1. DOMAINE DE L'INVENTION

L'invention concerne la mesure du champ électromagnétique.

Plus précisément, l'invention concerne une conception nouvelle du composant sensible d'un dispositif de mesure de champ électromagnétique, plus couramment appelé capteur de champ électromagnétique.

L'invention a de nombreuses applications, telles que par exemple la caractérisation du champ électrique et/ou magnétique de systèmes rayonnants tels que les radiotéléphones, les antennes, les émetteurs-récepteurs hyperfréquences, les dispositifs à micro-ondes, les lignes à haute-tension, les circuits imprimés, les dispositifs radars, les dispositifs à induction, etc.

2. ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE

Les capteurs de champ électromagnétique de l'état de la technique, à partir desquels la présente technologie a été développée, comprennent un composant sensible à l'énergie produite par un champ électromagnétique, dont les propriétés thermiques sont exploitées pour mesurer le champ électromagnétique. Ce composant sensible comprend une couche mince d'un matériau absorbant, apte à absorber partiellement l'énergie du champ électromagnétique que l'on souhaite mesurer et à convertir cette énergie en chaleur. L'échauffement du matériau absorbant se traduit par l'émission d'une lumière infrarouge qui est détectée par une caméra infrarouge équipant le capteur. La lumière infrarouge détectée, convertie par exemple sous la forme d'une image thermique, permet de caractériser le champ électromagnétique dans lequel se trouve le composant sensible. Cette technique connue, dite thermographie infrarouge, est plus amplement décrite dans le document de brevet FR2787583. Elle permet d'obtenir une cartographie bidimensionnelle ou tridimensionnelle du champ électromagnétique par analyse du rayonnement infrarouge produit par le composant sensible (technique aussi connue sous le nom de EM IR ^® ).

Toutefois, l'usage d'un détecteur infrarouge rend la mise en œuvre du capteur électromagnétique relativement coûteuse.

De plus, cette technique requiert nécessairement la présence d'un support électromagnétiquement et thermiquement neutre pour supporter la couche de matériau absorbant. Une telle configuration n'est pas toujours adaptée à la mesure de champ électromagnétique de certains objets (objets produisant un champ électromagnétique de forme complexe ou mal connue par exemple). 3. OBJECTIFS DE L'INVENTION

L'invention, dans au moins un mode de réalisation, a notamment pour objectif de pallier ces différents inconvénients de l'état de la technique.

Plus précisément, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, un objectif est de fournir un capteur de champ électromagnétique à coût réduit.

Au moins un mode de réalisation de l'invention a également pour objectif de fournir une technique de fabrication d'un capteur de champ électromagnétique qui soit simple à mettre en œuvre et peu coûteuse.

Un autre objectif d'au moins un mode de réalisation de l'invention est de fournir une technique de mesure de champ électromagnétique à large bande spectrale.

Un autre objectif d'au moins un mode de réalisation de l'invention est de fournir une technique de mesure de champ électromagnétique s'adaptant à tout type de structures ou d'objets.

Un objectif complémentaire d'au moins un mode de réalisation de l'invention est de fournir une technique de visualisation bidimensionnelle ou tridimensionnelle du champ électromagnétique qui soit simple et peu coûteuse à mettre en œuvre.

4. EXPOSÉ DE L'INVENTION

Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, il est proposé un composant sensible à un champ électromagnétique, comprenant : un premier matériau absorbant, apte à absorber partiellement une énergie d'un champ électromagnétique donné et à convertir en chaleur l'énergie absorbée, et un deuxième matériau fluorescent et thermosensible, placé en contact avec ledit premier matériau de façon à emmagasiner la chaleur convertie par ledit premier matériau, ledit deuxième matériau étant apte à réémettre, sous l'action d'une lumière d'excitation prédéterminée, une lumière par fluorescence d'intensité lumineuse dépendant de la chaleur emmagasinée.

L'invention repose sur une approche astucieuse consistant à tirer profit des propriétés de thermofluorescence d'un matériau fluorescent et thermosensible pour réaliser des mesures de champ électromagnétique. L'invention consiste à utiliser réchauffement du premier matériau absorbant partiellement l'énergie du champ électromagnétique et l'associer à un deuxième matériau fluorescent qui est sensible à la température pour permettre la caractérisation du champ électromagnétique. Ce deuxième matériau est en effet apte, lorsque soumis à une lumière d'excitation prédéterminée, à réémettre une lumière par fluorescence dont l'intensité lumineuse dépend de la température du premier matériau.

On entend par « matériau absorbant », un matériau absorbant partiellement l'énergie du champ électromagnétique, c'est-à-dire absorbant entre 1% et 20% de l'énergie du champ électromagnétique. On entend par « placé en contact » le fait que le deuxième matériau est disposé par rapport au premier matériau de façon à ce qu'un transfert thermique s'opère du premier vers le deuxième matériau. Enfin, on entend par « champ électromagnétique », le fait que le composant sensible est sensible à un champ électrique et/ou un champ magnétique.

Selon une première mise en œuvre particulière de l'invention, le composant sensible se présente sous la forme d'une structure en couches superposées comprenant une première couche dudit premier matériau et une deuxième couche dudit deuxième matériau s'étendant sur ladite première couche.

Cette configuration particulière est simple et peu coûteuse à mettre en œuvre. A noter que chaque couche de premier ou de deuxième matériau est formée d'au moins une couche mince de ce matériau.

Selon une deuxième mise en œuvre particulière de l'invention, le composant sensible se présente sous la forme d'une couche au sein de laquelle lesdits premier et deuxième matériaux sont mélangés de manière homogène.

Cette configuration particulière permet une diffusion efficace de l'énergie thermique du premier matériau au deuxième matériau. Les mesures de température sont donc plus représentatives de la température du premier matériau, rendant les mesures de champ électromagnétique de fait plus précises.

