La présente invention se rapporte notamment à un dispositif pour permettre l'identification ou l'authentification d'un produit ou d'un matériau.

Le recyclage des matériaux issus de produits arrivant en fin de vie est essentiel pour préserver nos ressources non renouvelables et diminuer nos impacts sur le changement climatique, les effets sur la santé humaine et les écosystèmes. Plusieurs freins au recyclage des matériaux existent, des freins techniques et des freins liés à l'acceptabilité sociale des matières recyclées.

Il existe encore plusieurs freins techniques au recyclage des matières issues des produits arrivant en fin de vie. Ces produits sont collectés et traités en fin de vie, cela conduit après broyage à trier des mélanges complexes [Reuter, 2005] alors qu'un produit avait pu être éco-conçu. Un autre frein est lié aux deux types de technologies de tri industrielles les plus représentatives du secteur du recyclage qui ne permettent pas de trier des matériaux par tri physico-chimique comme le tri densimétrique quand les densités se chevauchent et par tri spectrométrique rapide NIR quand les polymères sont de couleurs foncées. En 2009, 24.3 raillions de tonnes de déchets plastiques ont été générés en Europe et seulement 22,5% en moyenne ont été recyclés, tous secteurs confondus (PlasticsEurope, 2010). Les freins liés à l'acceptabilité sociale se situent au niveau de la traçabilité des substances toxiques potentiellement contenues dans les matériaux recyclés et des déchets que l'on retrouve dans les mers parce qu'ils ne sont pas recyclés.

Une proposition est donc d'ajouter une nouvelle propriété spécifique au matériau (signature, marquage) qui peut être détectée afin d'identifier et authentifier le matériau avec une machine de tri automatisée rapide industrielle. Des systèmes traceurs/polymère ont été mis au point à partir d'essais de laboratoire et des tests de détection ont été réalisés pour détecter les signaux de ces systèmes.

L'invention a pour but de proposer un appareil de détection dédié à l'identification de matériaux polymères de couleurs claires ou sombres contenant de faibles concentrations de traceurs, adapté pour les matériaux de couleur sombre et, pour des raisons de contraintes industrielles, notamment adapté au tri rapide en 10 millisecondes. Ces concentrations sont de préférence inférieures à lOOOppm et doivent être détectés dans des matériaux noirs. Les concentrations sont de préférences de 0,1 ppm à 1000 ppm. Les faibles concentrations ne modifient pas les propriétés des matériaux tracés, sont moins coûteuses et difficiles à contrefaire.

Pour atteindre son but, l'invention propose un appareil portatif caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour éclairer un objet avec un rayon lumineux incident, des moyens pour analyser un signal émis par l'objet sous l'effet du rayon incident. L'appareil peut en outre comprendre des moyens pour déterminer la présence et/ou l'absence de traceurs dans l'objet éclairé, et, de préférence, des moyens en déduire un code. Il peut aussi comprendre des moyens pour en déduire une conformité de l'objet éclairé à une référence et, de préférence, des moyens d'alerte en cas de non-conformité.

Avantageusement, un appareil selon l'invention comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

- autonome au niveau énergie ;

- intégration de son dispositif de calcul, tel qu'un microcalculateur ;

- des moyens de communication sans fil, par exemple du type Wifi ou Bluetooth pour simplifier, permettant éventuellement une connexion à Internet ;

- un module photographique et/ou un module GPS, pour assurer une traçabilité des mesures ;

- réponse automatique, par exemple une alerte en cas de non- conformité ;

- peut être couplé ou intégrable à un dispositif d'alerte (assurance-qualité) ou de sauvegarde/contrôle des informations en local ou sur Internet ;

- pas de partie mobile, sauf éventuellement une gâchette mettre en fonction ; - programmable, notamment en fonction des matrices ou des traceurs à détecter, et, ajustable en fonction de la pureté ou du grade recherché, notamment pour la fixation d'un indice de confiance, par exemple 95% ;

- une source d'excitation choisie pour une longue durée de vie, de préférence plusieurs milliers d'heures ;

- sensible, même aux signaux très faibles : détection des traceurs même à très faible concentrations par exemple de quelques centaines à quelques fractions de ppm ;

- des moyens de traitement du signal émis par l'objet, permettant l'identification de traceurs dans des matrices fortement colorées ou noire noires ; - capacité à identifier non seulement des objets type emballages mais aussi de faibles surfaces telles des étiquettes, des capsules, des copeaux, des particules ou des poudres. Un but de l'invention est notamment d'identifier des objets, des particules ou des matières, de manière automatique, et délivrer un signal de fluorescence qui permettra d'authentifier les matériaux, produits et qui peut être susceptible de notifier une alerte, par exemple pour un contrôle- qualité, en cas de non- conformité.

Plusieurs modes d'exécution de l'invention seront décrits ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels :

- La figure 1 est une vue en en élévation d'un mode de réalisation pour un appareil selon l'invention ; et,

- La figure 2 est un schéma illustrant les composants et le fonctionnement du dispositif de la figure 1.

