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Patent Searching and Data


Title:
ELECTROACOUSTIC DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/058666
Kind Code:
A1
Abstract:
Electroacoustic device (5) comprising: - an ultrasonic wave transducer (15) comprising a piezoelectric substrate (10) and first (30) and second (35) electrodes in contact with the piezoelectric substrate, and - a carrier (10), the transducer being attached to the carrier and acoustically coupled to the carrier, and the first and second electrodes being sandwiched, at least partly, between the piezoelectric substrate and the carrier, the device being configured to generate an ultrasonic surface wave (W) propagating through the carrier at a distance from the transducer when an electric current passes through the first and second electrodes.

Inventors:
PERET, Adrien (ISSOIRE, FR)
BRETAGNOL, Frederic (ISSOIRE, FR)
BAUDOIN, Michaël (Cité scientifique, VILLENEUVE D'ASCQ CEDEX, FR)
BOU MATAR - LACAZE, Olivier (Cité scientifique CS, 59651 VILLENEUVE D'ASCQ CEDEX, FR)
Application Number:
EP2020/076762
Publication Date:
April 01, 2021
Filing Date:
September 24, 2020
Export Citation:
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Assignee:
UNIVERSITE DE LILLE (LILLE, FR)
CENTRALE LILLE INSTITUT (59651 VILLENEUVE D’ASCQ CEDEX, FR)
UNIVERSITE POLYTECHNIQUE HAUTS-DE-FRANCE (VALENCIENNES, FR)
CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE (PARIS, FR)
YNCREA HAUTS DE FRANCE (LILLE, FR)
VALEO SYSTEMES D'ESSUYAGE (CS 90581 La Verrière, LE MESNIL SAINT DENIS, FR)
International Classes:
B08B7/00; B08B7/02; B08B17/02; B06B1/06; B60S1/02
Attorney, Agent or Firm:
CABINET NONY (Paris, FR)
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Claims:
Revendications

1. Dispositif électroacoustique (5) comportant :

- un transducteur (15) d’onde ultrasonore comportant un substrat (25) piézoélectrique et des première (30) et deuxième (35) électrodes en contact avec le substrat piézoélectrique, et

- un support (10), le transducteur étant fixé sur le support et couplé acoustiquement avec le support, et les première et deuxième électrodes étant prises en sandwich, au moins en partie, entre le substrat piézoélectrique et le support, le dispositif étant configuré pour générer une onde de surface ultrasonore (W) se propageant dans le support à distance du transducteur, lorsqu’un courant électrique parcourt les première et deuxième électrodes, le transducteur étant configuré pour générer une onde guidée qui se transforme en l’onde de surface ultrasonore dans le support à distance du transducteur, le dispositif étant configuré pour que la fréquence fondamentale de l’onde guidée ultrasonore soit comprise entre 10 MHz et 1000 MHz.

2. Dispositif selon la revendication 1 , les première et deuxième électrodes étant au contact du support ou étant au contact d’une couche intermédiaire, de préférence formée de colle, disposée sur le support.

3. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 et 2, l’épaisseur (e) du substrat piézoélectrique étant supérieure à la longueur d’onde fondamentale de l’onde guidée ultrasonore.

4. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, une partie de la première, respectivement deuxième, électrode, faisant saillie du support.

5. Dispositif électroacoustique (5) comportant :

- un transducteur (15) d’onde ultrasonore comportant un substrat (25) piézoélectrique et des première (30) et deuxième (35) électrodes en contact avec le substrat piézoélectrique, et

- un support (10), le transducteur étant fixé sur le support et couplé acoustiquement avec le support, le transducteur faisant saillie d’un bord du support, les première et deuxième électrodes revêtant une face du substrat en regard du support et étant disposées sur une portion du substrat piézoélectrique non superposée au support, le dispositif étant configuré pour générer une onde de surface ultrasonore se propageant dans le support à distance du transducteur, lorsqu’un courant électrique parcourt les première et deuxième électrodes.

6. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, le substrat étant collé sur le support.

7. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant un organe de protection (100) superposé au substrat piézoélectrique.

8. Dispositif selon la revendication précédente, le transducteur étant logé dans une chambre (105) définie par l’organe de protection et le support.

9. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, le support étant choisi dans le groupe formé par :

- une surface automobile, par exemple choisie parmi un pare-brise d’un véhicule, un vitrage d’un rétroviseur, ou

- une visière d’un casque,

- une vitre d’un bâtiment,

- un capteur, par exemple un capteur optique, un capteur thermique, un capteur acoustique ou un capteur de pression ou de vitesse, notamment une sonde, par exemple une sonde de Pitot,

- une surface d’un dispositif optique, le dispositif optique étant par exemple choisi parmi un objectif d’une caméra, un verre d’une lunette de vue, et

- un élément de protection d’un tel capteur.

