La présente invention se rapporte à un fluxmètre thermique (ou sonde fluxmétrique), pouvant notamment, mais non exclusivement, être mis en œuvre en thermothérapie.

Un fluxmètre consiste généralement en une association de thermocouples avec une structuration en jonctions froides et chaudes. Le principe à base d'un tel fluxmètre est que le transfert de chaleur à travers un thermocouple crée une force électromotrice (fém), par effets thermoélectriques, notamment par effet Seebeck.

Il existe de nombreux types de fluxmètres, notamment le fluxmètre dit à gradient tangentiel.

Ce fluxmètre comprend essentiellement un support plan diélectrique, par exemple en kapton ou en céramique usinable, sur lequel sont formés des thermocouples reliés en série et en formant des mailles grecques (on parle de fluxmètre de type méandriforme). Des cales ou plots de constriction thermique privilégient le passage du flux de chaleur dans chaque thermocouple, créant ainsi des gradients de température localisés, sources de signaux thermoélectriques représentatifs de flux de chaleur.

Un tel fluxmètre à gradient tangentiel est par exemple décrit dans le document WO-

A- 1984/002037.

L'absence de paroi auxiliaire dans ce type de fluxmètre permet d'en minimiser l'épaisseur, d'augmenter la présence relative de la partie métallique et donc de réduire le temps de réponse et d'en diminuer l'effet perturbateur lorsqu'il est positionné entre deux milieux soumis à un transfert de chaleur. Ce type de fluxmètre est cependant par principe très intrusif. La réduction de la plaque support pourrait être envisagée, mais elle induirait une réduction du nombre de thermocouples et donc une moins bonne précision de mesure du fluxmètre.

De plus, pour la détermination des propriétés thermophysiques telles que la conductivité et la diffusivité thermique de matériaux, son usage doit s'effectuer par paire. Ce principe de mesure implique que l'on doit soumettre l'échantillon à caractériser à un gradient de température.

Il existe donc un besoin pour un fluxmètre ne présentant pas les inconvénients susmentionnés.

A cette fin l'invention propose un fluxmètre thermique à thermo coup les, comportant une bande continue en une première matière conductrice ou semi-conductrice de l'électricité recouverte sur au moins une de ses faces, de préférence sur sa face radialement externe, par une succession de zones, séparées les unes des autres et constituées par une seconde matière conductrice ou semi-conductrice de l'électricité ayant un pouvoir thermoélectrique différent de celui de la première matière, la bande s'étendant en forme d'hélice.

Ainsi, avantageusement, le fluxmètre selon l'invention présente une forme générale à symétrie de révolution, notamment tronconique, conique, tubulaire ou cylindrique. De par cette symétrie de révolution, la détermination des propriétés thermophysiques d'un milieu est possible à l'aide d'un seul capteur. Cette géométrie axiale permet en effet d'utiliser un seul capteur afin de caractériser thermiquement le milieu ou suivre l'évolution de ses propriétés thermophysiques.

Par ailleurs, le fluxmètre thermique selon l'invention, de par sa forme générale, peut être inséré dans des milieux corrosifs, poinçonnant, sous pression, dans le sol, les organes, etc. Le fluxmètre peut ainsi réaliser des mesures qu'un fluxmètre plan ne peut réaliser, par exemple dans un échantillon volumétrique. Le fluxmètre selon l'invention permet par exemple de contrôler la qualité de cuisson d'aliments entrant dans la composition de plats préparés pour la grande distribution, l'auscultation d'ouvrages d'art par le suivi des variations de leurs propriétés thermophysiques sous l'action de pathologies telles que la corrosion ou Γ alcali-réaction, ou la mesure simples du rayonnement solaire thermique pour des applications en météorologie dédiée au bâtiment telles que la domotique liée à la régulation thermique de l'habitat.

