La présente invention concerne un système de vitrage actif.

Certaines applications de vitrages actifs visent à procurer un isolement ou une intimité sans provoquer d'obscurité. Par exemple, le vitrage actif est installé pour séparer deux pièces de locaux construits, telles qu'une salle de réunion et un couloir de passage, tout en transmettant une lumière ambiante entre la salle et le couloir. Pour cela, le vitrage actif réalise sur commande une commutation réversible entre un état transparent, dans lequel il transmet les rayons lumineux sans les dévier, et un état diffusant, ou translucide, dans lequel les rayons lumineux sont déviés simultanément dans des directions multiples. L'état transparent correspond donc à la capacité du vitrage à transmettre la lumière de façon spéculaire, permettant de voir distinctement à travers le vitrage. A l'inverse, l'état diffusant brouille la vision dans une ampleur qui peut être suffisante pour inhiber complètement la vision, et créer ainsi un isolement visuel.

Dans la suite de la présente description, on appelle transparence la capacité du vitrage à transmettre la lumière de façon spéculaire. La transparence peut donc être quantifiée par la valeur de transmission lumineuse spéculaire. A l'inverse, l'efficacité de diffusion lumineuse, aussi appelée translucidité, peut être quantifiée par la valeur de transmission lumineuse non- spéculaire. La transparence peut être mesurée en plaçant un détecteur lumineux d'un côté du vitrage, en ligne avec un faisceau lumineux qui est dirigé à partir de l'autre côté du vitrage. A l'inverse, la translucidité peut être mesurée en décalant angulairement le détecteur par rapport à l'axe du faisceau lumineux incident.

De tels vitrages actifs qui commutent entre un état transparent et un état diffusant existent déjà. Ils sont réalisés à partir d'un film PDLC, pour «polymer-dispersed liquid crystal», qui est disposé entre deux couches d'électrodes. D'une part, le film PDLC est un composant onéreux, mais la réalisation des couches d'électrodes contribue aussi à augmenter significativement le prix de revient du vitrage actif. En effet, de telles électrodes sont en oxyde d'indium dopé à l'étain, ou en oxyde d'étain dopé au fluor, et nécessitent d'utiliser des procédés de dépôt spécifiques. Enfin, l'assemblage d'un vitrage actif à base de film PDLC est complexe, et n'est pas compatible avec des performances d'isolation thermique ou acoustique qui peuvent être requises par ailleurs.

Un objet de la présente invention consiste alors à proposer un nouveau vitrage actif qui ne présente pas les inconvénients précités.

Pour cela, l'invention propose un système de vitrage actif qui comprend :

- un double vitrage, comprenant lui-même deux plaques transparentes qui limitent entre elles un volume intermédiaire rempli de gaz ; et

- un dispositif de contrôle, qui est capable de provoquer réversiblement une transition pour un composé volatile entre un état de vapeur sèche et un état de vapeur sursaturée.

Une quantité du composé volatile est présente dans le volume intermédiaire du double vitrage. Lorsque l'état de vapeur sèche est réalisé dans ce volume intermédiaire par le dispositif de contrôle, le composé volatile est entièrement sous forme de vapeur et le double vitrage est transparent. Alors, une commande de transition de l'état de vapeur sèche vers l'état de vapeur sursaturée produit une condensation du composé volatile en gouttelettes qui sont réparties sur une partie au moins d'une surface de l'une au moins des deux plaques, tournée vers le volume intermédiaire. Ces gouttelettes produisent alors une diffusion lumineuse qui réduit la transparence du double vitrage. Autrement dit, les gouttelettes de l'état de vapeur saturée produisent une augmentation de la translucidité du double vitrage.

L'état de vapeur sèche correspond donc à l'état de transparence maximale. La condensation du composé volatile en gouttelettes réduit cette transparence. Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, la partie de surface des plaques sur laquelle condense le composé volatile est telle qu'un angle de contact des gouttelettes du composé volatile avec la surface est supérieur à 70°. L'état du vitrage qui est produit par la condensation du composé volatile est ainsi suffisamment diffusant optiquement pour inhiber la vision à travers le double vitrage.