10. Méthode comportant

- la fourniture d’un dispositif comportant : un transducteur (15) d’onde ultrasonore comportant un substrat (25) piézoélectrique et des première (30) et deuxième (35) électrodes en contact avec le substrat piézoélectrique, et un support (10), le transducteur étant fixé sur le support et couplé acoustiquement avec le support, et les première et deuxième électrodes étant prises en sandwich, au moins en partie, entre le substrat piézoélectrique et le support, le dispositif étant configuré pour générer une onde de surface ultrasonore (W) se propageant dans le support à distance du transducteur, lorsqu’un courant électrique parcourt les première et deuxième électrodes, le transducteur étant configuré pour générer une onde guidée qui se transforme en l’onde de surface ultrasonore dans le support à distance du transducteur, - la synthèse, au moyen du dispositif d’une onde ultrasonore de surface (W) se propageant dans le support (10) jusqu’à un corps (65) liquide disposé sur une face du support et distant du transducteur, l’énergie de l’onde ultrasonore étant suffisante pour induire un déplacement du corps sur le support, le corps étant une nappe ou étant une goutte présentant un diamètre inférieur ou égal à 5 mm.

11. Méthode selon la revendication précédente, la goutte présentant un diamètre inférieur ou égal à 1 mm.

12. Méthode selon la revendication précédente, la goutte présentant un diamètre inférieure ou égal à 0,1 mm.

13. Méthode comportant la synthèse, au moyen d’un dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, d’une onde ultrasonore de surface (W) se propageant dans le support (10) jusqu’à un corps (65) liquide disposé sur une face du support et distant du transducteur, l’énergie de l’onde ultrasonore étant suffisante pour induire un déplacement du corps sur le support.

14. Méthode selon la revendication précédente, le corps étant une nappe ou étant une goutte présentant un diamètre inférieur ou égal à 5 mm.

15. Méthode selon la revendication précédente, la goutte présentant un diamètre inférieur ou égal à 1 mm.

16. Méthode selon la revendication précédente, la goutte présentant un diamètre inférieure ou égal à 0,1 mm.

17. Méthode comportant :

- la fourniture d’un dispositif électroacoustique (5) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, et

- l’alimentation électrique du transducteur d’onde pour synthétiser une onde ultrasonore de surface (W) se propageant dans le support (10) jusqu’à un corps (65) disposé sur une face du support et distant du transducteur, au moins une partie de l’énergie d’alimentation électrique étant convertie sous forme de chaleur par le transducteur, l’énergie électrique alimentant le transducteur étant suffisante pour que la chaleur et l’énergie de l’onde ultrasonore de surface induisent :

- la fusion du corps lorsque le corps est à l’état solide,

- et/ou le maintien du corps à l’état liquide lorsque la température du support est inférieure à la température de solidification du corps.

18. Méthode selon la revendication précédente, l’énergie de l’onde ultrasonore étant en outre suffisante pour induire le déplacement du corps fondu ou maintenu à l’état liquide sur la face du support.

19. Méthode selon l’une quelconque des revendications 10 à 18, le corps comportant, voire étant constitué par de l’eau, notamment de l’eau de pluie ou de l’eau de rosée.

20. Méthode selon l’une quelconque des revendications 10 à 19, la fréquence fondamentale de l’onde guidée et/ou la fréquence fondamentale de l’onde de surface étant comprise en 0,1 MHz et 1000 MHz, de préférence comprise entre 10 MHz et 100 MHz, par exemple égale à 40 MHz.

21. Utilisation du dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, pour nettoyer et/ou désembuer et/ou dégivrer une face d’un support, le support étant de préférence tel que selon la revendication 9.

Description:
Description

Titre : Dispositif électroacoustique

La présente invention concerne un dispositif pour générer une onde de surface ultrasonore se propageant dans un support et un procédé mettant en œuvre ce dispositif pour fondre un corps disposé sur le support et/ou pour déplacer un corps à l’état liquide sur le support

Dans des domaines variés, il est nécessaire de s’affranchir des effets liés à l’accumulation d’un liquide sur une surface, et à la solidification de ce liquide lorsque la température de l’environnement et/ou la température de la surface est inférieure à la température de solidification du liquide.

Pour évacuer les gouttes de liquide accumulées sur une surface, il est bien connu d’appliquer un effort mécanique sur les gouttes, par exemple au moyen d’un essuie-glace sur un pare-brise d’un véhicule automobile. Toutefois, un essuie-glace limite le champ de vision accessible au conducteur. Il étale en outre les particules grasses déposées en surface du pare-brise. De plus, il est nécessaire de renouveler les garnitures de l’essuie-glace régulièrement.

Par ailleurs, les véhicules automobiles modernes comportent généralement un ou plusieurs systèmes d’aide à la conduite qui mettent en œuvre de nombreux capteurs, par exemple des capteurs optiques, tel qu’un lidar pour évaluer une distance entre le véhicule et un objet, ou des sondes, par exemple une sonde Pitot. Or, un effort mécanique sur les gouttes ne peut pas être aisément appliqué pour nettoyer la surface d’un tel capteur, par manque d’espace disponible pour disposer des moyens mécaniques adaptés qui pourraient de plus endommager la surface.

Par exemple, dans le domaine automobile, en conditions hivernales, il est nécessaire de dégivrer le miroir d’un rétroviseur, un pare-brise ou une lunette arrière d’un véhicule pour assurer une conduite sûre. Une technique de dégivrage connue consiste à souffler de l’air chaud sur la face du pare-brise opposée à celle sur laquelle une couche de givre et/ou de glace s’est déposée. Cependant, le temps de dégivrage requis par une telle technique est particulièrement élevé. Pour dégivrer une lunette arrière, il est connu d’y disposer, en masse ou en volume, un filament métallique suivant un trajet formé de lignes régulièrement espacées. La circulation d’un courant électrique au sein du filament génère un échauffement par effet Joule, qui résulte en une fusion de la couche de givre et/ou de glace à proximité du filament sous forme d’un film d’eau, puis en l’évaporation du film d’eau. Cependant, un tel filament limite le champ de vision arrière accessible au conducteur du véhicule. En outre, la couche de givre et/ou de glace comporte généralement des particules qui restent au contact du support une fois le film d’eau évaporé. Il est alors nécessaire de procéder fréquemment au nettoyage de la lunette arrière, ce qui s’avère fastidieux. En outre, la formation de givre et/ou de glace perturbe aussi le fonctionnement des capteurs des systèmes de conduite embarqués.