Selon une réalisation particulière du composant, ledit premier matériau est un matériau composite comprenant une matrice électriquement isolante et des particules électriquement conductrices. Cette réalisation particulière est particulièrement bien adaptée à la mesure du champ électrique.

Selon une variante de réalisation, le premier matériau est un matériau composite comprenant une matrice électriquement isolante et des particules magnétiques. Cette variante de réalisation est particulièrement bien adaptée à la mesure du champ magnétique.

Selon un aspect particulier de l'invention, la première couche est configurée sous forme d'un réseau périodique de plots dudit premier matériau, ledit premier matériau étant un matériau magnétique ou ferromagnétique. Cette configuration particulière permet d'améliorer la sensibilité des mesures de champ magnétique.

Selon un aspect particulier de l'invention, ledit deuxième matériau comprend au moins un composé appartenant à la famille des fluorophores.

Selon un aspect particulier de l'invention, ledit deuxième matériau est thermosensible dans une plage de températures comprise entre -200 et + 300 degrés Celsius. Cette plage correspond aux conditions de température dans l'espace.

Selon un autre aspect de l'invention, ledit deuxième matériau est thermosensible dans une plage de températures comprise entre 10 et 40 degrés Celsius. Cette plage correspond aux conditions de température dite ambiante. Les mesures de champ électromagnétique peuvent ainsi être effectuées à température am biante.

Selon une caractéristique particulière de l'invention, la lumière d'excitation prédéterminée et la lumière par fluorescence réémise présentent une longueur d'onde différente. On évite ainsi de faire chevaucher le spectre d'excitation du matériau fluorescent avec son spectre d'émission de fluorescence. De façon privilégiée, on choisira le matériau fluorescent de sorte que la longueur d'onde de la lumière d'excitation et la longueur d'onde de la lumière par fluorescence sont les plus éloignées l'une de l'autre, afin de faciliter l'exploitation des mesures.

Selon une caractéristique particulière de l'invention, la longueur d'onde de la lumière d'excitation prédéterminée est comprise dans la plage 300 à 500 nm et en ce que la longueur d'onde de la lumière par fluorescence a une longueur d'onde comprise dans la plage 400 à 800 nm. Cela offre la possibilité d'utiliser un détecteur conçu pour détecter la lumière dans la bande spectrale du visible, ce qui évite l'utilisation d'un détecteur infrarouge traditionnel qui est relativement coûteux.

Selon un aspect particulier de l'invention, ledit deuxième matériau comprend une pluralité de composés fluorescents chacun apte à réémettre une lumière par fluorescence de longueur d'onde distincte. Cela permet d'obtenir des mesures de champ électromagnétique plus précises en déterminant la température du composant à partir de valeurs relatives d'intensité lumineuse et non de valeurs absolues. Ainsi, la lumière par fluorescence réémise par le composant sensible est composée d'autant de longueurs d'onde que de composés fluorescents différents présents dans le deuxième matériau, ce qui permet d'améliorer la fiabilité des mesures de champ électromagnétique. Dans un autre mode de réalisation particulier de l'invention, il est proposé un dispositif de mesure d'un champ électromagnétique, comprenant un composant sensible tel que défini précédemment dans l'un quelconque de ses différents modes de réalisation, ledit dispositif comprenant en outre : une source de lumière d'excitation configurée pour émettre ladite lumière d'excitation prédéterminée, et un détecteur de lumière configuré de façon à recevoir, en provenance dudit composant sensible, de la lumière par fluorescence, et de façon à détecter l'intensité de la lumière par fluorescence reçue.

Le dispositif selon l'invention est moins coûteux à mettre en œuvre que les dispositifs de mesure traditionnels utilisant un détecteur thermique infrarouge. En effet, un détecteur de lumière dont la bande spectrale est comprise dans la bande du visible (et donc moins onéreux) est adapté à la détection de la lumière par fluorescence pouvant être réémise par le composant sensible.

Selon un aspect particulier de l'invention, le dispositif comprend un filtre spectral configuré de façon à empêcher la lumière d'excitation en provenance du composant sensible ou de la source de lumière, d'être reçue par le capteur de lumière. On augmente ainsi le rapport signal sur bruit du signal de fluorescence détecté par le détecteur de lumière, ce qui permet d'obtenir des mesures de champ électromagnétique plus précises.

Selon un mode de mise en œuvre particulier, le dispositif comprend une fibre optique multicanaux dont une première extrémité est reliée à une face du composant sensible, une deuxième extrémité est reliée à un module comprenant ledit détecteur de lumière et ladite source de lumière d'excitation. Une telle configuration permet de réaliser des mesures ponctuelles de champ électromagnétique.

Dans un autre mode de réalisation particulier de l'invention, il est proposé un procédé de mesure d'un champ électromagnétique au moyen d'un composant sensible comprenant un premier matériau absorbant et un deuxième matériau fluorescent et thermosensible, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :

- soumettre ledit composant sensible au champ électromagnétique de sorte que ledit premier matériau absorbe partiellement une énergie du champ électromagnétique et convertit l'énergie absorbée en chaleur et que ledit deuxième matériau, placé en contact avec ledit premier matériau, emmagasine la chaleur convertie par ledit premier matériau ; - exposer ledit composant sensible à une lumière d'excitation prédéterminée de sorte que ledit deuxième matériau réémette une lumière par fluorescence d'intensité lumineuse dépendant de la chaleur emmagasinée ;

- détecter la lumière par fluorescence réémise par ledit deuxième matériau lors de l'exposition dudit composant sensible à la lumière d'excitation prédéterminée ;

- mesurer le champ électromagnétique en fonction d'une intensité de la lumière par fluorescence détectée.

Ainsi, l'invention propose un nouveau procédé de mesure de champ électromagnétique par thermofluorescence. Ainsi, le caractère innovant réside dans le fait de corréler l'intensité de fluorescence détectée à la température du composant sensible (c'est-à-dire à la chaleur emmagasinée) pour réaliser une mesure du champ électromagnétique. Par « mesure du champ électromagnétique », on entend le fait de mesurer un champ électrique et/ou un champ magnétique.