La transition qui est ainsi réalisée pour le système de vitrage actif, entre l'état de transparence et un état diffusant, est réversible. Un tel système ne nécessite donc pas de film PDLC ni d'électrodes, si bien que son prix de fabrication peut être réduit. En outre, le composé volatile qui est mis en œuvre dans un système de vitrage actif conforme à l'invention peut être peu cher, tel que de l'eau ou de l'éthylène glycol.

Enfin, un système conforme à l'invention possède une structure de double vitrage avec un volume intermédiaire qui est rempli de gaz. Il possède donc des efficacités d'isolation thermique et d'isolation acoustique.

Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, un ou plusieurs des perfectionnements suivants peuvent être utilisés :

- le dispositif de contrôle peut être adapté pour varier une pression du composé volatile dans le volume intermédiaire ;

- le gaz qui est contenu dans le volume intermédiaire peut être un mélange du composé volatile avec une composante de gaz inactive ;

- la partie de surface des plaques sur laquelle condense le composé volatile peut être telle que l'angle de contact des gouttelettes du composé volatile avec la surface soit supérieur à 80°, de préférence supérieur à 90° ;

- le système peut être adapté de sorte que la condensation du composé volatile sur la partie de surface des plaques produise les gouttelettes avec des diamètres qui sont compris entre 20 μιτι et 60 μιτι (micromètre), et avec un taux de recouvrement surfacique de la partie de surface de plaque qui est compris entre 40% à 60% ;

- la partie de surface des plaques sur laquelle condense le composé volatile peut comporter un revêtement ou une texturation adaptée pour modifier l'angle de contact des gouttelettes du composé volatile avec la surface, par rapport à un matériau de base de cette plaque. Dans ce cas, le revêtement ou la texturation peut présenter des motifs qui sont adaptés pour contrôler une répartition des gouttelettes sur la surface de la plaque ; - le dispositif de contrôle peut comprendre deux régulateurs de débit, qui sont agencés pour contrôler un premier débit d'une composante gazeuse dépourvue de composé volatile formateur de gouttelettes, et un second débit d'une autre composante gazeuse contenant le composé volatile formateur de gouttelettes en conditions de sursaturation. Les deux régulateurs de débits sont alors connectés pour injecter ensemble les premier et second débits dans le volume intermédiaire ; et

- le système de vitrage actif peut comprendre en outre une unité de récupération du composé volatile, qui est connectée à une évacuation du volume intermédiaire du double vitrage. Une telle unité de récupération peut comprendre un condenseur adapté pour liquéfier une vapeur du composé volatile qui est extraite du volume intermédiaire par l'évacuation. Avantageusement, le dispositif de contrôle peut alors comprendre un générateur de vapeur du composé volatile, notamment un générateur de vapeur pressurisée du composé volatile, qui est connecté pour injecter de la vapeur du composé volatile dans le volume intermédiaire. Dans ce cas, une sortie du condenseur peut être connectée à une entrée d'alimentation du générateur de vapeur en liquide du composé volatile.

De façon générale, un système de vitrage actif qui est conforme à l'invention peut former un vitrage de bâtiment ou de véhicule, une cloison d'aménagement intérieur, un écran de projection, un diffuseur solaire, un diffuseur de source lumineuse, ou un dispositif de brouillage de vision.

D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'exemples de réalisation non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :

- la figure 1 montre un système de vitrage actif qui est conforme à l'invention ;

- la figure 2 est un schéma de principe qui illustre l'état diffusant d'un système de vitrage actif conforme à l'invention ; - la figure 3 correspond à la figure 1 pour un perfectionnement de l'invention ; et - la figure 4 est un autre schéma de principe qui illustre une application particulière d'un système de vitrage actif conforme à l'invention.

Pour raison de clarté, les dimensions des éléments qui sont représentés dans ces figures ne correspondent ni à des dimensions réelles ni à des rapports de dimensions réels. En outre, des références identiques qui sont indiquées dans des figures différentes désignent des éléments identiques ou qui ont des fonctions identiques.