Par ailleurs, en usage, les surfaces de tels capteurs peuvent aussi être percutées par des éléments extérieurs tels que des insectes, des particules de poussière, de la boue, à des vitesses de l’ordre de celle du véhicule sur lequel elles sont montées. Un dispositif de nettoyage d’une telle surface doit donc être suffisamment robuste pour résister dans un tel environnement.

Il existe donc un besoin pour un dispositif répondant à ces inconvénients. L’invention propose, selon un premier de ses aspects, un dispositif électroacoustique comportant :

- un transducteur d’onde ultrasonore comportant un substrat piézoélectrique et des première et deuxième électrodes en contact avec le substrat piézoélectrique, et

- un support, le transducteur étant fixé sur le support et couplé acoustiquement avec le support et les première et deuxième électrodes étant prises en sandwich, au moins en partie, entre le substrat piézoélectrique et le support, le dispositif étant configuré pour générer une onde de surface ultrasonore se propageant dans le support à distance du transducteur, lorsqu’un courant électrique parcourt les première et deuxième électrodes.

Le dispositif selon l’invention est robuste. Les première et deuxième électrodes étant protégées par le support et par le substrat piézoélectrique, leur dégradation est ainsi limitée, par exemple lorsque le transducteur est mis en contact avec des éléments extérieurs tels que mentionnés ci-dessus.

Par ailleurs, comme cela apparaîtra plus clairement par la suite, le dispositif selon l’invention peut avantageusement être mis en œuvre pour nettoyer une surface recouverte d’un corps, par exemple d’un liquide. De préférence, le transducteur est configuré pour générer une onde guidée qui se transforme en l’onde de surface ultrasonore dans le support à distance du transducteur. L’onde « guidée » ultrasonore se propage à la fois dans le support et dans le transducteur, auprès des faces respectives du substrat et du support en regard l’une de l’autre. Dans une variante, qui sera décrite par la suite, où le dispositif comporte une couche intermédiaire comprise entre le support et le transducteur, l’onde guidée peut en outre se propager dans la couche intermédiaire. L’onde guidée ultrasonore peut notamment être une onde de Stoneley.

De préférence, les première et deuxième électrodes sont disposées sur le substrat piézoélectrique. De préférence, elles sont au contact du substrat piézoélectrique.

De préférence, les première et deuxième électrodes sont au contact du support ou sont au contact d’une couche intermédiaire, de préférence formée de colle, disposée sur le support. La génération de l’onde de surface ultrasonore est ainsi facilitée. La couche intermédiaire présente de préférence une épaisseur inférieure à la longueur d’onde fondamentale de l’onde guidée ultrasonore. En particulier, elle peut présenter une épaisseur inférieure à un dixième de ladite longueur d’onde fondamentale de l’onde guidée, afin de limiter les pertes par transmission à travers la couche intermédiaire.

Le dispositif peut être configuré pour que la fréquence fondamentale de l’onde guidée ultrasonore soit comprise entre 0,1 MHz et 1000 MHz, de préférence comprise entre 10 MHz et 100 MHz, par exemple égale à 40 MHz.

De préférence, l’épaisseur du substrat piézoélectrique est supérieure à la longueur d’onde fondamentale de l’onde guidée ultrasonore. On évite ainsi que l’onde guidée ultrasonore atteigne la face opposée à celle revêtue par les première et deuxième électrodes. Avantageusement, un organe additionnel, tel qu’un organe de protection comme décrit par la suite, peut être disposé sur ladite face opposée sans que l’onde guidée ne puisse atteindre G org ane .

Une partie de la première électrode, respectivement de la deuxième électrode, peut faire saillie du support. La partie de la première électrode, respectivement de la deuxième électrode, faisant saillie du support peut définir un connecteur d’alimentation électrique. Le connecteur d’alimentation électrique peut être conformé pour être relié électriquement à un générateur de courant.

Par ailleurs, l’invention propose, selon un deuxième de ses aspects, un dispositif acoustique comportant : - un transducteur d’onde ultrasonore comportant un substrat piézoélectrique et des première et deuxième électrodes en contact avec le substrat piézoélectrique, et

- un support, le transducteur étant fixé sur le support et couplé acoustiquement avec le support, le transducteur faisant saillie d’un bord du support, les première et deuxième électrodes revêtant une face du substrat en regard du support et étant disposées sur une portion du substrat piézoélectrique non superposée au support, le dispositif étant configuré pour générer une onde de surface ultrasonore se propageant dans le support à distance du transducteur, lorsqu’un courant électrique parcourt les première et deuxième électrodes.