Cet autre mode de réalisation particulier peut être vu comme une utilisation du composant sensible pour la mise en œuvre d'une mesure de champ électromagnétique : soumission du composant sensible au champ électromagnétique à mesurer, exposition du composant sensible à la lumière d'excitation pour activer ses propriétés de fluorescence, détection de lumière par fluorescence réémise le composant sensible et réalisation d'une mesure du champ électromagnétique en fonction de l'intensité de la lumière par fluorescence qui a été détectée.

Dans un autre mode de réalisation particulier de l'invention, il est proposé un procédé de fabrication d'un composant sensible à un champ électromagnétique, comprenant une étape de formation d'un premier matériau absorbant, apte à absorber partiellement une énergie du champ électromagnétique et à convertir en chaleur l'énergie absorbée, et d' un deuxième matériau fluorescent et thermosensible, placé en contact avec ledit premier matériau de façon à emmagasiner la chaleur convertie par ledit premier matériau, ledit deuxième matériau étant apte à réémettre, sous l'action d'une lumière d'excitation prédéterminée, une lumière par fluorescence d'intensité lumineuse dépendant de la chaleur emmagasinée.

Selon une mise en œuvre particulière, l'étape de formation consiste à appliquer une solution vaporisable au sein de laquelle lesdits premier et deuxième matériaux sont mélangés de manière homogène, de façon à former une couche d'un mélange homogène desdits premier et deuxième matériaux. Cette étape de formation des premier et deuxième matériaux est particulièrement simple à mettre en œuvre. L'utilisation d'une solution vaporisable permet de disposer d'un composant sensible « prêt à l'emploi » pour la mesure de champ électromagnétique sans avoir recours à une machinerie ou technique de dépôt encombrante, complexe et coûteuse. Cette étape permet en outre d'adapter plus aisément la mesure de champ électromagnétique à tout type d'objet (et notamment à des objets de forme complexe sur lesquels il est difficile de placer un capteur).

Selon une variante de mise en œuvre, l'étape de formation consiste à appliquer successivement une première solution vaporisable comprenant ledit premier matériau et une deuxième solution vaporisable comprenant ledit deuxième matériau sur la première solution appliquée, de façon à former une structure en couches superposées desdits premier et deuxième matériaux.

Cette étape de formation des premier et deuxième matériaux est particulièrement simple à mettre en œuvre. L'utilisation d'une solution vaporisable permet de disposer d'un composant sensible « prêt à l'emploi » pour la mesure de champ électromagnétique sans avoir recours à une machinerie ou technique de dépôt encombrante, complexe et coûteuse. Cette étape permet en outre d'adapter plus aisément la mesure de champ électromagnétique à tout type d'objet (notamment à des objets de forme complexe.

Selon une autre variante de mise en œuvre, l'étape de formation consiste à déposer une solution de dépôt au sein de laquelle lesdits premier et deuxième matériaux sont mélangés, de façon à former une couche d'un mélange homogène desdits premier et deuxième matériaux. Des techniques de dépôt, telles que par enduction centrifuge (« spin-coating »), trempage (« dip- coating »), évaporation de goutte (« drop-casting ») ou analogue, conviennent parfaitement pour mettre en œuvre cette étape du procédé.

Selon une autre variante de mise en œuvre, l'étape de formation consiste à déposer successivement une première couche dudit premier matériau et une deuxième couche dudit deuxième matériau sur ladite première couche, de façon à former une structure en couches superposées desdits premier et deuxième matériaux. Des techniques de dépôt, telles que par enduction centrifuge (« spin-coating »), trempage (« dip-coating »), évaporation de goutte (« drop- casting ») ou analogue, conviennent parfaitement pour mettre en œuvre cette étape du procédé.

Dans un autre mode de réalisation de l'invention, il est proposé un produit programme d'ordinateur qui comprend des instructions de code de programme pour la mise en œuvre du procédé de mesure précité (dans l'un quelconque de ses différents modes de réalisation), lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.

Dans un autre mode de réalisation de l'invention, il est proposé un médium de stockage lisible par ordinateur et non transitoire, stockant un programme d'ordinateur comprenant un jeu d'instructions exécutables par un ordinateur pour mettre en œuvre le procédé de mesure précité (dans l'un quelconque de ses différents modes de réalisation).

5. LISTE DES FIGURES

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple indicatif et non limitatif, et des dessins annexés, dans lesquels :

la figure 1 présente un synoptique d'un dispositif de mesure selon un premier mode de réalisation particulier de l'invention ;

la figure 2 présente la structure schématique simplifiée d'un composant sensible selon une première mise en œuvre particulière de l'invention ;

la figure 3 présente la structure schématique simplifiée d'un composant sensible selon une deuxième mise en œuvre particulière de l'invention ;

la figure 4 présente la structure schématique simplifiée d'un composant sensible selon une troisième mise en œuvre particulière de l'invention ;

la figure 5 présente un synoptique d'un dispositif de mesure selon un deuxième mode de réalisation particulier de l'invention ;

la figure 6 présente un organigramme générique d'un mode de réalisation particulier du procédé selon l'invention ;

la figure 7 présente la structure d'une unité de traitement mettant en œuvre le procédé de mesure selon un mode de réalisation particulier de l'invention.

6. DESCRIPTION DÉTAILLÉE

Sur toutes les figures du présent document, les éléments et étapes identiques sont désignés par une même référence numérique.

Le principe de l'invention repose sur une approche astucieuse consistant à associer un premier matériau ayant des propriétés d'absorption et d'échauffement de champ électromagnétique avec un second matériau ayant des propriétés de thermofluorescence pour réaliser des mesures de champ électromagnétique. On présente, en relation avec la figure 1, un synoptique d'un dispositif de mesure (ou capteur) 100 selon un premier mode de réalisation particulier de l'invention. Dans ce mode de réalisation particulier, le dispositif 100 permet de délivrer, par analyse du rayonnement de fluorescence, une image bidimensionnelle ou tridimensionnelle du champ électromagnétique produit par un objet O.