Un système selon l'invention, qui est désigné globalement par la référence 100, comprend les deux plaques transparentes 1 a et 1 b qui forment un double vitrage, et le dispositif de contrôle 10. Les deux plaques 1 a et 1 b peuvent être constituées de tout matériau qui est transparent pour le faisceau de lumière incident FI. Par exemple, elles peuvent être en verre ou en PMMA. Elles limitent un volume intermédiaire 2, avec des éléments additionnels de jonction périphérique qui ne sont pas représentés. Dans des modes préférés de réalisation du double vitrage, les plaques 1 a et 1 b sont parallèles, et les éléments additionnels comprennent un espaceur périphérique qui est connecté rigidement à chaque plaque. Le volume intermédiaire 2 peut posséder une épaisseur qui est intermédiaire entre 0,5 mm et 30 cm, de préférence inférieure à 5 cm. Eventuellement, les plaques 1 a et 1 b, ainsi que le volume intermédiaire

2, peuvent faire partie d'un triple vitrage, qui comprend alors en outre une troisième plaque transparente, un second volume intermédiaire inter-plaques, et des éléments additionnels de jonction périphérique qui sont adaptés à une telle structure de triple vitrage. Autrement dit et de façon générale pour l'invention, le double vitrage concerné par l'invention peut être une partie d'un triple vitrage.

Le double vitrage est agencé de façon à pouvoir varier la composition du gaz qui est contenu dans le volume intermédiaire 2. Par exemple, l'espaceur périphérique est connecté de façon étanche à chaque plaque 1 a et 1 b, et comporte une entrée gazeuse notée IN ainsi qu'une évacuation gazeuse notée OUT. Les réalisations concrètes de l'entrée IN et de l'évacuation OUT peuvent être quelconques. Toutefois, elles sont avantageusement prévues pour permettre un renouvellement rapide de tout le gaz qui est contenu dans le volume 2. Pour cela, l'entrée IN et l'évacuation OUT peuvent être situées à des endroits opposés sur la périphérie du double vitrage.

Le dispositif de contrôle 10 est adapté pour injecter dans le volume intermédiaire 2 un gaz de composition variable. La figure 1 illustre une composition possible du dispositif 10, dans laquelle deux lignes d'alimentation gazeuse sont connectées en parallèle à l'entrée IN.

La première ligne d'alimentation gazeuse comprend par exemple une source d'air sec 1 1 et un premier régulateur de débit 12, noté REG1 . La seconde ligne d'alimentation gazeuse peut être adaptée pour amener de la vapeur d'eau. Pour cela, elle comprend la source de vapeur d'eau 13 et un second régulateur de débit 14, noté REG2.

La seconde ligne d'alimentation gazeuse est adaptée pour amener la vapeur d'eau dans le volume intermédiaire 2, dans un état de vapeur sursaturée lorsque le débit d'air sec qui est contrôlé par le régulateur 12 est nul. Pour cela, la seconde ligne d'alimentation gazeuse peut être équipée d'un traçage chauffant 15, afin de maintenir l'eau sous forme gazeuse tout le long de la seconde ligne d'alimentation, jusqu'à l'entrée IN dans le volume intermédiaire 2.

On entend par état de vapeur sursaturée des conditions telles que la pression de la vapeur d'eau au niveau de l'entrée IN soit supérieure à la valeur de pression de vapeur saturante de l'eau pour la température qui existe dans le volume intermédiaire 2. De façon connue, la valeur de pression de vapeur saturante de l'eau pour une température déterminée est la valeur de pression pour laquelle la phase gazeuse de l'eau et la phase liquide de l'eau coexistent de façon stable. Eventuellement, la pression de vapeur d'eau à considérer est la pression partielle, lorsque la vapeur d'eau est mélangée avec un gaz inactif, tel que l'air sec.

Pour une température donnée du volume intermédiaire, lorsque la pression de l'eau est inférieure à la valeur de pression de vapeur saturante, l'eau n'est présente que sous forme gazeuse, c'est-à-dire sous forme vapeur sans liquide, dans le volume intermédiaire 2. Un tel état de l'eau, exclusivement sous forme de vapeur, est couramment désigné par vapeur sèche. L'eau n'a alors aucun effet sur le faisceau FI qui traverse le double vitrage. Le faisceau FI ressort alors de l'autre côté, sous la forme d'un faisceau émergent qui est noté FE et qui possède une direction de propagation identique à celle du faisceau FI avant la traversée du double vitrage. Autrement dit, le double vitrage permet une vision distincte pour un observateur qui est situé d'un côté du double vitrage, et qui regarde des objets qui sont situés de l'autre côté du double vitrage. Il s'agit de l'état transparent du système. Cet état est obtenu notamment lorsque le gaz qui est présent dans le volume intermédiaire 2 a été délivré par la première ligne d'alimentation gazeuse.