Selon des modes de réalisation préférés, le fluxmètre thermique selon l'invention présente une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :

- le fluxmètre thermique comprend des cales de constriction thermique internes, disposées radialement à l'intérieur de la bande, et/ou des cales de constriction thermique externes, disposées radialement à l'extérieur de la bande ;

- les cales de constriction thermique internes sont équiréparties angulairement, les cales de constriction thermique externes sont équiréparties angulairement, et les cales de constriction thermique internes et externes sont décalées angulairement, chaque cale de constriction thermique interne, respectivement externe, étant de préférence située angulairement au milieu de deux cales de constriction thermique externes, respectivement internes, successives ;

- le fluxmètre thermique comporte en outre une source de chaleur, de préférence réglable ;

- la source de chaleur comporte un fil résistif, apte à être relié à un générateur électrique ;

- le fluxmètre thermique comporte en outre un ruban d'homogénéisation du transfert de la chaleur créée par le fil résistif, enroulé radialement à l'extérieur du fil résistif ; - le fluxmètre thermique comporte un régulateur, notamment un régulateur PID, apte à réguler la consigne de la source de chaleur en fonction d'une température et/ou d'un flux thermique mesuré(e)(s) ;

- le fluxmètre thermique comporte en outre un enrobage en matériau isolant électrique, par exemple en résine époxy, autour de la bande et/ou des cales de constriction thermique internes et/ou externes et/ou du fil résistif de la source de chaleur et/ou du ruban d'homogénéisation du transfert de la chaleur créée par le fil résistif ;

- le fluxmètre thermique comprend un support, notamment tubulaire ou plein, avec de préférence une rainure hélicoïdale sur sa surface radialement externe, destinée à recevoir le fil résistif de la source de chaleur et/ou le ruban d'homogénéisation du transfert de la chaleur créée par le fil résistif, le cas échéant, et/ou l'enrobage en matériau isolant électrique ;

- le support présente une ou des rainures longitudinales pour recevoir les cales de constriction thermique internes et/ou l'enrobage en matériau isolant électrique ;

- le fluxmètre thermique comprend une paroi extérieure tubulaire, de préférence cylindrique ;

- le fluxmètre thermique comporte en outre au moins un capteur de température, notamment :

- un capteur de température disposé à l'intérieur de la paroi extérieure tubulaire, notamment au contact de la paroi extérieure tubulaire, et/ou

- un capteur de température disposé au voisinage de la source de chaleur, et/ou

- un capteur de température disposé à l'intérieur du support, notamment quand le support est creux.

Selon un autre aspect, l'invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un fluxmètre thermique, en particulier d'un fluxmètre thermique tel que décrit ci-avant dans toutes ses combinaisons, comprenant les étapes consistant à :

- bobiner une bande d'une première matière conductrice ou semi-conductrice de l'électricité en forme d'hélice,

- recouvrir une succession de zones, séparées les unes des autres, de la bande, avec une seconde matière conductrice ou semi-conductrice de l'électricité ayant un pouvoir thermoélectrique différent de celui de la première matière, par exemple par dépôts localisés sur la bande, de la seconde matière.

De préférence, le procédé selon l'invention comprend en outre au moins une des étapes suivantes, consistant à : - fournir un support présentant de préférence une rainure hélicoïdale et/ou une pluralité de rainures longitudinales, la bande étant ensuite bobinée autour du support, dans la rainure hélicoïdale le cas échéant,

- bobiner un fil résistif sur le support, dans la rainure hélicoïdale le cas échéant,

- bobiner un ruban en matériau conducteur de la chaleur, radialement à l'extérieur du fil résistif, dans la rainure hélicoïdale le cas échéant,

- mettre en place des cales de constriction thermique internes, dans au moins certaines des rainures longitudinales le cas échéant,

- enrober de résine et/ou de colle,

- mettre en place des cales de constriction thermique externes, et

- fermer le fluxmètre par insertion dans un tube externe.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, en regard des dessins sur lesquels :

- la figure 1 représente schématiquement une section transversale d'un exemple de fluxmètre thermique ;

- la figure 2 représente schématiquement en perspective un support pouvant être mis en œuvre dans le fluxmètre thermique de la figure 1 ;

- la figure 3 représente un ordinogramme d'un exemple de procédé de fabrication à l'aide du fluxmètre de la figure 1.