Le dispositif 100 comprend un composant sensible 10 au champ électromagnétique, une source de lumière excitatrice 20, un détecteur de lumière 30 et une unité de traitement 40. L'objet O émet un rayonnement électromagnétique radiofréquence ou hyperfréquence, compris par exemple entre 1 kHz et 10 GHz. Il peut s'agir par exemple d'une source micro-onde dédiée ou d'un système rayonnant dont on souhaite obtenir une cartographie du champ électromagnétique.

Le composant sensible 10 selon l'invention comprend un premier matériau, apte à absorber une partie de l'énergie du champ électromagnétique émis par l'objet O et à convertir cette énergie absorbée en chaleur (on parle aussi d'échauffement ou d'élévation de température du matériau), dit matériau absorbant, et un deuxième matériau, fluorescent et thermosensible, placé en contact avec le matériau absorbant, dit matériau fluorescent.

On entend par « matériau absorbant », un matériau absorbant partiellement l'énergie du champ électromagnétique, c'est-à-dire absorbant entre 1% et 20% de l'énergie du champ électromagnétique

On entend par « placé en contact » le fait que le matériau fluorescent est disposé par rapport au matériau absorbant de façon à ce qu'un transfert thermique s'opère du matériau absorbant vers le matériau fluorescent.

L'idée consiste ici à utiliser réchauffement du matériau absorbant l'énergie du champ électromagnétique émis par l'objet O et l'associer au matériau fluorescent qui est capable de récupérer et d'emmagasiner la chaleur convertie par le matériau absorbant, pour permettre la caractérisation du champ électromagnétique. Le matériau fluorescent du composant 10 émet de la lumière par fluorescence (aussi parfois appelée « lumière fluorescente ») sous l'action d'une lumière d'excitation de longueur d'onde donnée. Ainsi, par analyse de l'intensité de lumière par fluorescence réémise par le matériau fluorescent, qui dépend de la variation de température du matériau absorbant, il est possible de mesurer l'amplitude du champ électrique ou magnétique.

Le matériau fluorescent typiquement utilisé appartient à la famille des fluorophores émettant dans le domaine du visible (approximativement 400 nm à 800 nm). Le matériau fluorescent choisi ici à titre d'exemple pour la suite de la description est le composé chimique appelé Rhodamine B dont la longueur d'onde de fluorescence est centrée autour de 600 nm à la température am biante (notée λ ₂ par la suite) lorsque ce composé est soumis à une lumière de longueur d'onde 470 nm (notée λι par la suite). Bien entendu, il s'agit là d'un exemple purement illustratif et on pourrait prévoir d'autres matériaux qui sont à la fois fluorescents et thermosensibles. De manière générale, on privilégiera un matériau fluorescent excitable sous une longueur d'onde comprise entre 300 et 500 nm, et émettant une lumière par fluorescence comprise entre 400 et 800 nm. Par ailleurs, on choisira un matériau fluorescent qui est thermosensible dans une plage comprise entre -200 et +300 degrés Celsius, et plus précisément entre 10 et 40 degrés Celsius.

Le matériau absorbant utilisé dépend de la nature du champ (électrique ou magnétique) que l'on souhaite mesurer. En pratique, pour éviter que le matériau absorbant ne perturbe le champ électromagnétique émis par l'objet, celui-ci est choisi de façon à ce qu'il n'absorbe, pour une plage de fréquences électromagnétiques donnée, qu'une partie seulement de l'énergie électromagnétique, mais néanmoins suffisante pour générer un échauffement (c'est-à-dire une augmentation de la température) dudit matériau perceptible par le matériau fluorescent.

Quand le dispositif de mesure 100 est en fonctionnement, la source de lumière 20 émet la lumière d'excitation du matériau fluorescent. Dans le mode de réalisation particulier présenté ici, la source de lumière 20 est une diode électroluminescente qui émet une lumière bleue de longueur d'onde λι égale à 470 nm. Le détecteur de lumière 30, par exemple une caméra CCD ou CMOS sensible à l'ensemble du spectre de la lumière visible, détecte en provenance du composant sensible 10 l'intensité de la lumière visible qu'il reçoit et la convertit en signal électrique à destination de l'unité de traitement 40. L'unité de traitement 40 est raccordée électriquement au détecteur de lumière 30 d'une part et à la source de lumière 20 d'autre part. Le filtre spectral 50, par exemple de type passe-haut 550 nm, est associé au détecteur de lumière 30 de façon à empêcher la lumière d'excitation (de longueur d'onde λι) en provenance de la source de lumière

20 (directement ou par réflexion) d'être reçue par le détecteur de lumière 30, et donc à recevoir la lumière de florescence, de longueur d'onde λ ₂ , réémise par le matériau fluorescent.

L'utilisation d'un matériau fluorescent dans la bande spectrale du visible (comprise approximativement entre 400 et 800 nm) offre la possibilité d'utiliser un détecteur de lumière sensible à cette bande spectrale, qui présente l'avantage d'être moins coûteux que les détecteurs de lumière infrarouge utilisés dans les solutions de l'art antérieur. On présente, en relation avec les figures 2, 3 et 4, trois exemples de mise en œuvre du composant sensible 10 selon l'invention. Le matériau absorbant et le matériau fluorescent sont référencés 11 et 12 respectivement sur ces figures.

Première mise en œuyre particulière (figure 2)

Selon une première mise en œuvre particulière, le composant sensible 10 se présente sous la forme d'une structure en couches minces superposées. Cette structure comprend une couche 110 de matériau absorbant 11 sur laquelle s'étendant une couche mince 120 de matériau fluorescent 12. Par exemple, la couche 120 est une couche mince de Rhodamine B, d'épaisseur comprise entre 1 et 10 μηη, déposée (par enduction centrifuge par exemple) sur une couche mince de matériau composite absorbant, tel que le Kapton ^® ou le Tokin ^® par exemple, d'épaisseur comprise entre 10 et 500 μηη. Le Kapton ^® est un matériau constitué d'une matrice polymérique chargée en particules de carbone, particulièrement bien adapté à la mesure de champ électrique. Le Tokin ^® est un matériau constitué d'une matrice polymérique chargée en particules ferromagnétiques, particulièrement bien adapté à la mesure de champ magnétique.