Lorsque la seconde ligne d'alimentation gazeuse est commandée pour injecter une quantité suffisante de vapeur d'eau sursaturée dans le volume intermédiaire 2, l'eau condense en gouttelettes sur l'une au moins des surfaces des plaques 1 a et 1 b qui sont tournées vers le volume 2. La condensation se produit d'abord sur celle des deux plaques 1 a et 1 b qui est la plus froide, lorsque les deux plaques 1 a et 1 b ont des températures respectives qui sont différentes. La figure 2 illustre l'effet optique d'une gouttelette. Dans cette figure, la référence Sa désigne la surface de la plaque 1 a qui est tournée vers le volume intermédiaire 2, et G désigne une gouttelette. La gouttelette G dévie les rayons lumineux du faisceau incident FI, provoquant ainsi une diffusion lumineuse qui brouille la vision d'un observateur à travers le double vitrage. L'état optique du système est diffusant, ou translucide. La condensation d'eau qui peut se produire simultanément sur la plaque 1 b provoque une diffusion supplémentaire, et le faisceau lumineux émergent FE résulte alors de ces deux diffusions successives. Préférablement, la quantité d'eau qui est condensée dans les gouttelettes peut être ajustée pour que la diffusion lumineuse qui est obtenue corresponde aux conditions de diffusion de Mie, aboutissant à un brouillage de la vision qui peut être très efficace. Le système reste à l'état optique diffusant ou translucide tant que la pression d'eau dans le volume intermédiaire 2 est maintenue constante. De façon générale, la taille individuelle de chaque gouttelette peut varier entre quelques dizaines de nanomètres et quelques dizaines de micromètres.

Un retour du système à l'état transparent peut être commandé en interrompant le débit de vapeur d'eau sursaturée et en injectant un débit suffisant d'air sec par la première ligne d'alimentation gazeuse. La pression de l'eau dans le volume intermédiaire 2 décroit alors en dessous de la valeur de pression de vapeur saturante, de sorte que les gouttelettes sont évaporées. L'eau sous forme vapeur est éliminée par l'évacuation OUT. Des transitions progressives entre l'état diffusant et l'état transparent du système peuvent être obtenues en activant simultanément la première et la seconde ligne d'alimentation gazeuse, de façon à injecter dans le volume intermédiaire 2 un mélange d'air et de vapeur d'eau, avec des proportions variables d'air et d'eau. Dans un tel mélange, l'air est une composante gazeuse inactive par rapport au fonctionnement optique du système.

Les commutations d'un tel système de vitrage actif conforme à l'invention, entre l'état transparent et un état diffusant, peuvent être contrôlées en utilisant une rétroaction. Par exemple, un détecteur 16 mesure en temps réel une caractéristique de l'état du double vitrage, et transmet un signal de mesure à un contrôleur 17, noté CTRL. Indépendamment, le contrôleur 17 reçoit une consigne CONS qui identifie un état du double vitrage à produire, par exemple, l'état transparent, ou un état diffusant. Le contrôleur 17 commande alors les régulateurs de débit 12 et 14 en fonction de la consigne et du signal de détection.

Le détecteur 16 peut être un capteur de la pression d'eau qui existe dans le volume intermédiaire 2. De tels capteurs sont connus de l'Homme du métier et faciles à mettre en œuvre dans le volume 2. Préférablement, le détecteur 16 peut être adapté pour mesurer le niveau de transmission lumineuse diffuse que produit le double vitrage. Un tel mode de commande est plus direct et plus précis par rapport à la fonction optique du système de vitrage actif.

