capables de rediriger la lumière venant de l'extérieur dans une direction souhaitée à l'intérieur, généralement le plafond. Ce type de dispositif est généralement qualifié de « Daylighting » lorsque c'est la lumière solaire visible que l'on cherche à dévier.
Ce type de dispositif permet notamment d'améliorer le confort visuel du fait de la meilleure répartition de la lumière naturelle. De plus, ce dispositif est généralement considéré comme contribuant à économiser l'énergie du fait de l'utilisation plus efficace en intérieur de lumière extérieure, ce qui permet de réduire l'éclairage artificiel.
De nombreux systèmes de déviation de la lumière ont été décrits. Le plus courant est celui utilisant des lamelles réfléchissantes, comme par exemple décrit dans EP878661. Le EP964112 enseigne la découpe laser d'un vitrage afin de générer des fissures horizontales dans le vitrage, lesdites fissures jouant un rôle miroir pour les rayons lumineux venant de l'extérieur. Le US5009484 enseigne un vitrage comprenant en surface un réseau de diffraction constitué de traits parallèles en relief. La lumière est séparée en différentes composantes et déviée et reconstituée au plafond.
Selon la présente invention, on crée des lames réfléchissantes de la lumière sur une certaine profondeur à partir de la surface du verre. Ces lames sont parallèles entre elles, généralement toutes de même largeur, et sont généralement espacées les unes des autres selon une période constante. Cependant, on peut aussi faire varier la distance entre elles pour constituer des réseaux particuliers sur le principe des demandes de brevet français 0754877 et 0754878 déposées le 4 mai 2007 dont les contenus sont inclus par référence. Selon l'invention, un verre minéral plat comprend une zone dont la surface est lisse, ladite zone comprenant de façon alternée des lames à indice de réfraction différents, c'est-à-dire des lames à haut indice de réfraction et des lames à bas indice de réfraction, lesdites lames étant parallèles entre elles et
parallèles à la surface du verre et ayant une profondeur dans le verre à partir de la surface allant de 1 à 1000 μm, le rapport de la longueur sur la largeur des lames étant supérieur à 60.
Le verre comprend à sa surface une alternance de deux groupes de lames parallèles, à bas indice de réfraction pour l'un des groupes, et à haut indice de réfraction pour l'autre groupe. Les lames haut et bas indice sont alternées, ce qui signifie qu'excepté les lames en position extrême, chaque lame bas indice est juxtaposée à deux lames haut indice de chaque côté d'elle, et vice versa. Les lames sont juxtaposées par leurs longueurs L (voir figure 6) et toutes les lames ont généralement la même longueur. L'interface entre deux lames d'indice différent réfléchit des rayons lumineux incidents.
La composition desdites lames haut et bas indice diffèrent l'une de l'autre par la teneur en au moins un élément cationique. Par élément cationique, on entend un élément dont la forme ionique est positive. Par exemple, la forme ionique d'un atome de sodium est le cation Na + . De même, la forme ionique d'un atome d'argent est le cation Ag + . Dans un verre minéral, l'élément cationique se trouve sous forme d'oxyde et ses liaisons avec les atomes d'oxygène sont partiellement ioniques et partiellement covalentes.
La surface de la zone comprenant les lames est lisse, ce qui signifie en particulier qu'elle n'est pas fissurée. Le verre selon l'invention est monolithique puisqu'il est constitué d'une seule matrice verrière dont la composition a été localement modifiée au niveau des lames par échange ionique.
Ces lames sont créées par échange ionique entre au moins un élément contenu dans le verre et au moins un élément apporté par un milieu mis en contact avec le verre. On peut notamment échanger des atomes de sodium contenus dans le verre par des atomes d'argent apportés par un sel d'argent mis en contact avec le verre. Ce sel d'argent peut notamment être du nitrate d'argent AgNOs. Le sodium quitte le verre pour former un dérivé du sodium.