La figure 1 illustre schématiquement une section transversale d'un fluxmètre thermique 10.

Le fluxmètre thermique 10 de la figure 1 comporte tout d'abord un support 12, représenté en perspective sur la figure 2.

Le support 12 est de préférence tubulaire, présentant un espace central 14 cylindrique, creux. Cependant, selon une variante non illustrée, le support 12 est plein.

Le support 12 est par exemple réalisé en matériau plastique, notamment en PVC.

Le support 12 présente ici un diamètre extérieur inférieur à 2 cm, notamment égal à 1 cm, et une longueur comprise entre 5 et 15 cm, par exemple égale à 10 cm.

Comme cela est visible sur la figure 2 notamment, le support 12 présente sur un premier tronçon 16, une rainure hélicoïdale 18 et une pluralité de rainures longitudinales 20. La rainure hélicoïdale 18 est réalisée sur une hauteur d'environ 5 cm du support 12.

Les rainures hélicoïdales 18 et longitudinales 20 sont, par exemple, réalisées par filetage. Les rainures longitudinales sont ici au nombre de douze. Sur un deuxième tronçon 22, le support 12 présente des dents 24, essentiellement destinées à faciliter l'organisation du câblage du fluxmètre thermique 10. La rainure hélicoïdale 18 reçoit ici un fil résistif 26, recouvert sur son côté radialement externe par un ruban en cuivre 28, afin d'améliorer la sensibilité du f uxmètre. Selon une variante non illustrée, cependant, le fil résistif 26 n'est pas recouvert par un ruban en cuivre 28.

Le fil résistif 26 est destiné à être relié à un générateur électrique, par exemple un générateur de courant, pour former une source de chaleur. Un régulateur, notamment un régulateur PID, peut être prévu pour réguler la consigne de la source de chaleur en fonction d'une température et/ou d'un flux thermique mesuré(e)(s). Dans le cas de la thermothérapie, ce fil résistif peut avantageusement être mis en œuvre pour chauffer les tissus à traiter, notamment pour le cas de tumeurs.

Le ruban en cuivre 28, recouvrant le fil résistif 26 sur son côté radialement externe, permet d'homogénéiser le transfert de la chaleur créée par le fil résistif 26 traversé par un courant électrique.

Le support 12 reçoit également, dans certaines des rainures longitudinales 20, des cales de constriction thermique 30 dites internes. Ces cales de constriction thermique internes 30 sont reçues dans la moitié des rainures longitudinales 20. Les cales de constriction thermique internes 30 sont de préférence disposées dans une rainure longitudinale 20 sur deux, pour être équiréparties angulairement autour du support 12. Ces cales de constriction thermique internes 30 sont ici en laiton, mais elles peuvent être de toute nature susceptible de transférer la chaleur de manière adéquate. Elles sont ici de section carrée, mais d'autres formes de leur section sont possibles.

Les cales de constriction thermique internes 30, le fil résistif 26 et le ruban 28 disposé radialement à l'extérieur de ce fil résistif 26, sont noyés dans une résine époxy. Cette résine comble ainsi les espaces et interstices. Cette résine laisse cependant libre l'extrémité radialement externe des cales de constriction thermique internes 30, de sorte qu'il est formé une alternance en surface entre les cales de constriction thermique internes 30 et la résine, qui permet de modifier le transfert radial de chaleur, privilégiant la déviation du flux thermique dans les cales de constriction thermique internes 30. Le contraste des conductivités thermiques entre la résine époxy et les cales de constriction thermique internes 30 permet de favoriser le transfert d'énergie, autant que possible, via le chemin des conductivités les plus élevées du fluxmètre 10. On maximise ainsi le gradient tangentiel interne des thermocouples formés sur une bande de constantan 32 bobinée autour de la résine époxy, par dépôt sur la surface radialement externe de la bande de constantan 32 de dépôts de cuivre, la bande de constantan étant de préférence isolée des cales de constriction thermique internes 30 par la résine époxy. Les cales de constriction thermique internes 30 collectent en effet la chaleur diffusée par le ruban de cuivre et la concentre au niveau de thermojonctions situées sur ou sous la bande de constantan 32. L'augmentation de la densité locale du flux au niveau de ces thermojonctions crée une jonction chaude sur la partie inférieure des thermocouples.