La figure 1 est une vue en élévation d'un appareil 1 selon l'invention. Dans l'exemple illustré, L'appareil est un spectroscope est un système compact et ergonomique, sans partie mobile ; il est portatif et adapté à une utilisation en post-production pour le contrôle qualité de matières ou contre la contrefaçon.

Comme illustré à la figure 2, cet appareil comprend un canon 2 s 'étendant vers l'avant et prévu pour éclairer un objet 10 (voir figure 2) à analyser à l'aide d'un rayon lumineux incident 13, puis pour recueillir un signal lumineux 14 émis par l'objet sous l'effet du rayon incident. Il comprend en outre une poignée 3 prévue pour tenir l'appareil avec une main. La poignée est équipée d'une gâchette 4 prévue pour être actionnée avec l'index de la main qui tient l'appareil. La gâchette, lorsqu'elle est enfoncée, entraîne le fonctionnement de l'appareil.

Un calculateur 5 permet de transformer les données analogiques recueillies en données numériques. Dans l'exemple illustré, une clé USB 6 est branchée sur une prise USB du calculateur 5, afin de transmettre ces données à un ordinateur, de préférence portable. L'appareil fonctionne à partir de l'énergie fournie par les ports USB de l'ordinateur. Dans un mode de réalisation amélioré, l'appareil est autonome en énergie, de préférence avec une batterie rechargeable. De même, le calculateur comprend des moyens de transmission sans fil des données recueillies vers l'ordinateur, si nécessaire. Dans le cas d'un appareil prévu pour l'authentification de l'objet, il comprend avantageusement des moyens d'affichage, par exemple un écran pour afficher « vrai » lorsque l'objet et authentique ou « faux » dans le cas contraire.

Comme illustré à la figure 2, un appareil 1 selon l'invention comprend :

- une source ou plusieurs sources 11,12, par exemple ultra- violet (UV) ou Infra-rouge (IR) pour fournir un rayon incident (13) ;

- un système 15-19 pour détecter un signal de fluorescence (visible, IR,UV)

- un système de traitement 5 du signal pour identifier le système polymère- traceur

Une source 11 peut être polychromatique ou monochromatique :

- Pour l'UV elle peut être choisie parmi les lasers, les diodes laser, les diodes électroluminescentes, les tubes à gaz comme par ex un lampe xénon ou lampe à mercure, fonctionnant en mode puisé ou en continu, munis ou pas d'un réflecteur ou d'un condenseur, muni ou pas de filtres, par exemple interférentiels pour sélectionner les bonnes longueurs d'onde d'excitation des traceurs et muni ou pas de fibre optique pour transporter le rayonnement.

- Pour l'IR elle peut être choisie parmi les lasers, les diodes laser, les diodes électroluminescentes, les lampes comme par ex les lampes à filaments, fonctionnant en mode puisé ou en continu munis ou pas d'un réflecteur, d'un condenseur, muni ou pas de filtres par exemple interférentiels pour sélectionner les bonnes longueurs d'onde d'excitation des traceurs et muni ou pas de fibre optique pour transporter le rayonnement.

La source 11 peut aussi être prévue pour émettre des micro-ondes et/ou des rayons X, adaptés à l'analyse de traceurs de dernière génération.

Dans l'exemple illustré à la figure 2, la source la source 11 comprend une ou plusieurs LED UV et une diode laser IR ; la source est munie d'un filtre interférentiel 12 adapté. Cette source est particulièrement adaptée à l'analyse d'objets comprenant des traceurs fluorescents dans la masse ou en surface.

Le système de détection des signaux de fluorescence 14 émis par l'objet 10 lorsqu'il est éclairé par le rayon incident 13, comprend deux dispositifs :

- un collecteur des photons de fluorescence des traceurs contenus dans l'objet ; et,

- un détecteur de type spectromètre, qui permet de déterminer les longueurs d'onde des signaux de fluorescence émis par les traceurs.

Le spectromètre peut être constitué d'un spectromètre rapide issu du commerce ou conçu de façon optimale à partir de différents éléments comme dans l'exemple illustré à la figure 2 :

- une fente d'entrée 15, cette fente pouvant être remplacée par un trou calibré ou une rangée de fibres de petits diamètres ; - un système dispersif pour les longueurs d'onde de type réseau de diffraction 17, un tel réseau pouvant être remplacé par un prisme ou un dispositif de type Perot-Fabry ou des filtres interférentiels sélectionnés pour les longueurs d'ondes de fluorescence des traceurs ;

- un ou des optiques 16, 18 de collimation et de concentrations des faisceaux ; et,

- au moins un capteur de photons 19, de haute sensibilité.

L'entrée peut comprendre une ou plusieurs fentes et/ou un ou plusieurs trous calibrés pour faire simultanément plusieurs analyses d'un même échantillon, objet ou particule, ou de plusieurs.

Les optiques peuvent, par exemple, être un premier objectif 16 placé entre la fente 15 et le réseau 17 et/ou un deuxième objectif 18, placé entre le réseau et le capteur 19. Le deuxième objectif 18 et les capteurs 19 peuvent faire partie d'une caméra numérique.