Les première et deuxième électrodes peuvent ainsi être protégées des éléments extérieurs par le substrat piézoélectrique, ce qui limite leur dégradation. Par ailleurs, les électrodes étant disposées en saillie du bord du substrat, l’aire du support revêtue par le transducteur est réduite.

En outre, la disposition spécifique des première et deuxième électrodes permet de réduire réchauffement du dispositif lors de la génération de l’onde ultrasonore. En particulier, les électrodes n’étant pas disposées sur le support, on limite ainsi réchauffement du support par conduction de la chaleur produite par les électrodes.

De plus, dans une variante selon laquelle le transducteur est collé sur le support au moyen d’un adhésif polymère, on réduit le risque de décollement entre le transducteur et le support qui peut résulter d’un échauffement excessif de l’adhésif par conversion d’une partie de l’énergie de l’onde ultrasonore que ce dernier a absorbée.

Le transducteur est de préférence configuré pour générer une onde ultrasonore primaire se propageant dans le substrat et qui se transforme en l’onde de surface ultrasonore se propageant dans le support à distance du transducteur, lorsqu’un courant électrique parcourt les première et deuxième électrodes.

Le dispositif selon l’un quelconque de ses aspects peut en outre présenter l’une quelconque des caractéristiques optionnelles suivantes.

Le transducteur peut être fixé sur le support de différentes façons. Il peut être collé sur le support, notamment au moyen d’un adhésif polymérique. L’adhésif peut être réticulable par illumination au moyen d’un rayonnement ultraviolet. Il est par exemple une résine époxy. Le transducteur peut être fixé par adhérence moléculaire, ou au moyen d’une couche fine métallique assurant l’adhérence entre le support et le substrat. La couche peut être en un métal ou en alliage à basse température de fusion, i.e. présentant une température de fusion inférieure à 200 °C, par exemple en un alliage d’indium. En variante, la couche métallique peut être en un métal ou en un alliage présentant une température de fusion supérieure à 200 °C, par exemple en un alliage d’aluminium et/ou d’or.

Un exemple de fixation par adhérence moléculaire est décrit dans « Glass-on- LiNbO heterostructure formed via a two-step plasma activated low -température direct bonding method », J. Xu et al., Applied Surface Science 459 (2018) 621-629, doi : 10.1016/j. apsusc.2018.08.031. Selon une autre variante, le transducteur peut être fixé sur le support au moyen d’un procédé comportant une étape de fusion d’une portion du substrat et/ou d’une portion du support suivie par une étape consistant à comprimer ensemble le substrat et le support, les portions respectives en fusion du support et substrat étant en contact l’une de l’autre. Selon une autre variante, le transducteur peut être fixé sur le support au moyen d’un procédé comportant le dépôt de couches de liaison en un alliage à basse température de fusion sur une portion du substrat et sur une portion du support respectivement, la fusion au moins partielle desdites couches de liaison, puis la compression du substrat avec le support, les faces des couches de liaison opposées au support et au substrat étant mises en contact l’une avec l’autre au cours de la compression. Les couches de liaison peuvent être déposées par pulvérisation cathodique, ou par une technique d’évaporation mise en œuvre dans le domaine du dépôt de couches minces. Le substrat est de préférence collé sur le support. La face du substrat en regard du support est de préférence collée sur le support, au moyen d’une couche intermédiaire de colle qui en outre couple acoustiquement le transducteur au support. De préférence, l’épaisseur de la couche de colle est inférieure à la longueur d’onde de l’onde ultrasonore primaire afin que cette dernière puisse être transmise efficacement du transducteur au support, c’est à dire en limitant la dissipation dans la couche de colle.

Le dispositif selon l’un quelconque de ses aspects peut présenter une des caractéristiques suivantes.

Le dispositif peut être configuré pour que la fréquence fondamentale de l’onde de surface ultrasonore soit comprise entre 0,1 MHz et 1000 MHz, de préférence comprise entre 10 MHz et 100 MHz, par exemple égale à 40 MHz. L’onde de surface ultrasonore peut être une onde de Rayleigh ou une onde de Lamb. En particulier, elle peut être une onde de Rayleigh lorsque le support présente une épaisseur supérieure à la longueur d’onde de l’onde de surface ultrasonore. Une onde de Rayleigh est privilégiée car une proportion maximale de l’énergie de l’onde est concentrée sur la face du support sur laquelle elle se propage, et peut être transmise à un corps au contact du support.

Le dispositif peut être configuré pour que l’amplitude de l’onde ultrasonore de surface soit comprise entre 1 picomètre et 500 nanomètres. L’amplitude peut dépendre de la fréquence de l’onde fondamentale. Notamment, plus la fréquence est élevée, plus l’amplitude peut être faible. L’amplitude de l’onde ultrasonore de surface correspond au déplacement normal de la face du support sur laquelle se propage l’onde de surface ultrasonore et peut être mesurée par interférométrie laser.

Le support peut être en tout matériau apte à propager une onde de surface ultrasonore. Le support peut être choisi pour que la longueur d’atténuation de l’onde de surface dans le support soit supérieure à la zone à insonifier.

Le support peut être autoporteur, au sens où il peut se déformer, notamment élastiquement, sans rompre sous son propre poids.

La face du support sur laquelle l’onde de surface longitudinale se propage peut être plane. Elle peut aussi être courbe, sous réserve que le rayon de courbure de la face soit supérieur à la longueur d’onde de l’onde de surface ultrasonore.