Bien sûr, il s'agit là encore d'exemples purement illustratifs. Pour la mesure de champ électrique, un matériau composite à base d'une matrice électriquement isolante et de particules électriquement conductrices peut être tout à fait envisagé. Pour la mesure de champ magnétique, un matériau composite à base d'une matrice électriquement isolante et de particules magnétiques peut être tout à fait envisagé. Ainsi, on pourrait envisager d'intégrer au composant sensible un matériau absorbant composite intégrant à la fois une charge électrique et une charge magnétique pour réaliser une mesure complète du champ électromagnétique.

A noter que la charge particulaire électriquement conductrice doit être ajustée de façon à ce que le matériau absorbant présente une « faible » impédance de surface, c'est-à-dire une impédance de surface comprise entre 500 et 3000 Ω, afin qu'il n'absorbe qu'une partie seulement du champ électrique. Cette impédance de surface est ajustée en fonction de la concentration de particules dans la matrice isolante et de l'épaisseur de la couche de matériau absorbant.

Cette structure en couches superposées selon l'invention peut être réalisée de différentes manières.

Une première manière de faire consiste à déposer successivement une première couche 110 du matériau absorbant 11 et une deuxième couche 120 du matériau fluorescent 12 sur la première couche 110, de façon à former la structure en couches superposées telle qu'illustrée sur la figure 2. Pour se faire, la couche mince 110 de matériau absorbant est préalablement déposée sur un su bstrat (non représenté sur la figure) électriquement et/ou magnétiquement neutre (autrement dit transparent aux ondes électriques et/ou magnétiques en fonction de la nature de la mesure à réaliser) par une technique de dépôt classique telle que par enduction centrifuge (« spin-coating »), trempage (« dip-coating ») ou évaporation de goutte (« drop-casting ») par exemple. Puis la couche mince 120 de matériau fluorescent est déposée sur la couche mince 110 de matériau absorbant également par une technique de dépôt classique. Afin d'éviter de réduire tout risque de perturbations électromagnétiques, un dépôt de couches minces sans substrat peut être privilégié.

Une deuxième manière de faire consiste à appliquer successivement sur une surface de l'objet O, une première solution vaporisable de matériau absorbant 11 et une deuxième solution vaporisable de matériau fluorescent 12, de façon à former la structure en couches superposées telle qu'illustrée sur la figure 2. L'utilisation d'une solution vaporisable permet de disposer d'un composant sensible « prêt à l'emploi » qui s'adapte à tout type d'objet à caractériser. Elle évite notamment d'avoir recours à une machinerie ou technique de dépôt encom brante et inadaptée à la caractérisation de certains objets. Enfin, elle évite l'emploi d'un substrat qui pourrait être sensiblement perturbateur vis-à-vis du champ électromagnétique à mesurer.

Deuxième mise en œuyre particulière (figure 3)

Selon une deuxième mise en œuvre particulière, à la différence de la première mise en œuvre, la couche mince 120 est déposée (par enduction centrifuge par exemple) sur une couche structurée ferromagnétique (« ferromagnetic patterned layer » en anglais) 130. Cette couche structurée 130 comprenant un réseau périodique de plots ferromagnétiques uniformément répartis à la surface du su bstrat, chaque plot faisant saillie à partir de la surface du su bstrat. La forme, le nom bre et la disposition des plots, ainsi que la proportion de surface occupée par ces derniers peuvent être adaptés au cas par cas, en fonction notamment des pertes diélectriques et/ou magnétiques souhaitées dans la couche du matériau absorbant utilisé.

Cette couche structurée a une épaisseur de préférence comprise entre 100 et 500 nm, et est obtenue par exemple au moyen d'une technique de pulvérisation cathodique d'un alliage Fe- Nickel. D'autres matériaux absorbants magnétiques, adaptés à la mise en œuvre d'une couche structurée, peuvent bien entendu être utilisés sans sortir du cadre de l'invention.

Cette mise en œuvre est particulièrement bien adaptée à la mesure de champ magnétique.

Troisième mise en œuyre particulière (figure 4) Selon une troisième mise en œuvre particulière, le composant sensible 10 se présente sous la forme d'une couche mince 140 au sein de laquelle les matériaux absorbant 11 et fluorescent 12 sont mélangés de manière homogène. La couche mince 140 présente une épaisseur comprise typiquement entre 10 et 500 μηη, par exemple 50 μηη. Cette configuration particulière permet une diffusion efficace de l'énergie thermique du matériau absorbant 11 vers le matériau fluorescent 12, rendant la mesure de champ électromagnétique plus précise.

Comme décrit précédemment, un composite à base d'une matrice électriquement isolante et de particules électriquement conductrices peut être utilisé en tant que matériau absorbant pour la mesure de champ électrique. Un composite à base d'une matrice électriquement isolante et de particules magnétiques (par exemple de type ferromagnétiques) peut être utilisé pour la mesure de champ magnétique. Toutefois, dans cette mise en œuvre particulière, le composite comprend également le matériau fluorescent 12, par exemple un fluorophore tel que la Rhodamine B.

Cette couche de mélange de matériaux selon l'invention peut être formée de différentes manières.

Une première manière de faire consiste à déposer sur un substrat, par enduction centrifuge ou trempage-étirage, une solution de dépôt au sein de laquelle le matériau absorbant

11 (composite polymère chargé en particules magnétique par exemple) et le matériau fluorescent

12 (un fluorophores à base de terre rares ou à base de Rhodamine B par exemple) sont mélangés, de façon à former la couche de mélange 140. Des techniques de dépôt, telles que par évaporation de goutte ou analogue, conviennent parfaitement pour mettre en œuvre cette étape du procédé. Le substrat à utiliser doit être sensiblement transparent au champ électromagnétique rayonné par l'objet O.