Cet échange ionique crée, à la surface du verre, une alternance de milieux différents présentant des indices de réfraction différents sans modifier le relief initial de la surface du verre. Cet échange ionique est réalisé par migration sous champ électrique, ce qui permet l'obtention de bords droits pour constituer des lames à forme parallélépipédique. Les lames sont donc sensiblement
parallélépipédiques, ce qui est assez remarquable, car on aurait pu s'attendre à une diffusion dans toutes les directions.
Ainsi, si le verre est lisse avant l'échange ionique, il est encore lisse après l'échange ionique. Pour réaliser cette alternance entre les lames haut et bas indice, on met la surface du verre en contact avec une alternance de deux matériaux solide ou liquide, sources d'ions à faire diffuser dans le verre pour créer les lames. L'invention concerne ainsi également un procédé de fabrication d'un verre comprenant la mise en contact d'un verre (au départ sans lames) avec une alternance de bandes de deux matériaux différents sources d'ions différents pouvant migrer dans le verre sous l'effet d'un champ électrique, et comprenant l'application d'un champ électrique. Les lames sont créées sous les bandes des deux matériaux. La géométrie de la surface des lames en surface du verre correspond à la géométrie de la surface de contact des matériaux avec le verre. Les lames alternées créées dans le verre sont enrichies en l'élément ionique issu du matériau qui se trouvait directement au-dessus. Pour créer cette alternance, au moins l'un des matériaux est généralement solide (généralement un émail ou un métal comme l'argent), et disposé en bande en surface du verre, l'autre pouvant être liquide ou solide. L'autre matériau remplit l'espace entre les bandes du premier matériau. S'il est solide, il est également disposé en bandes entre celles du premier matériau. S'il est liquide, il remplit l'espace entre les bandes solides du premier matériau. Les deux matériaux contiennent tous deux au moins une source d'un ion du groupe : Ag, Ba, Tl, Cu, Li, Na, K, Ca, Sr. Cependant, les deux matériaux sont différents sur le plan de l'ion de ce groupe qui migrera dans le verre. L'invention repose en effet sur l'alternance de deux ions à polarisabilités différentes dans le verre. On aura de ce fait une alternance de lames à haut indice de réfraction n H et de lames à bas indice de réfraction n B . Plus les polarisabilités des ions dans les lames alternées seront différentes et plus les indices de réfractions seront différents, ce qui est préféré pour rediriger des rayons incidents d'angle d'incidence plus élevé.
Selon un mode de réalisation, les deux matériaux alternés en surface sont solide pour l'un et liquide pour l'autre. Le premier matériau est solide et du type métal comme l'argent, thallium, cuivre ou du type émail contenant au moins l'un des éléments du groupe Ag, Ba, Tl, Cu, Li, Na, K, Ca, Sr. L'autre
matériau peut également être solide et du type métal comme l'argent, thallium, cuivre ou du type émail contenant au moins l'un des éléments du groupe Ag, Ba, Tl, Cu, Li, Na, K, Ca, Sr, tout en étant différent du premier matériau. L'autre matériau peut être liquide, généralement du type sel fondu comme AgN03, NaNO 3 , TINO 3 , KNO 3 , LiNO 3 , Ca ou BaTFSI (« TFSI » signifie Bis(trifluorométhanesulfonyl)imide), etc.
De préférence, les deux matériaux alternés en surface du verre sont source d'éléments cationiques à mobilité équivalente, ce qui permet d'éviter la distorsion des lignes de champ lors de la migration et donc d'obtenir des lames à bord droits. Cette mobilité peut se déterminer par mesure de la vitesse de pénétration d'un ion dans un verre dans des conditions données (température, matrice verrière). La profondeur de pénétration peut en effet aisément se déterminer par observation au microscope électronique à balayage ou prise de poids du substrat. De manière avantageuse, si l'un des matériaux est source d'un ion du groupe Ag, Tl, Cu, alors on choisit le deuxième matériau source d'un ion du groupe Na, Li, K. Si l'un des matériaux est source de Ba, alors on choisit de préférence le deuxième matériau source d'un ion du groupe Ca, Sr. Généralement, les lames haut indice contiennent au moins un élément du groupe Ag, Tl, Cu, Ba en plus forte teneur que les lames bas indice.