La face peut être rugueuse. Les rugosités seront de préférence inférieures à la longueur d’onde fondamentale de l’onde de surface ultrasonore, afin d’éviter qu’elles n’affectent significativement leur propagation.

Le support peut notamment se présenter sous la forme d’une plaque plane ou courbe. L’épaisseur du support peut être inférieure à 0,01 m. La longueur du support peut être supérieure à 1 mm, voire supérieure à 1 cm, voire même supérieure à 1 m.

L’aire d’une face de la plaque peut être comprise entre 0,01 m 2 et 10 m 2 .

Par « épaisseur du support », on considère la plus petite dimension du support mesurée selon une direction perpendiculaire à la surface sur laquelle se propage l’onde ultrasonore.

Le support peut être optiquement transparent, notamment à la lumière dans le visible ou à un rayonnement dans l’ultraviolet ou dans l’infrarouge. Le procédé est ainsi alors particulièrement adapté aux applications dans lesquelles l’amélioration du confort visuel d’un utilisateur observant son environnement à travers le support est recherchée.

Le support peut être en un matériau choisi parmi les matériaux piézoélectriques, les polymères, en particulier les thermoplastiques, notamment le polycarbonate, les verres, les métaux et les céramiques.

De préférence, le support est en matériau différent d’un matériau piézoélectrique.

De préférence, le support est choisi dans le groupe formé par :

- une surface automobile, par exemple choisie parmi un pare-brise d’un véhicule, un vitrage d’un rétroviseur, ou

- une visière d’un casque,

- une vitre d’un bâtiment,

- un capteur, par exemple un capteur optique, un capteur thermique, un capteur acoustique ou un capteur de pression ou de vitesse, notamment une sonde, par exemple une sonde de Pitot,

- une surface d’un dispositif optique, le dispositif optique étant par exemple choisi parmi un objectif d’une caméra, un verre d’une lunette de vue, et

- un élément de protection d’un tel capteur.

D’autres types de support sont envisageables. Notamment, le support peut être un substrat d’un laboratoire sur puce, notamment destiné à des applications microfluidiques.

Le support peut être un élément de la structure d’un aéronef, par exemple une aile, un fuselage ou un empennage.

Le support présente de préférence une forme mince. Le rapport entre la longueur du support sur l’épaisseur du support peut être supérieur à 10, voire supérieur à 100, voire supérieur à 1000.

Le support peut encore être choisi parmi un élément d’un échangeur de chaleur, une installation de plomberie et un élément d’un système de ventilation. De tels supports présentent généralement des surfaces auxquelles il est difficile d’accéder pour évacuer les gouttes de liquide qui s’y déposent, par exemple par condensation, et qui peuvent se solidifier.

Le support peut être un élément de stockage de nourriture, par exemple une paroi interne d’un réfrigérateur, ou une paroi exposée à la condensation d’un liquide pouvant solidifier. Par exemple, dans un réfrigérateur, la condensation des gouttes d’eau et leur solidification sur une paroi augmente l’échange thermique entre la paroi et le volume d’air frais du réfrigérateur, réduisant son rendement.

Le rapport entre l’aire du support couverte par le transducteur et l’aire de la face du support sur laquelle est fixé le transducteur peut être inférieure à 15%.

Le transducteur présente de préférence une forme mince. Le rapport entre la longueur du transducteur sur l’épaisseur du transducteur peut être supérieur à 10, voire supérieur à 100, voire supérieur à 1000.

Le transducteur peut se présenter sous la forme d’une plaque, plane ou courbe.

Le transducteur peut présenter une épaisseur comprise entre 10 picomètres et 1 micromètre. Le transducteur peut présenter une longueur et/ou une largeur de préférence comprises entre 1 millimètres et 20 cm.

De préférence, les première et deuxième électrodes forment des premier et deuxième peignes interdigités.

Les premier et deuxième peigne peuvent comporter de préférence une base à partir de laquelle s’étend une rangée de doigts, les doigts étant de préférence parallèle les uns aux autres. Les doigts peuvent présenter une largeur comprise entre la longueur d’onde fondamentale de l’onde ultrasonore divisée par 8 et la longueur d’onde fondamentale de l’onde ultrasonore divisée par 2. La largeur des doigts détermine en partie la fréquence fondamentale de l’onde de surface ultrasonore. Par ailleurs, une faible largeur de doigt augmente la résistance électrique du transducteur, qui peut se traduire par un échauffement qui peut participer à la fusion d’un corps qui est au contact du support ou au maintien du corps à l’état liquide.

Par ailleurs, l’espacement entre deux doigts consécutivement adjacents d’une rangée du premier peigne, respectivement du deuxième peigne, peut être comprise entre la longueur d’onde fondamentale de l’onde ultrasonore divisée par 8 et la longueur d’onde fondamentale de l’onde ultrasonore divisée par 2.

Le nombre de doigts interdigités peut être augmenté pour accroître le facteur de qualité du transducteur.

Chaque peigne comporte préférentiellement entre 2 et 50 doigts.

Le substrat peut être une couche mince déposée, par exemple par dépôt chimique en phase vapeur ou par dépôt physique en phase vapeur, sur le support. En variante, le substrat peut être autoporteur, c’est-à-dire suffisamment rigide pour ne pas fléchir sous l’effet de son propre poids. Le substrat autoporteur peut être fixé, par exemple collé, sur le support.