Une deuxième manière de faire consiste à appliquer, sur une surface de l'objet O, une solution vaporisable au sein de laquelle les matériaux absorbant 11 et fluorescent 12 sont mélangés de manière homogène, de façon à former la couche de mélange 140. L'utilisation d'une solution vaporisable permet de disposer d'un composant sensible « prêt à l'emploi » qui s'adapte à tout type d'objet à caractériser. Elle évite notamment d'avoir recours à une machinerie ou technique de dépôt encombrante et inadaptée à la caractérisation de certains objets. Enfin, elle évite l'utilisation d'un substrat qui pourrait être sensiblement perturbateur vis-à-vis du champ électromagnétique à mesurer.

Selon une caractéristique avantageuse, le matériau fluorescent 12 comprend non pas un composé mais plusieurs composés ou molécules fluorescent(e)s chacun(e) apte à émettre une lumière par fluorescence de longueur d'onde distincte. A titre d'exemple, on pourrait envisager un premier composé fluorophore émettant une lumière par fluorescence de longueur d'onde λ ₂ et un deuxième composé fluorophore émettant une lumière par fluorescence de longueur d'onde λ ₃ lorsque ces deux composés sont soumis à la lumière d'excitation λι. Le rapport des deux intensités de lumière par fluorescence, chacune associée à une longueur d'onde distincte, est directement proportionnel à la température du matériau.

Bien sûr, le dispositif de mesure 200 peut être équipé si besoin d'une deuxième source de lumière d'excitation dédiée au deuxième composé fluorophore dans le cas où la première source de lumière d'excitation 20 ne permet pas de faire fluorescer le deuxième composé du matériau fluorescent 12.

On présente, en relation avec la figure 5, un synoptique d'un dispositif de mesure 200 selon un deuxième mode de réalisation particulier de l'invention. Dans ce mode de réalisation particulier, le dispositif 200 permet de réaliser une mesure ponctuelle (ou locale) du champ électromagnétique.

Dans ce mode de réalisation particulier, le dispositif 200 comprend un composant sensible

10 précité (dans l'un quelconque de ses différents modes de mise en œuvre), un module d'émission/réception 70, une unité de traitement 80 et une fibre optique multicanaux 60 dont une première extrémité est reliée à une face du composant sensible 10 et une deuxième extrémité est reliée au module d'émission/réception 70. Le module d'émission/réception 70 est équipé d'une source de lumière 71 d'excitation de longueur d'onde λι (une diode électroluminescente par exemple) et d'un détecteur de lumière 72 (un spectromètre ou une photodiode par exemple) sensible dans la bande spectrale du visible. L'unité de traitement 80 est raccordée électriquement au module d'émission/réception 70. L'unité de traitement 80 est identique à l'unité de traitement 40 de la figure 1.

La fibre optique 60 comprend un premier canal optique configuré pour véhiculer la longueur d'onde d'excitation λι (avec λι = 470 nm par exemple) générée par la source de lumière d'excitation 71, et un deuxième canal optique configuré pour véhiculer la longueur d'onde de fluorescence λ ₂ (avec λ ₂ = 600 nm par exemple) réémise par le matériau fluorescent soumis à l'excitation jusqu'au détecteur de lumière 72. Selon une implémentation particulière, le premier canal optique est placé longitudinalement en périphérie de la fibre optique et le deuxième canal longitudinalement au cœur de la fibre optique. Selon une caractéristique particulière, un canal optique supplémentaire pourrait être mis en œuvre au sein la fibre optique 60 pour véhiculer une deuxième longueur d'onde de fluorescence (λ ₃ ), par exemple dans le cas où la lumière par fluorescence réémise par le matériau fluorescent 12 présente deux longueurs d'onde distinctes (présence de deux composés ou molécules de fluorophore dans le matériau fluorescent 12). Dans ce cas, on pourrait envisager d'intégrer dans le module 70 un filtre spectral coopérant avec ce canal optique supplémentaire afin de prendre en compte cette deuxième longueur d'onde de fluorescence.

Quand le dispositif de mesure 200 est en fonctionnement, le module d'émission/réception 70 expose, via le premier canal optique, le matériau fluorescent 12 compris dans le composant sensible 10 à la lumière d'excitation de longueur d'onde λι. Sous l'action de la lumière d'excitation, le matériau fluorescent 12 émet, via le deuxième canal optique, de la lumière par fluorescence de longueur d'onde λ ₂ qui est ensuite détectée par le détecteur contenu dans le module d'émission/réception 70. L'intensité de la lumière par fluorescence détectée dépendant de la température du matériau fluorescent 12 permet de déterminer l'amplitude du champ électromagnétique. Comme pour le premier mode de réalisation, le procédé de mesure est effectué par l'unité de traitement du dispositif de mesure, dont le principe est détaillé ci-après en relation avec la figure 6.

Grâce à sa fibre optique, le dispositif de mesure 200 présente l'avantage de pouvoir être inséré dans un corps ou un dispositif pour y mesurer le champ électromagnétique.

On décrit ci-après, en relation avec la figure 6, les étapes principales du procédé de mesure selon un mode de réalisation particulier de l'invention. Dans ce mode de réalisation, le procédé est effectué par l'unité de traitement 40. L'unité de traitement 40 est configurée pour piloter la source de lumière 20 et le détecteur de lumière 30, et pour déterminer l'amplitude du champ électromagnétique en fonction des signaux lumineux reçu par le détecteur de lumière 20.

A noter que si l'objet O est une source micro-onde dédiée, celle-ci peut être pilotée également par l'unité de traitement 40 (via une liaison électrique ou sans-fil).