On fait migrer les éléments cationiques sous champ électrique un temps suffisant pour que les lames créées dans le verre aient la profondeur souhaitée (sur la profondeur voulue dans le verre à partir de la surface).
Le matériau solide peut par exemple être un émail de l'élément que l'on veut faire diffuser. Cet émail est généralement réalisé à partir d'une fritte déposée par sérigraphie. Après échange ionique, on enlève le matériau solide, par exemple par polissage ou attaque acide.
Si l'un des matériaux est liquide, le procédé peut comprendre une étape supplémentaire qui consiste à appliquer une couche de protection sur le matériau solide avant mise en contact avec le matériau liquide. La couche de protection a pour fonction d'empêcher que l'élément cationique du matériau liquide migre dans le matériau solide et perturbe, par un effet de « dilution », l'échange de l'élément cationique contenu dans le verre par l'élément cationique contenu dans le matériau solide.
La couche de protection peut être par exemple une couche de Ni/Cr, de Ti, de Si ou d'Ag. Elle est de préférence déposée sur l'émail par magnétron. L'épaisseur de la couche peut varier de 100 nm à 1 μm, et de préférence est comprise entre 150 et 300 nm. Le principe de l'échange ionique dans du verre en lui-même est connu de l'homme du métier. Les espèces à échanger migrent sous l'effet d'un champ électrique appliqué par l'intermédiaire d'une électrode et d'une contre-électrode placées de part et d'autre du substrat de verre. La migration des éléments cationiques est à sens unique dans le substrat. Ceci signifie que les ions à insérer dans le verre arrivent par une face côté électrode, alors que les ions expulsés du verre le sont par l'autre face, du côté de la contre-électrode.
L'électrode et la contre-électrode peuvent être constituées d'un sel ionique, d'un émail conducteur (au moins aussi conducteur que le substrat lui- même à la température de l'échange) ou d'une couche mince conductrice métallique ou céramique comme en Ti, Ni/Cr, Al, ITO, Snθ2:F, etc.
Selon un mode de réalisation, on peut-être amené à réaliser des bandes d'un émail en surface du substrat. La réalisation d'un émail en surface du substrat à partir d'une fritte de verre se réalise de manière connue de l'homme du métier. Notamment la cuisson de l'émail est effectuée à une température supérieure à la température de fusion de la fritte de verre et inférieure à la température de ramollissement du substrat. La durée de la cuisson doit être suffisante pour que la fritte de verre forme une matrice vitreuse. A titre d'illustration pour un substrat en verre silicosodocalcique, la cuisson est opérée à une température n'excédant pas 700 0 C, de préférence variant de 600 à 680 0 C pendant moins de 60 minutes, de préférence 10 à 30 minutes. Selon sa conductivité, l'émail en forme de bande et placé du côté électrode, en plus de sa fonction source d'ion, peut jouer lui-même le rôle d'électrode. Dans ce cas, il est souhaitable que l'émail possède une porosité la plus faible possible (ou une compacité la plus élevée) afin d'obtenir le plus fort taux d'échange ionique.
Pour le cas où un émail est utilisé en contre-électrode, il peut avoir une porosité plus élevée.
Pour le cas où un sel fondu est utilisé comme source d'un ion, d'électrode ou de contre-électrode, le sel est de préférence maintenu à une
température supérieure d'au moins 10 0 C et de préférence d'au moins 20 0 C à sa température de fusion.