Dans des perfectionnements possibles de systèmes selon l'invention, les surfaces des plaques 1 a et 1 b qui sont orientées vers l'intérieur du volume intermédiaire 2 peuvent être traitées pour adapter ou augmenter l'angle de contact de l'eau avec ces plaques. L'angle de contact de la goutte G avec la surface Sa est noté Θ sur la figure 2. Il peut être mesuré en utilisant la méthode connue de baisse sessile, par exemple en utilisant un goniomètre. Selon cette méthode, une goutte du liquide du composé volatile, par exemple de l'eau ultra-pure, est déposée à l'aide d'une seringue sur la surface de plaque. La méthode consiste alors à mesurer l'angle entre la tangente au profil de la goutte et la surface de la plaque, au niveau de la ligne de contact triple plaque/ liquide/gaz, possiblement en utilisant une caméra. On pourra se reporter à ce sujet au chapitre 1 de l'ouvrage «Surface Science techniques», G. Bracco, B. Holst (eds.), Springer Séries in Surface Sciences 51 , Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2013, ou à l'article «Wetting of Heterogeneous Nanopatterned Inorganic Surfaces», de M. Jàrn et al., Chem. Mater. 2008, 20, pp. 1476-1483.

De façon connue, des traitements hydrophobes de la surface Sa permettent d'augmenter l'angle de contact Θ, notamment jusqu'à des valeurs supérieures à 80°, voire supérieures à 90°. Un tel traitement peut consister à déposer sur la surface Sa des molécules à base de silicone et/ou qui contiennent des atomes de fluor ou des groupements hydrocarbonés. De nombreuses méthodes de dépôt peuvent être utilisées pour former un revêtement hydrophobe, notamment des méthodes de dépôt sous vide, de dépôt par trempage dans un bain puis retrait, des méthodes de fonctionnalisation en phase vapeur, ou encore le dépôt par jet d'encre ou la pulvérisation à travers des masques, qui permettent de déposer sélectivement les composés hydrophobes dans des zones déterminées des surfaces des plaques 1 a et 1 b.

Les inventeurs ont observé que des gouttelettes qui ont un diamètre de 40 μιτι (micromètre) environ et qui sont réparties sensiblement uniformément sur la surface de plaque 1 a ou 1 b avec un taux de recouvrement surfacique de l'ordre de 50%, en combinaison avec la valeur d'angle de contact supérieure à 70°, produisent une diffusion lumineuse qui est particulièrement efficace. En particulier, de telles conditions assurent un brouillage efficace de la vision humaine à une distance de 10 cm (centimètre) sans que les gouttelettes soient visibles individuellement.

En outre, la réalisation de zones limitées à comportement hydrophile ou hydrophobe sur les plaques 1 a et 1 b, avec des motifs submillimétriques, peut permettre de contrôler l'uniformité de la nucléation des gouttelettes lors d'une transition de l'état transparent du système vers un état diffusant. Par exemple, une répartition de telles zones selon un réseau régulier, par exemple un réseau de type hexagonal, permet d'obtenir une densité de gouttelettes élevée et uniforme. De tels motifs peuvent aussi limiter l'étalement des gouttelettes sur les plaques 1 a et 1 b, si bien que pour une quantité d'eau condensée qui est identique, les gouttelettes sont plus épaisses perpendiculairement aux plaques 1 a et 1 b, et produisent une diffusion lumineuse plus importante. La translucidité du double vitrage dans l'état diffusant peut ainsi être ajustée.

Enfin, le traitement hydrophobe des plaques 1 a et 1 b peut être réalisé conformément à des motifs macroscopiques, par exemple en utilisant des masques lors du traitement, de sorte que des gouttelettes n'apparaissent que dans des portions prédéterminées du double vitrage. De tels motifs macroscopiques peuvent avoir une fonction esthétique, par exemple.

Il est entendu que de nombreuses variantes et alternatives peuvent être introduites par rapport aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits. En particulier, l'eau utilisée pour former les gouttelettes par condensation peut être remplacée par un autre composé volatile, tel que l'éthylène glycol par exemple. De façon générale, le composé volatile peut être sélectionné en fonction de sa température de condensation, de sa vitesse d'évaporation, de son angle de contact sur la surface des plaques 1 a et 1 b, de la densité de nucléation des gouttelettes lors d'une transition vers un état diffusant, etc.