A l'étape 600, le composant sensible 10 est soumis au champ électromagnétique produit par l'objet O. Comme expliqué plus haut, le matériau absorbant 11 absorbe une partie de l'énergie du champ électromagnétique produit par l'objet O et la convertit en chaleur. Le matériau fluorescent 12, en contact avec le matériau absorbant 11, emmagasine alors la chaleur convertie par le matériau absorbant 11. A l'étape 610, l'unité de traitement 40 active la source de lumière 20 de façon à exposer le composant sensible 10 à la lumière d'excitation de longueur d'onde λι. Le matériau fluorescent 12 émet alors une lumière par fluorescence de longueur d'onde λ ₂ dont l'intensité lumineuse dépend de la température.

A l'étape 620, l'unité de traitement 40 active le détecteur de lumière 30 de façon à capter la lumière par fluorescence de longueur d'onde λ ₂ réémise par le matériau fluorescent 12 lors de l'exposition du composant sensible 10 à la lumière d'excitation.

A l'étape 630, l'unité de traitement 40 mesure le champ électromagnétique en fonction de l'intensité de la lumière par fluorescence reçue par le détecteur de lumière 30 (notée ci-après

Les inventeurs de la présente exploitent le fait que l'intensité de lumière de fluorescence d'un matériau fluorescent thermosensible est intimement liée à sa température. Ainsi, c'est la variation de température (ΔΓ) donnée par la variation d'intensité de lumière de fluorescence détectée ( ₀ — If _iuo ) qui permet d'estimer l'amplitude du champ électrique (E).

(i) Mesure et cartographie du champ électrique :

Pour estimer l'amplitude du champ électrique (E), il faut dans un premier temps connaître la relation qui relie ce champ électrique à la densité surfacique de puissance électrique (P _abs ) absorbée par un matériau absorbant soumis à l'onde électrique. Cette relation est donnée par l'équation suivante :

P _abs = ^2∑s E ² (1)

a ^OS (2Z _S +Z„)

avec :

Z _s , l'impédance de surface du matériau absorbant (en Ω) ;

Z ₀ , l'impédance du vide (en Ω) ;

E, l'amplitude du champ électrique à laquelle le matériau absorbant est soumis (en V/m).

Par ailleurs, la densité surfacique de puissance électrique absorbée est, elle-même, liée à la variation de température (ΔΓ) à laquelle est soumis le matériau (c'est-à-dire la quantité de chaleur emmagasinée par le matériau) selon la formulation suivante :

AT =— (2)

avec :

P _a bs> ' ^a densité surfacique de puissance électrique absorbée par le matériau absorbant (en W/m ² ) ; h, le coefficient de convection (en W/m ² K). Certains matériaux fluorescents émettent une lumière dont l'intensité de lumière de fluorescence varie en fonction de leur température. Cette dépendance peut s'exprimer de la façon suivante :

ΔΓ = /(Δ/) (3)

avec :

ΔΓ, la différence entre la température du matériau absorbant en l'absence de champ électrique (T ₀ ) et la température du matériau absorbant en présence de champ électrique (T _t ) ;

AI, la différence entre l'intensité de lumière de fluorescence mesurée en l'absence de champ électrique (I ₀ ) et l'intensité de lumière de fluorescence mesurée en présence de champ électrique fluo ) '

f, une fonction monotone définissant le comportement de thermofluorescence du matériau fluorescent et dont les caractéristiques sont obtenues de manière empirique.

Dans le cas d'un matériau fluorescent à base de Rhodamine B par exemple, l'intensité de la lumière de fluorescence varie de l'ordre de -1 % par degré Celsius.

A partir des équations (1), (2) et (3) ci-dessus, l'unité de traitement 40 réalise une estimation de l'amplitude E du champ électrique (enV/m) à laquelle est soumis le composant sensible 10 à l'aide de l'équation suivante :

E = -^ (4)

avec :

Ifiuoi l'intensité de lumière par fluorescence détectée par le détecteur de lumière 30 en présence de champ électrique (en W/m ² );

I ₀ , l'intensité de lumière par fluorescence détectée par le détecteur de lumière 30 en l'absence de champ électrique (intensité dite de référence exprimée en W/m ² ) ;

a, un coefficient de calibration pour la mesure de champ électrique, dépendant de la fonction f et des paramètres h, Z _s , Z ₀ .

La valeur du coefficient de calibration a est obtenue, en pratique, par calibration du dispositif de mesure.

Ainsi, la présente invention propose une mesure du champ électrique par simple mesure d'intensité de lumière de fluorescence émise par le composant sensible 10. L'unité de traitement 40 traite l'ensemble des données relatives à l'intensité de fluorescence mesurée par le détecteur de lumière et délivre ensuite une cartographie du champ électrique émis par l'objet O.

(ii) Mesure et cartographie du champ magnétique : Pour estimer l'am plitude du champ magnétique (H), il faut dans un premier temps connaître la relation qui relie ce champ magnétique à la densité surfacique de pu issance magnétique (P _abs ) a bsorbée par u n matériau a bsorbant soum is à l'onde magnétique. Cette relation est donnée par l'équation su ivante :

avec :

H, l'am plitude du cham p magnétique à laquelle est sou mis le matériau a bsorbant (en A/m) ; v, la fréquence du cham p magnétique à laq uelle est soumis le matériau a bsorbant (en Hz) ;

χ"(Η), la partie imaginaire de la susceptibilité magnétique (sans unité) ;

μ ₀ , la perméa bilité magnétique du vide (kg. m. A ^-2 s ^-2 ) ; et

e, l'épaisseu r du film (en m).