L'échange ionique est réalisé sous champ électrique. La valeur du champ électrique appliqué dépend de la nature des éléments cationiques à échanger, et également de la composition du substrat. En général, le champ électrique est choisi de manière à obtenir une vitesse de migration dans le substrat comprise entre 0,01 à 1 μm/min. Ce champ est généralement compris entre 1 et 1000 volts par millimètre d'épaisseur du substrat.
En vision directe sensiblement perpendiculaire au substrat, les lames sont généralement invisibles et ne modifient pas sensiblement sa transparence.
Les ions échangés sont choisis pour avoir une mobilité équivalente, ce qui induit que les lames haut et bas indice ont sensiblement la même profondeur dans le verre. Ceci est préféré car sinon les lames s'écartent de la forme parallélépipédique et le substrat perd de sa transparence, devient flou en vision directe, et de plus, l'effet de déviation est moins bon (intensité redirigée inférieure et/ou angle de déviation moins fort).
La profondeur des lames (haut et bas indice) peut aller de 1 μm à 1000 μm et généralement de 20 μm à 700 μm. Par profondeur on entend la dimension de la lame vers le cœur du substrat (voir figure 6). La largeur des lames haut indice peut aller de 1 μm à 1000 μm et plus généralement de 20 à 500 μm. Par largeur, on entend la dimension de la lame parallèlement à la surface du substrat, c'est-à-dire la distance entre les interfaces avec les deux lames voisines (d'indice de réfraction différent de la lame considérée). De préférence, le rapport de la profondeur sur la largeur des lames haut indice peut aller de 0,1 à 150 et plus généralement de 0,5 à 100. La largeur des lames bas indice est ajustable, et en particulier il est préférable pour des raisons d'efficacité que les lames bas indice aient une largeur inférieure à la largeur des lames haut indice. Cette largeur peut être comprise entre 1 et 100 μm, et plus généralement entre 2 et 50 μm. La longueur des lames est leur plus grande dimension. Elle peut correspondre à la largeur du vitrage, mais pas nécessairement. Le rapport de la longueur sur la largeur des lames est supérieur à 60 et même généralement supérieur à 600 et pouvant même être supérieur à 6000 (cas des baies vitrées par exemple).
Le substrat en verre peut avoir un indice de réfraction n s allant de 1 ,3 à 2. Les lames haut indice peuvent avoir un indice de réfraction allant de 0,8 n s à 1 ,2 n s . Les lames bas indice peuvent avoir un indice de réfraction allant de 0,8 n s à 1 ,2 n s . Le rapport entre les indices de réfraction des deux types de lame, (lames haut indice et lames bas indice) peut être choisi dans le domaine allant de 1 ,01 à 1 ,2. Notamment, un verre sodocalcique a généralement un indice de réfraction n SO do compris entre 1 ,47 et 1 ,55. Des lames riches en argent réalisées par échange du sodium contenu dans le verre avec de l'argent provenant de nitrate d'argent a généralement un indice de réfraction allant de 1 ,01 n SO do à 1 ,2 n SO do- Lorsque l'un des groupes de lames (généralement celles à bas indice) a fait l'objet d'une migration d'ions déjà contenus dans le verre (par exemple du sodium pour un verre sodocalcique), ces lames de ce groupe ont sensiblement le même indice de réfraction que le verre de départ.
Par la migration mise en œuvre dans le cadre de l'invention, un ion qui va en remplacer un autre au sein d'une lame peut le remplacer à raison de 10 à 100% en mole, généralement à plus de 20% en mole.
Les lames peuvent équiper un vitrage en application daylighting. Dans ce cas, le vitrage est généralement placé verticalement, de sorte que la longueur des lames soient horizontales. Cependant, on peut aussi placer le vitrage en toiture, incliné par rapport à l'horizontale ou même horizontal, auquel cas la lumière déviée peut l'être vers un mur. Les lames sont aussi horizontales dans la mesure ou la longueur L des lames est horizontale (voir figure 6).