Le matériau piézoélectrique peut être choisi dans le groupe formé par le niobate de lithium, le nitrure d’aluminium, le titano-zircanate de plomb, l’oxyde de zinc, et leurs mélanges. Le matériau piézoélectrique peut être opaque à la lumière dans le visible.

Dans une variante, le support est formé du matériau piézoélectrique et le transducteur comporte le support. Les premier et deuxième peignes sont de préférence disposés au contact du support.

Dans une autre variante, le support est en un matériau différent d’un matériau piézoélectrique et les électrodes sont disposées sur le substrat intermédiaire.

Les première et deuxième électrodes peuvent être déposées par photolithographie sur le support et/ou sur le substrat.

Un corps peut être disposé sur une face du support à distance du transducteur.

La portion du corps la plus éloignée du transducteur peut être à une distance au plus de 1 mètre.

La température du support peut être inférieure à 0 °C, voire à -10 °C et le corps peut être aqueux.

Le corps peut être en contact de la face du support sur laquelle le transducteur est fixé, ou sur la face opposée à la face du support sur laquelle le transducteur est fixé. Le corps peut être en contact de la face du support sur laquelle le transducteur est fixé et un autre corps peut être en contact de la face sur laquelle est disposée le corps.

Le corps peut comporter une partie à l’état solide et une partie à l’état liquide. Par exemple, le corps peut être de l’eau et être formé d’une portion givrée, glacée ou enneigée et d’une portion liquide au contact de la portion givrée, glacée ou enneigée respectivement.

Le corps à l’état liquide peut se présenter sous la forme d’au moins une goutte ou d’au moins un film. Par « film », on entend une pellicule mince formée sur le support. Le film peut être continu ou discontinu.

Le corps peut être aqueux. En particulier, il peut être de l’eau de pluie ou de l’eau de rosée. L’eau de pluie et/ou l’eau de rosée peut notamment contenir des particules. Une eau de rosée forme une buée en surface d’un support. Elle résulte de la condensation sur le support, dans des conditions ad hoc de pression et de température, de l’eau sous forme vapeur contenue dans l’air. Le corps peut avoir été déposé par condensation avant de solidifier sur le support.

Le corps à l’état solide peut être choisi parmi un givre, de la glace et de la neige. Le corps à l’état liquide peut être une nappe ou au moins une goutte, par exemple une buée. Un « givre » est formé de gouttes d’eau ayant solidifiées avant d’avoir été déposées sur le support. La « glace » est formée de gouttes d’eau ayant condensé sur le support puis ayant solidifié sur le support.

Par ailleurs, afin de protéger le transducteur, notamment des éléments extérieurs tels que mentionnés ci-dessus, le dispositif comporte de préférence un organe de protection superposé au substrat piézoélectrique.

De préférence, le transducteur est logé dans une chambre définie par l’organe de protection et le support.

En particulier, dans le dispositif selon le premier aspect de l’invention, au moins une, voire toutes les faces du substrat non revêtues par les première et deuxième électrodes peuvent être en contact avec l’organe de protection.

L’organe de protection est de préférence distant du support, de manière à ne pas perturber la propagation de l’onde ultrasonore de surface.

L’organe de protection peut être au contact d’une face du transducteur non revêtue par les première et deuxième électrodes. Il n’interagit alors pas avec l’onde guidée ou avec l’onde primaire. De préférence, l’organe de protection est au contact de la face du transducteur opposée à la face sur laquelle les première et deuxième électrodes sont déposées. En particulier l’organe de protection peut être fixé, par exemple collé, sur le transducteur. Le dispositif est ainsi de fabrication simplifié.

Par ailleurs, le dispositif peut être relié électriquement à une générateur de courant pour alimenter électriquement le transducteur. Le générateur de courant peut être configuré pour délivrer une puissance d’alimentation électrique préférentiellement comprise entre 1 milliwatts et 500 watts.

Par ailleurs, l’invention concerne un procédé de fabrication du dispositif selon l’invention, comportant les étapes successives suivantes consistant à : a) former des première et deuxième électrodes sur une face d’un substrat piézoélectrique de manière à obtenir un transducteur d’ondes, b) fixer le transducteur d’ondes sur un support, pour obtenir ledit dispositif.

De préférence, on revêt le support et/ou le transducteur d’onde d’une couche de colle, puis le support et/ou le transducteur d’onde ainsi revêtues sont assemblés.

L’invention concerne encore une première méthode comportant la synthèse, au moyen d’un dispositif électroacoustique selon l’invention, d’une onde ultrasonore de surface se propageant dans le support jusqu’à un corps liquide disposé sur une face du support et distant du transducteur, l’énergie de l’onde ultrasonore étant suffisante pour induire un déplacement du corps sur le support.

Le corps peut se déplacer dans le sens de propagation de l’onde de surface ultrasonore.

L’invention concerne aussi une deuxième méthode comportant :

- la fourniture d’un dispositif électroacoustique selon l’invention, et

- l’alimentation électrique du transducteur d’onde pour synthétiser une onde ultrasonore de surface se propageant dans le support jusqu’à un corps disposé sur une face du support et distant du transducteur, au moins une partie de l’énergie d’alimentation électrique étant convertie sous forme de chaleur par le transducteur, l’énergie électrique alimentant le transducteur étant suffisante pour que la chaleur et l’énergie de l’onde ultrasonore de surface induisent :

- la fusion du corps lorsque le corps est à l’état solide,

- et/ou le maintien du corps à l’état liquide lorsque la température du support est inférieure à la température de solidification du corps.