Les cales de constriction thermique internes 30 sont positionnées de telle sorte que leur extrémité radialement externe est sensiblement au même niveau radial que le sommet radialement externe des rainures longitudinales, de telle sorte que les cales de constriction thermique internes s'étendent sensiblement tangentiellement au sommet de ces rainures longitudinales.

Une autre rainure, d'une largeur par exemple d' 1 mm, peut être réalisée, notamment par fraisage. Cette autre rainure permet de créer une réservation en vue de l'insertion d'un capteur de température noyé dans la résine époxy. Un capteur de température, disposé de la sorte, permet de surveiller la température du fil résistif 26 et, ainsi, d'en éviter la destruction.

La bande de constantan 32 est bobinée en hélice autour du support 12 et de la résine époxy. La bande de constantan 32 est isolée électriquement des cales de constriction thermique internes 30 par la résine époxy. La bande de constantan 32 peut être collée sur la résine époxy.

Par « bobinée en hélice », on entend que la bande de constantan 32 forme des tours (ou boucles) en s'étendant sur une certaine hauteur. Les tours sont de préférence identiques, de section circulaire, le bobinage étant alors hélicoïdal.

Le pas de l'enroulement est ici choisi égal à 0,5 mm, la bande de constantan 32 présentant une épaisseur de 0,2 à 0,3 mm. Ceci permet d'éviter un court-circuit pour un tour de la bande de constantan 32.

Sur la surface radialement externe de la bande de constantan 32, sont réalisés des dépôts séparés de cuivre, formant ainsi des thermocouples dits plaqués, l'ensemble des thermocouples réalisés en série formant une thermopile.

II peut être prévu une couche d'isolant électrique sur la surface radialement externe du ruban de constantan fonctionnalisé, recouvrant les thermocouples.

Des cales de constriction thermique 34 sont prévues radialement à l'extérieur par rapport à la bande de constantan 32 et aux thermocouples, voire par rapport à la couche d'isolant, le cas échéant. Les cales de constriction thermique externes 34 sont équiréparties angulairement. En outre, l'écart angulaire entre les cales de constriction thermique internes et les cales de constriction thermique externes est ici homogène et optimisé, notamment maximisé. Telles qu'illustrées, les cales de constriction thermique externes 34 sont décalées angulairement par rapport aux zones de la bande de constantan recouvertes de cuivre.

Une couche de résine de type époxy 36 est coulée autour de l'ensemble et noie les cales de constriction thermique externes 34. Enfin, un chemisage du fluxmètre thermique 10 est prévu au moyen d'un tube ou d'une douille 38, ici en cuivre. Le tube 38 joue le rôle de collecteur thermique tout en assurant une protection mécanique des différents éléments du fluxmètre thermique 10. Le tube 38 peut à son tour être recouvert d'une couche d'isolant électrique, notamment sous la forme d'un vernis, et/ou d'une couche d'agent de biocompatibilité et/ou antiadhésif, par exemple sous la forme d'une couche de polytétrafluoroéthylène (PTFE).

Le fluxmètre thermique 10 de la figure 1 peut notamment être réalisé en mettant en œuvre un procédé de fabrication 100 tel qu'illustré schématiquement à la figure 3.

Dans une première étape 102, on fournit un support 12 présentant une rainure hélicoïdale et/ou une pluralité de rainures longitudinales. Ce support 12 peut être réalisé par moulage, impression 3D, ou usinage de matériau plastique suivi si nécessaire d'une ou plusieurs étapes d'usinage, notamment de fraisage, pour former les rainures hélicoïdales et/ou longitudinales. L'extrémité du support peut également être percée de deux trous afin de faire revenir la bande de constantan dans l'autre sens que celui de son bobinage autour du support et ainsi assurer une connectique d'un seul côté du fluxmètre.