La zone comprenant les lames dont la surface est lisse occupe généralement une hauteur d'au moins 10 cm et plus généralement une hauteur d'au moins 20 cm du vitrage, généralement sur toute la largeur du vitrage (la longueur L des lames peut correspondre à la largeur du vitrage) et dans la partie supérieure du vitrage (lorsque le vitrage est en position d'utilisation). Il est également possible de placer les lames sur l'intégralité du vitrage. Les lames peuvent être situées sur la face du vitrage recevant la lumière incidente ou sur la face du vitrage où la lumière émerge (face tournée vers l'intérieur du bâtiment). Le verre (ou vitrage) a une surface généralement supérieure à 10 cm 2 et même supérieure à 400 cm 2 .
Le vitrage selon l'invention est généralement placé dans un équipement d'ouverture d'un mur. Le mur est généralement une limite de bâtiment (local de
toute nature : habitation, bureau, hangar, etc.) avec l'extérieur, de sorte que le vitrage reçoit la lumière solaire. Cependant, le mur peut aussi se situer à l'intérieur d'un bâtiment. Le terme « mur » est donc à prendre dans un sens large et recouvre notamment le terme « cloison ». Le mur fait généralement un angle (généralement un angle droit) dans sa partie supérieure avec un plafond. L'équipement d'ouverture peut être du type vasistas, et être placé incliné ou même horizontal, notamment en toiture. L'équipement selon l'invention est avantageusement utilisé pour renvoyer la lumière naturelle (ou solaire) vers le plafond ou un mur. L'ouverture est toute ouverture pouvant laisser passer la lumière et peut être une fenêtre, une porte, une porte-fenêtre, un vasistas. Le terme « ouverture » se rapporte surtout à la faculté de la lumière de pouvoir passer à travers elle et ne signifie pas nécessairement que des objets ou personnes physiques peuvent passer à travers elle. Notamment, l'ouverture peut être un vitrage scellé dans le mur sans aucune possibilité d'être ouvert dans un but d'aération par exemple. L'invention concerne également un bâtiment comprenant une ouverture équipée d'un équipement selon l'invention.
La figure 1 représente le procédé partant d'un solide contenant l'élément cationique dont on veut enrichir un verre sodocalcique (de 2,1 mm d'épaisseur) localement pour créer les lames haut indice à sa surface (en profondeur). On a déposé à la surface du verre 1 des bandes 2 un émail contenant de l'argent sous forme de particules métalliques (environ 90% d'argent en poids après cuisson), et l'on a placé le substrat ainsi revêtu dans un bain de nitrate de sodium 3 pur fondu chauffé à 320 0 C. On a fait migrer les ions pendant quelques heures sous champ électrique par application d'une tension de 100 volts. Sous les bandes d'émail, le substrat s'est enrichi en l'élément Ag pour former des lames 4 et s'est appauvri localement en l'élément Na. Après élimination des bandes d'argent 2, on retrouve la surface lisse 5 du substrat avec une alternance de lames haut indice 4 et de lames bas indice 6. Ces lames bas indice sont de composition et d'indice de réfraction voisins de ceux du verre de départ. En effet, les ions sodium entrant ont remplacé des ions Na, Ca et autres éléments alcalin ou alcalino-terreux éventuellement présents à l'origine. La longueur des lames est perpendiculaire à la surface.
La figure 2 représente le procédé selon l'invention partant d'un liquide contenant un élément cationique dont on veut enrichir un verre sodocalcique
(de 2,1 mm d'épaisseur) localement pour créer des lames haut indice à sa surface. On a déposé à la surface du verre 10 des bandes 11 d'un émail contenant 20% en poids d'oxyde de sodium, et l'on a placé le substrat ainsi revêtu dans un bain de nitrate d'argent 12 pur fondu chauffé à 320 0 C. On a fait migrer les ions pendant quelques heures sous champ électrique par application d'une tension de 100 volts. Sous les bandes d'émail 11 , le verre a une composition proche de celle du verre de départ et forme les lames bas indice 15. Entre les bandes d'émail, le substrat 10 s'est enrichi en l'élément Ag pour former des lames haut indice 13 et s'est appauvri en l'élément Na. Après élimination des bandes 11 par polissage, on retrouve la surface lisse 14 du substrat avec une alternance de lames haut indice 13 et de lames bas indice 15. La longueur des lames est perpendiculaire à la surface.