Le capteur 19 peuvent être choisis parmi :

- des barrettes de photodiodes, ces diodes pouvant être à avalanche ou pas ; - des capteurs CCD ;

- des capteurs EMCD ;

- des capteurs CMOS.

Les capteurs peuvent :

- être linéaires ou bidimensionnels ;

- être refroidis ou pas ;

- intégrer des filtres sélectifs, par exemples du type matrice de Bayer, filtre IR, filtre L RVB ;

- intégrer un ou des réseaux de microlentilles. Les capteurs CCD linéaires sont plus rapides et peuvent détecter dans des temps d'intégration de 1ms. Les temps de transfert des données sont en générale de 2μ8. Dans l'exemple illustré, le capteur 19 est un capteur CCD monochrome progressif de marque Sony ICX445AL. Ce capteur offre une meilleure sensitivité lumineuse sur tout le spectre visible, que d'autres capteurs connus, et notamment sur la partie moyenne à haute des longueurs d'onde. Dans l'exemple illustré, le signal détecté pour identifier les matériaux tracés est une intensité de fluorescence à des longueurs d'onde spécifiques des traceurs. Le choix des traceurs et leur concentration sont dépendants du système de détection, de la fluorescence des polymères et la durée de vie de fluorescence des traceurs et de la taille des particules analysées.

Selon l'invention, le choix des traceurs et leur concentration comprend les étapes suivantes :

- analyser la fluorescence des matériaux à tracer ;

- déterminer une fenêtre d'excitation et d'émission où la fluorescence des matériaux de la matrice est faible ;

- choisir un traceur adapté au matériau et aux matériels de lecture existants sur le marché ;

- calculer la concentration de traceur pour avoir un signal sur bruit permettant une détection avec un intervalle de confiance de préférence de 95%.

Notamment lorsque l'appareil est utilisé pour le tri sélectif, l'objet peut être une particule de matière identifiable par les traceurs qu'elle contient. La collecte des photons émis par la particule, c'est-à-dire les signaux de fluorescence émis sous l'effet du rayon incident se fait, par exemple, à l'aide d'un objectif. Cet objectif collecte et concentre les signaux lumineux émis par une ou plusieurs particules à l'entrée de l'appareil. Alternativement ou en complément, une ou plusieurs fibres optiques peuvent être utilisées pour collecter et transporter les signaux de fluorescence émis par une particule vers le détecteur, dans cas d'une fibre unique, voire les signaux de fluorescence émis par plusieurs particules vers le ou les détecteurs, dans le cas d'une fibre multibrins.

Un appareil selon l'invention permet d'identifier des objets, des particules ou des matières grâce à la détection d'une signature de traceurs en vue du tri ou de l'authentification de ces objets, particules ou matières. Un tel appareil peut être utilisé ou en vue d'une démarche qualité au sein de la production de ces objets, particules ou matières. L'appareil permet de détecter une ou plusieurs combinaisons de longueurs d'onde et d'intensité formant un code correspondants à une signature. Après analyse faite avec l'appareil, un tel code peut notamment permettre de connaître des informations en lien avec ce code, telles que : l'année de fabrication, le code du fabricant, le type de matière, etc. Ici, le type de traceur est donné par la case coloriée en vert donnant le nom du traceur.

L'excitation des traceurs se fait par exemple dans le domaine de l'Ultra- Violet (Traceurs Stokes) ou de l'infrarouge (Traceur anti-Stokes) et la détection du système polymère-traceur se fait par exemple dans le visible, dans l'UV ou l'infrarouge. Cette configuration est très favorable pour les plastiques de couleur claire et sombre. Le temps d'acquisition se fait avantageusement entre 10 et 10000 ms. Les longueurs d'ondes d'excitation des traceurs, seront comprises pour l'UV entre 280 et 400 nm mais peuvent être étendus à d'autres longueurs d'ondes. Pour l'excitation IR, les longueurs pourront aller de 800 à 1500 nanomètres. Les détecteurs peuvent être des tubes photomultiplicateurs, des photodiodes à avalanche ou tout dispositif susceptible de détecter et/ou d'amplifier des signaux lumineux de faibles intensités, muni de dispositifs de type Perot-Fabry, filtres interférentiels sélectionnés pour les longueurs d'ondes de fluorescence des traceurs.

Un système selon l'invention, utilisant un appareil selon l'invention, comprend un système portatif de lecture des traceurs, des objets, notamment des particules, à identifier composées d'un matériau additivé de traceurs fluorescents.

Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation préférés qui viennent d'être décrits, mais au contraire l'invention est définie par les revendications qui suivent. II apparaîtra en effet à l'homme de l'art que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci-dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.

Ainsi, ce qui a précédemment été décrit en référence au tri de particules de matières est aussi applicable à l'authentification, c'est-à-dire, notamment à la lutte anti-contrefaçon.

En outre, à système de détection identique, dans le visible et le proche infrarouge, il est possible d'exciter dans l'ultra- violet (effet Stokes) ou vers 900- 1000 nm (effet anti-Stokes).