De nombreuses alternatives de réalisation peuvent aussi concerner le dispositif de contrôle 10. En particulier, la seconde ligne d'alimentation gazeuse du dispositif qui a été décrit plus haut en relation avec la figure 1 , peut être remplacée par un générateur de vapeur d'eau, du type générateur de vapeur pressurisée, ou du type production de vapeur par barbotage d'un gaz inactif dans un réservoir d'eau liquide. De façon générale, les paramètres de fonctionnement de tels dispositifs d'alimentation en vapeur d'eau sursaturée peuvent être ajustés facilement par l'Homme du métier.

La réalisation de l'invention qui est représentée sur la figure 3 utilise un générateur de vapeur d'eau pressurisée dans la seconde ligne d'alimentation gazeuse. Ainsi, la source de vapeur d'eau 13 peut comprendre en série, dans l'ordre qui correspond au sens d'écoulement, une source d'eau liquide 13a, un filtre 13b et le générateur de vapeur d'eau pressurisée 13c. Parallèlement, la source d'air sec 1 1 peut comprendre une source d'air 1 1 a qui est suivie d'un filtre 1 1 b, pouvant être de dessiccation.

Par rapport à la figure 1 , le système de la figure 3 est complété par une unité de récupération du composé volatile 20. Cette unité de récupération 20 est composée d'un condenseur 21 , pour liquéfier à nouveau le composé volatile qui est extrait de l'évacuation OUT. Ainsi, pour l'exemple de l'air avec la vapeur d'eau, l'air et l'eau liquide peuvent être séparés à la sortie du condenseur 21 . L'eau liquide qui est ainsi séparée peut être recyclée par une ligne dédiée 20a, qui relie la sortie de liquide du condenseur 21 à la source 13, en amont du générateur de vapeur d'eau pressurisée 13c. La sortie de gaz du condenseur 21 peut être reliée par une ligne séparée 20b à un ventilateur 22 et une unité de chauffage 23 disposés en série, et connectée à l'entrée IN par la ligne 20c. Les fonctionnements du condenseur 21 , du ventilateur 22 et de l'unité de chauffage 23 peuvent être commandés par le contrôleur 17. Eventuellement, l'évacuation OUT peut être pourvue d'une soupape 30, pour éviter de provoquer une surpression à l'entrée de l'unité de récupération 20, notamment lorsqu'une transition rapide de l'état optique du double vitrage est commandée par le contrôleur 17. Possiblement, l'unité de récupération 20 peut être partagée entre plusieurs systèmes de vitrages actifs, qui sont conformes chacun à la présente invention. Enfin, l'invention est compatible avec l'utilisation de nombreux revêtements additionnels, appliqués sur les plaques 1 a et 1 b pour leur apporter des fonctions supplémentaires, telles qu'une fonction antireflet ou une fonction bas-émissive, par exemple.

Un système de vitrage actif conforme à l'invention peut être destiné à de nombreuses utilisations, en particulier dans les domaines du vitrage externe, pour bâtiment ou automobile, de l'aménagement intérieur ou de l'ameublement. Une application particulière d'un système selon l'invention peut être la réalisation d'un écran rétro-réfléchissant, comme illustré par la figure 4. Pour cette application, le composé volatile sera préférablement choisi pour présenter une valeur élevée d'indice de réfraction lumineuse. La figure 4 montre des rayons lumineux incidents RI qui sont rétro-réfléchis par les gouttelettes G. RE désigne un tel rayon rétro-réfléchi. Plus précisément, chaque gouttelette G constitue un micro-miroir concave, capable de transformer un faisceau lumineux incident qui est sensiblement parallèle, en un faisceau rétro-réfléchi divergent. L'angle d'observation de l'écran par des utilisateurs peut ainsi être grand. Pour cela, le composé volatile sera choisi de préférence pour présenter un angle de contact sur les plaques 1 a et 1 b, qui est proche de 90°. Pour cette application à la réalisation d'écrans, l'utilisation d'un réseau régulier de zones dont l'hydrophobie est variable entre zones adjacentes, est avantageuse pour améliorer la qualité et l'uniformité de brillance de l'image. Enfin, lorsque les gouttelettes sont formées avec un pas entre gouttelettes voisines qui est inférieur à 45 micromètres, un tel écran possède une résolution qui est au moins trois fois plus fine que celle d'un écran à haute définition (HD).