La figure 3 représente un vitrage 30 vertical vu en coupe équipé de lames haut indice 31 et bas indice 32 alternées, parallèles et horizontales. La surface du vitrage sur laquelle les lames sont localisées (la surface où elles émergent) se trouve du côté d'une source de lumière (cela pourrait être l'inverse). Les rayons lumineux 33 provenant de cette source et pénétrant le verre au niveau d'une lame haut indice sont réfléchis à l'interface entre la lame haut indice et la lame bas indice adjacente, et renvoyés vers le haut (généralement un plafond) de l'autre côté du vitrage. La lumière incidente dans le vitrage subit en effet une réflexion interne totale à l'interface haut-indice/bas- indice et est ainsi redirigée vers le haut. Le substrat en verre a une épaisseur de 4 mm. Les lames haut indice (indice n H ) ont par exemple une profondeur dans le verre de 160 μm, une largeur de 80 μm et sont séparées par des lames bas indice (indice n B ) de largeur 20 μm.
La figure 4 représente une vue en coupe d'un substrat pendant l'échange ionique sous champ électrique selon un mode de réalisation, selon lequel on utilise un solide contenant l'élément cationique dont on veut enrichir le verre localement pour créer les lames haut indice. Des motifs 71 , 72, 73 sont déposés à la surface d'un substrat verrier 74. Les motifs sont constitués d'un émail comprenant un élément cationique comme Ag, Tl, Ba, Cu. Le substrat 74 est immergé dans un bain 76 de sel fondu d'un élément cationique (choisi dans le groupe Li, Na, K, Ca, Sr ) ayant une mobilité dans le substrat égale ou presque égale à celle de l'élément cationique contenu dans l'émail. Dans le
bain 76 est immergée une électrode 77 en platine qui est raccordée à la borne positive d'un générateur 78. Une contre-électrode 79 de 200 nm en titane fixée sur la face opposée du substrat 74 (déposée par pulvérisation magnétron) opposée à celle portant les motifs 72, 73, 74 est reliée à la borne négative du générateur 78. Le récipient 75 est placé dans un four (non représenté) maintenu à une température suffisante pour que le sel 76 soit à l'état fondu. Une tension de 100 Volts est appliquée entre les électrodes 77 et 79 par le biais du générateur 78. L'élément cationique contenu dans les motifs 71 , 72, 73 et celui contenu dans le bain 76 diffusent simultanément dans le substrat 74. De l'autre côté du substrat, les ions alcalins expulsés diffusent à travers la contre- électrode et forment à sa surface une couche de carbonate ou d'hydroxyde d'alcalin (par réaction avec l'air). Les flèches épaisses dans la tranche du substrat indiquent le sens de migration des ions. Après l'échange, le substrat 74 est retiré du récipient 75 et les motifs 71 , 72, 73 à la surface du substrat sont éliminés par polissage ou attaque acide.