L’énergie de l’onde ultrasonore peut en outre être suffisante pour induire le déplacement du corps fondu ou maintenu à l’état liquide sur la face.

L’invention concerne aussi une troisième méthode comportant :

- la fourniture d’un dispositif comportant : un transducteur d’onde ultrasonore comportant un substrat piézoélectrique, des première et deuxième électrodes en contact avec le substrat piézoélectrique et un support, le transducteur étant fixé sur le support et couplé acoustiquement avec le support, les première et deuxième électrodes étant prises en sandwich, au moins en partie, entre le substrat piézoélectrique et le support, le dispositif étant configuré pour générer une onde de surface ultrasonore se propageant dans le support à distance du transducteur, lorsqu’un courant électrique parcourt les première et deuxième électrodes, le transducteur étant configuré pour générer une onde guidée qui se transforme en l’onde de surface ultrasonore dans le support à distance du transducteur,

- la synthèse, au moyen dudit dispositif d’une onde ultrasonore de surface se propageant dans le support jusqu’à un corps liquide disposé sur une face du support et distant du transducteur, l’énergie de l’onde ultrasonore étant suffisante pour induire un déplacement du corps sur le support, le corps étant une nappe ou étant une goutte présentant un diamètre inférieur ou égal à 5 mm.

Par « diamètre » du corps, on entend la diamètre de la plus petite sphère circonscrite au corps. Le diamètre du corps est déterminé préalablement à la synthèse de l’onde ultrasonore.

La première méthode et/ou la deuxième méthode et/ou la troisième méthode peuvent comporter les caractéristiques suivantes.

Le corps peut présenter l’une quelconque des caractéristiques ci-dessus.

Le corps peut être une nappe. La nappe peut s’étendre sur le support sur une superficie supérieure ou égale à 2 cm 2 , voire supérieure ou égale à 5 cm 2 , voire supérieure ou égale à 10 cm 2 , voire supérieure ou égale à 100 cm 2 , voire supérieure ou égale à 500 cm 2 . L’épaisseur de la nappe peut être comprise entre 10 pm et 10 mm, voire comprise entre 50 pm et 5 mm.

Le corps peut être une goutte présentant un diamètre inférieur ou égal à 5 mm. La goutte peut présenter un diamètre inférieur ou égal à 1 mm, voire inférieur ou égal à 0, 1 mm. La goutte peut présenter un diamètre compris entre 2 mm et 5 mm. Elle peut présenter un diamètre compris entre 0, 1 mm et 2 mm.

Le corps peut se déplacer dans le sens de propagation de l’onde de surface ultrasonore.

Le corps peut être déplacé le long de la face du support sur laquelle il est disposé. Par ailleurs, la température du support peut être inférieure à 0 °C, et le corps est de préférence aqueux.

Enfin, l’invention concerne l’utilisation du dispositif selon l’invention, pour nettoyer et/ou désembuer et/ou dégivrer une face d’un support, notamment une surface automobile. L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel :

[Fig 1] la figure 1 représente de manière schématique, et en coupe transversale, un exemple de dispositif électroacoustique selon l’invention,

[Fig2] la figure 2 représente en perspective le transducteur d’onde du dispositif électroacoustique illustré sur la figure 1,

[Fig 3] la figure 3 représente un autre exemple de dispositif électroacoustique selon l’invention, et

[Fig 4] la figure 4 représente encore autre exemple de dispositif électroacoustique selon l’invention.

Les éléments constitutifs du dessin n’ont pas été représentés à l’échelle par souci de clarté.

Description détaillée

On a illustré sur la figure 1 un premier exemple de dispositif électroacoustique 5 selon le premier aspect de l’invention.

Il comporte un support 10 sur lequel est fixé un transducteur 15, au moyen d’une couche de colle 20. La couche de colle couple acoustiquement le support au transducteur.

Le transducteur comporte un substrat 25 et des première 30 et deuxième 35 électrodes qui revêtent une face 40 du substrat.

Le substrat est fait d’un matériau piézoélectrique, par exemple en niobate de lithium, coupe Y 128°. Il présente une forme d’une plaque dont l’épaisseur e est supérieure à la longueur d’onde de l’onde générée par le transducteur. Ainsi, l’onde générée par le transducteur est transmise directement dans le support et n’atteint pas la face 45 du substrat opposée à celle sur laquelle le support est montée.

Les première et deuxième électrodes sont prises en sandwich entre le support et le substrat et sont reliées à un générateur de tension 50 qui les alimente électriquement. Elles sont ainsi disposées en regard du support, et sont protégées par le support, le substrat et la couche de colle.

Le support se présente dans l’exemple illustré sous la forme d’une plaque et présente une face 55 supérieure en contact avec l’environnement extérieur 60. Dans l’exemple illustré, elle est recouverte d’un corps 65 sous la forme d’un film d’eau. Le corps 65 peut être une goutte ou une nappe. Par exemple, la nappe est formée par l’agglomération de gouttes, par exemple de pluie, sur le support.