Considérons, com me précédemment à titre d'exemple, l'utilisation d'un matériau fluorescent à base de Rhodamine B. Ainsi, à partir des équations (2), (3) et (5) ci-dessus, l'unité de traitement 40 réalise une estimation de l'am plitude H du champ magnétiq ue (en A/m) à laquelle est soumis le composant sensible 10 à l'aide de l'éq uation suivante :

avec :

Ifiuoi l'intensité de lumière par fluorescence détectée par le détecteu r de lumière 30 en présence de champ magnétique (en W/m ² );

I ₀ , l'intensité de lumière par fluorescence détectée par le détecteur de lum ière 30 en l'a bsence de champ magnétique (intensité dite de référence exprimée en W/m ² ) ;

b, un coefficient de calibration pour la mesure de champ magnétique, dépendant de la fonction f et des paramètres h, χ"(Η) et v.

La valeu r du coefficient de calibration b est obten ue, en pratique, par calibration du dispositif de mesure.

Ainsi, la présente invention propose une mesure du cham p magnétique par simple mesure d'intensité de lu mière de fluorescence émise par le composant sensible 10. L'unité de traitement

40 traite l'ensem ble des données relatives à l'intensité de fluorescence mesurée par le détecteur de lum ière et délivre ensuite u ne cartographie du cham p magnétique ém is par l'objet O.

Ainsi, le principe ici est d'utiliser le composant sensible à des fins de mesures d u champ électromagnétique (le sou mettre au cham p électromagnétique, l'exposer à une lu mière d'excitation, détecter la fluorescence réémise par celui-ci). Dans le cas particulier où le matériau fluorescent 12 comprend une pluralité de composés fluorescents, tel que par exemple un premier composé fluorophore émettant une lumière par fluorescence de longueur d'onde λ ₂ et un deuxième composé fluorophore émettant une lumière par fluorescence de longueur d'onde λ ₃ lorsque soumis à la lumière d'excitation. Dans ce cas, la dépendance de l'intensité de lumière de fluorescence et de la température peut s'exprimer de la façon suivante :

avec:

1 ₂ , l'intensité de lumière de fluorescence émise par le premier composé fluorophore ;

1 ₃ , l'intensité de lumière de fluorescence émise par le deuxième composé fluorophore ; f, une fonction monotone définissant le comportement de thermofluorescence du matériau fluorescent comprenant les premier et deuxième composés fluorophores et dont les caractéristiques sont obtenues expérimentalement d'après les propriétés physiques de ces deux composés.

Le rapport des deux intensités de lumière par fluorescence, est directement proportionnel à la température du matériau, ce qui permet de déduire l'amplitude du champ électrique ou magnétique émis par l'objet O. D'autres méthodes pour estimer la température d'un composant sensible multi-fluorophore par fluorescence peuvent être utilisées en vue de mesurer le champ électromagnétique associé, sans sortir du cadre de l'invention. A titre d'exemple, on pourrait envisager d'effectuer une estimation de la température du composant sensible en se basant sur ses caractéristiques spectrales. On pourrait établir la fonction monotone discutée ci-dessus sur la base du rapport des largeurs de bande spectrale à mi-hauteur (aussi appelées FWHM en anglais pour « Full Width at Half Maximum ») des pics de lumières de fluorescence émis par les composés fluorophores et de leur décalage en longueur d'onde.

Selon une mise en œuvre particulière, côté émission, l'unité de traitement 40 effectue une modulation en amplitude de la lumière d'excitation, et côté réception, l'unité de traitement 40 effectue, de manière synchrone, une démodulation la lumière de fluorescence détectée par le détecteur de lumière. Le fait de coupler une modulation optique de la lumière d'excitation avec une démodulation de la mesure d'intensité de fluorescence permet d'augmenter le rapport signal sur bruit du signal optique détecté par le détecteur de lumière, et ainsi d'améliorer la précision de mesure d'intensité de fluorescence.

La figure 7 présente la structure simplifiée d'une unité de traitement mettant en œuvre le procédé de mesure selon l'invention (par exemple le premier mode de réalisation particulier décrit ci-dessus en relation avec la figure 1). Ce module comprend une mémoire vive 73 (par exemple une mémoire RAM), un bloc de traitement 72, équipée par exemple d'un processeur, et pilotée par un programme d'ordinateur stocké dans une mémoire morte 71 (par exemple une mémoire ROM ou un disque dur). A l'initialisation, les instructions de code du programme d'ordinateur sont par exemple chargées dans la mémoire vive 73 avant d'être exécutées par le processeur du bloc de traitement 72. Le bloc de traitement 72 reçoit des instructions d'initialisation du procédé (flèche 74), et active la source de lumière (pour exposer/exciter le composant sensible) et le détecteur de lumière du dispositif de mesure (pour détecter la lumière par fluorescence réémise par le composant sensible (pouvant être composée de plusieurs longueurs d'onde distinctes en fonction du nombre de composés fluorescents compris dans le matériau fluorescent thermosensible)). Le processeur du bloc de traitement 72 traite les informations relatives à la lumière de fluorescence détectée par le détecteur de lumière et délivre en sortie une cartographie bidimensionnelle ou tridimensionnelle du champ électromagnétique (flèche 75), selon les instructions du programme.

Cette figure 7 illustre seulement une manière particulière, parmi plusieurs possibles, de réaliser l'algorithme détaillé ci-dessus, en relation avec la figure 6. En effet, le procédé de mesure de l'invention se réalise indifféremment :

sur une machine de calcul reprogrammable (un ordinateur PC, un processeur DSP ou un microcontrôleur) exécutant un programme comprenant une séquence d'instructions, ou sur une machine de calcul dédiée (par exemple un ensemble de portes logiques comme un FPGA ou un ASIC, ou tout autre module matériel).

Dans le cas où l'invention est implantée sur une machine de calcul reprogrammable, le programme correspondant (c'est-à-dire la séquence d'instructions) pourra être stocké dans un médium de stockage amovible (tel que par exemple une disquette, un CD-ROM ou un DVD-ROM) ou non, ce médium de stockage étant lisible partiellement ou totalement par un ordinateur ou un processeur.

Ainsi, le terme « module » peut correspondre dans ce document aussi bien à un composant logiciel, qu'à un composant matériel ou à un ensemble de composants matériels et logiciels.