La figure 5 représente une vue en coupe du substrat pendant l'échange ionique sous champ électrique selon un mode de réalisation selon lequel on utilise un liquide contenant l'élément cationique dont on veut enrichir le verre localement pour créer les lames haut indice. Un émail est appliqué en bandes sur une face du substrat 81. L'émail 80 comprend un élément cationique choisi dans le groupe Li, Na, K, Ca, Sr. Le substrat 81 contient un élément cationique choisi dans le groupe Li, Na, K, Ca, Sr. Le substrat est immergé dans un bain 82 d'un sel fondu d'un élément cationique choisi dans le groupe Ag, Tl, Ba, Cu, contenu dans un récipient 83. L'élément cationique contenu dans le bain et l'élément cationique contenu dans l'émail ont une mobilité presque égale. Une électrode 84 en platine est reliée à la borne positive d'un générateur 85. Une électrode 86 en platine placée dans un bain 87 d'un sel fondu est reliée à la borne négative du générateur 85. Le récipient 83 est placé dans un four (non représenté) pour maintenir les sels des bains 82 et 87 à l'état fondu. Une tension de 100 Volts est appliquée entre les électrodes 84 et 86 par le biais du générateur 85. L'élément cationique contenu dans le masque 80 et l'élément cationique contenu dans le bain 82 migrent simultanément dans le substrat 81. Les flèches épaisses dans la tranche du substrat indiquent le sens de migration
des ions. Après l'échange cationique, le substrat 81 est retiré du récipient 83 et les motifs 80 à la surface du substrat sont éliminés par polissage.
La figure 6 représente en perspective une lame perpendiculaire à la surface 40 d'un substrat en verre, ledit substrat étant vertical et placé de sorte que la lame est horizontale (sa longueur L est horizontale). On distingue la tranche 41 du substrat. La lame a une profondeur p perpendiculairement à la surface et en profondeur de la surface vers le coeur, une largeur I et une longueur L. Cette longueur peut correspondre à la largeur du vitrage, mais pas nécessairement comme cela est d'ailleurs le cas sur la figure 6. Bien entendu, dans les figures, les différents éléments ne sont pas à la bonne échelle, par soucis de clarté.
EXEMPLE 1
Cet exemple illustre le mode de réalisation décrit dans les figures 1. On forme un substrat à partir d'une composition de verre silico-sodo- calcique comprenant les constituants ci-après, dans les proportions suivantes exprimées en pourcentage molaire : 71 % de Siθ2, 13,5 % de Na2θ, 9,5 % de CaO et 6 % de MgO. Ce substrat a un indice de réfraction de 1 ,52.
Sur une face du substrat (5 cm x 5 cm x 3,1 mm), on dépose un réseau de 400 bandes parallèles (largeur : 100 μm ; épaisseur : 50 μm ; distance bord à bord entre bandes: 20 μm) formés par sérigraphie au moyen d'une composition d'émail comprenant, en pourcentage en poids : 75 % de particules d'argent, 10 % d'une fritte de verre et 15 % d'un mélange de terpinéols (médium de sérigraphie permettant d'avoir la viscosité idoine pour l'application sur verre). La fritte de verre a la composition suivante, exprimée en % massique : 36 % de SiO 2 , 30 % de B 12 O 3 , 24,5 % de Na 2 O, 5,5 % de CaO, 4 % d'AI 2 O 3 .
Le substrat revêtu des motifs sérigraphiés est soumis à un traitement de cuisson de l'émail à 650 0 C pendant 30 minutes.
La face du substrat portant les motifs émaillés est mise en contact avec un bain de NaNO 3 fondu (320 0 C) relié à l'anode d'un générateur de tension électrique. L'autre face du substrat est en contact avec un autre bain de NaNO 3 fondu (320°C) relié à la cathode dudit générateur. L'échange ionique est effectué pendant 120 h en appliquant une différence de potentiel entre les
bornes du générateur de telle sorte que la vitesse de migration des ions Ag dans le substrat soit égale à 0,07 μm/min.
Sur le substrat, on mesure la profondeur de diffusion des ions Ag dans le verre au niveau des motifs et l'indice de réfraction des lames haut indice après échange à I 1 Ag :
• profondeur de diffusion : 500 μm
• n H = 1 ,55
Les lames bas indice ont la même profondeur que celle des lames haut indice et leur indice de réfraction est sensiblement le même que celui du verre de départ.
On enlève l'émail par attaque acide 5 min dans une solution de HNO3 à 68% massique.