Pour fabriquer le dispositif, les première et deuxième électrodes peuvent être formées par un procédé d’évaporation ou pulvérisation et mises en forme par photolithographie. Elles peuvent être en chrome, ou aluminium ou en la combinaison d’une couche d’ accroche telle que le titane et une couche conductrice telle que l’or. Le substrat ainsi recouvert peut ensuite être collé sur le substrat. Afin de faciliter l’opération de collage, un substrat autoporteur est préféré.

Comme cela est illustré sur la figure 2, les première 30 et deuxième 35 électrode forment des premier 70 et deuxième 75 peignes. Chaque peigne comporte une base 80, 85 et une rangée de doigts 90, 95, s’étendant parallèlement les uns aux autres à partir de la base. Les premier et deuxième peignes sont interdigités.

Chacun des doigts du premier peigne, respectivement du deuxième peigne, présente une largeur 1 égale à la longueur d’onde fondamentale de l’onde ultrasonore de surface divisée par 4 et l’espacement S entre deux doigts consécutifs d’un peigne est égal à la longueur d’onde fondamentale de l’onde de surface ultrasonore divisée par 4.

L’espacement entre les doigts détermine la fréquence de résonance du transducteur que l’homme du métier sait aisément déterminer. Une tension alternative est appliquée par le générateur 50 et peut être amplifiée, de telle sorte que le transducteur génère une onde de surface ultrasonore.

La mise sous tension électrique alternative des première et deuxième électrodes induit une réponse mécanique du matériau piézoélectrique, qui résulte en la génération d’une onde de surface guidée G qui se propage dans le support selon un sens de propagation P, notamment vers le corps disposé sur le support.

Pour un transducteur configuré pour générer une onde de fréquence fondamentale prédéterminée, la détermination de l’énergie générée par le transducteur suffisante pour déplacer ou fondre le corps et/ou le maintenir à l’état liquide est aisée pour l’homme du métier. Notamment, l’homme du métier sait relier la fréquence fondamentale de l’onde guidée ultrasonore à la fréquence du signal électrique pour générer l’onde. Il sait ensuite faire varier l’amplitude du signal électrique de manière à déterminer l’énergie électrique suffisante à fournir au transducteur. Lorsque le transducteur est alimenté électriquement par le générateur de tension, il génère une onde ultrasonore. Les première et deuxième électrodes étant prises en sandwich entre le support et le substrat, l’onde G générée par le transducteur est guidée et se propage à l’interface entre le support et le substrat, définie par la face du substrat revêtue par les électrodes et par la face du support en regard des électrodes. Lorsque l’onde guidée atteint l’extrémité latérale 98 du substrat le long de sa direction de propagation, elle est transmise dans le support sous la forme d’une onde de surface ultrasonore W qui se propage en surface du support. La transformation de l’onde guidée en onde de surface résulte de l’absence d’interface entre deux solides dans la portion du support non recouverte par le transducteur. L’onde de surface interagit ensuite avec le corps recouvrant le support. Pour un corps liquide, un transducteur synthétisant une onde de surface de fréquence fondamentale comprise entre 0,1 MHz et 1000 MHz, de préférence comprise entre 10 MHz et 100 MHz, par exemple égale à 40 MHz, est bien adapté pour assurer le déplacement d’un film d’eau. Dans la variante où le film d’eau est sous forme de glace ou de givre, il est aussi bien adapté pour provoquer la fusion du film d’eau, par l’apport de l’énergie de l’onde de surface ultrasonore et par le transfert de la chaleur qu’il génère, notamment par chauffage résistif des électrodes.

Le dispositif illustré sur la figure 3 diffère de celui illustré sur la figure 1 en ce qu’il comporte en outre un organe de protection 100 qui est superposé au support et au transducteur. Il définit conjointement avec le support une chambre 105 dans laquelle le transducteur est logé. Le transducteur, et plus particulièrement le substrat est ainsi protégé des éléments extérieurs, tels que les précipitations et les poussières. L’organe de protection est fixé sur la face 45 du substrat non revêtue par les première et deuxième électrodes. Le substrat ayant une épaisseur supérieure à la longueur d’onde de l’onde guidée, l’organe de protection n’interagit pas avec l’onde guidée. L’organe de protection peut être en matériau résistant aux chocs, tels qu’un métal ou un thermoplastique. Dans l’exemple illustré, l’organe de protection est distant du support. Ainsi, il n’entrave pas la propagation de l’onde de surface ultrasonore dans le support.

Enfin, le dispositif illustré sur la figure 4 diffère du dispositif illustré sur la figure 1 en ce qu’il comporte une portion faisant saillie du bord du support, et que les première et deuxième électrodes sont disposées sur une portion 108 du substrat piézoélectrique non superposée au support. Les première et deuxième électrodes étant distantes du support, il est aisé de les connecter électriquement au générateur de tension. Lorsque le substrat est alimenté électriquement, le dispositif génère une onde primaire Q qui se propage en surface du substrat puis à l’interface 110 entre la substrat et le support. Lorsque l’onde primaire atteint l’extrémité latérale 98 du substrat le long de sa direction de propagation, elle est transmise dans le support sous la forme d’une onde de surface ultrasonore qui se propage en surface du support. Comme dans l’exemple de la figure 1, l’onde de surface ultrasonore peut induire le déplacement d’un liquide sur le support.

Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux modes de mise en œuvre du procédé, et notamment aux exemples, présentés dans la présente description.