On constate l'existence de lames haut indice parallèles de profondeur 500 μm et de largeur 100 μm, espacées par des lames bas indice parallèles de profondeur 500 μm et de largeur 20 μm.
Un rayon lumineux pénétrant dans le substrat au niveau des lames haut indice avec un angle de 17° par rapport à la normale au substrat vertical est redirigé vers le haut avec un angle identique pour 100% de l'intensité émergente. Un observateur peut regarder à travers le substrat à l'endroit du réseau sans que l'image ne soit déformée ni floue. EXEMPLE 2
On procède dans les conditions de l'exemple 1 modifié en ce que la largeur des bandes est de 160 μm et que l'on dépose par magnétron une couche de protection en Ni/Cr de 200 nm d'épaisseur sur les motifs obtenus après la cuisson de l'émail.
Sur le substrat, on mesure la profondeur de diffusion des ions Ag dans le verre au niveau des motifs et l'indice de réfraction des lames haut indice après échange à I 1 Ag :
• profondeur de lame : 500 μm • n H = 1 ,59
On constate que la couche de protection a permis un échange plus complet des ions sodium du verre par les ions argent.
Les lames bas indice ont la même profondeur que celle des lames haut indice et leur indice de réfraction est sensiblement le même que celui du verre de départ.
On constate l'existence de lames parallèles de profondeur 500 μm et de largeur 160 μm, espacées par des lames bas indice parallèles de profondeur 500 μm et de largeur 20 μm.
Un rayon lumineux pénétrant dans le substrat au niveau des lames haut indice avec un angle de 27° par rapport au substrat vertical est redirigé vers le haut avec un angle identique pour 100% de l'intensité émergente. Un observateur peut regarder à travers le substrat à l'endroit du réseau sans que l'image ne soit déformée ni floue. EXEMPLE 3
Cet exemple illustre un mode de réalisation décrit dans les figures 2 et 5.
On forme un substrat à partir d'une composition de verre silico-sodo- calcique dans les conditions de l'exemple 1.
Sur une face du substrat (5 cm x 5 cm x 2,1 mm), on dépose par sérigraphie une composition d'émail au sodium (épaisseur : 60 μm) sous la forme de bandes de largeur 20 μm séparées bord à bord de 200 μm. La composition d'émail comprend 70 % en poids d'une fritte de verre et 30 % en poids d'huile de ricin. La fritte de verre a la composition suivante, exprimée en % massique : 12 % de SiO 2 , 40 % de ZnO, 29 % de Bi 2 O 3 , 19 % de Na 2 O.
Le substrat revêtu de la couche sérigraphiée est soumis à un traitement de cuisson de l'émail à 680 0 C pendant 6 minutes.
La face du substrat portant l'émail est mise en contact avec un bain d'AgNOs fondu (300 0 C) relié à l'anode d'un générateur de tension électrique. L'autre face du substrat est mise en contact avec un mélange équimolaire de NaNOs et de KNO3 et est relié à la cathode dudit générateur. L'échange ionique est effectué pendant 55 h en appliquant une différence de potentiel entre les bornes du générateur telle que la vitesse de migration des ions Ag dans le substrat soit égale à 0,15 μm/min.
Sur le substrat, on mesure la profondeur de diffusion des ions Ag dans le verre au niveau des motifs correspondant aux ouvertures dans l'émail et l'indice de réfraction des lames haut indice.
• n H = 1 ,62 • profondeur de diffusion : 500 μm
Les lames haut indice ont une profondeur de 500μm et une largeur de 200 μm. Les lames bas indice ont la même profondeur que celle des lames haut indice et leur indice de réfraction est sensiblement le même que celui du verre de départ. Un rayon lumineux pénétrant dans le substrat au niveau des lames haut indice avec un angle de 34° par rapport au substrat vertical est redirigé vers le haut avec un angle identique pour 100 % de l'intensité émergente. Un observateur peut regarder à travers le substrat à l'endroit du réseau sans que l'image ne soit déformée ni floue.