Puis, dans une étape 104, le fil résistif 26 est bobiné autour du support 12, de préférence dans la rainure hélicoïdale. L'extrémité du support 12 est de préférence percé, pour permettre le retour du fil résistif et assurer une connectique d'un seul côté du support 12.

Ensuite, à une étape 106, un ruban de cuivre est bobiné radialement à l'extérieur du fil résistif 26, de préférence dans la rainure hélicoïdale du support, pour homogénéiser le transfert de la chaleur créée par le fil résistif 26.

Dans une étape successive 108, les cales de constriction thermique internes 30 sont mises en place et, de préférence, collées, dans au moins certaines des rainures longitudinales formées dans le support, notamment dans une rainure longitudinale sur deux.

A l'étape 110 immédiatement ultérieure, l'ensemble ainsi formé est noyé dans une résine époxy.

Une fois déposé le matériau d'enrobage que constitue la résine époxy, ce matériau d'enrobage peut être usiné afin d'obtenir une forme générale cylindrique. Un ponçage peut être effectué. Également, un fraisage peut être effectué dans la résine pour créer une réservation en vue de l'insertion d'un capteur de température.

Le procédé de fabrication du fluxmètre comprend alors une étape 112 consistant à bobiner la bande de constantan autour de la résine époxy, la bande de constantan pouvant être collée sur la résine. Pour ce faire, l'ensemble noyé dans la résine époxy peut être enduit d'adhésif, la bande de constantan étant bobiné autour de l'ensemble noyé. De préférence, une extrémité de la bande de constantan traverse le support 12 pour revenir par l'intérieur du support à l'extrémité où le bobinage débute. La bande de constantan peut alors être poncée et/ou dégraissée pour préparer l'étape de fonctionnalisation, notamment quand cette étape de fonctionnalisation est réalisée par électrodéposition.

Une étape d'isolation électrique peut également être prévue à ce stade, notamment si la colle utilisée pour coller la bande de constantan conduit l'électricité.

La bande de constantan est ensuite, à l'étape 114, fonctionnalisée par dépôt de cuivre formant une succession de zones recouvertes de cuivre, séparées les unes des autres sur la bande de constantan. Pour ce faire, la sonde peut être étanchéifïée à ses extrémités. L' électrodéposition de cuivre est réalisée pour obtenir l'épaisseur de cuivre voulue. Puis des masques sont disposés périodiquement sur des portions de la bande et une attaque chimique du cuivre non masqué est réalisée. Les masques sont alors retirés. La sonde peut alors être plongée dans un bain qui dissout la colle des masques sans dégrader le ruban fonctionnalisé, ni le reste de la sonde.

En variante, seules les zones à ne pas revêtir de cuivre du ruban de constantan sont masquées, le cuivre étant électrodéposé sur les zones non masquées. Cette deuxième solution peut être complétée par un retrait des masques et un nettoyage mécanique et chimique pour finaliser la thermopile.

À l'étape 116 ultérieure, les cales de constriction thermique externes sont mises en place.

À l'étape 118, on noie les cales de constriction thermique externes dans une résine de type époxy pour redonner une forme sensiblement cylindrique au sous-ensemble obtenu. Un usinage de la couche de résine époxy peut être prévu pour donner lui donner une forme sensiblement cylindrique. De plus, un ponçage de la couche de résine peut être prévu.

On procède alors, à une étape 120, à la fermeture du fluxmètre en insérant le sous- ensemble obtenu à l'étape 118 dans un tube externe en cuivre. Le tube externe peut préalablement avoir été soumis à un traitement de surface. Il peut notamment avoir été recouvert d'un vernis pour créer une isolation électrique, améliorer sa conduction thermique et/ou le rendre biocompatible. D'autres fonctionnalisations du tube à l'aide d'un traitement de surface sont possibles, en fonction de l'application envisagée du fluxmètre.

Le tube est de préférence fermé à une extrémité, notamment par un élément de forme conique pour faciliter l'insertion de la sonde dans un milieu à tester.

La conception du fluxmètre permet la détermination des propriétés thermophysiques d'un milieu telles que la conductivité, la diffusivité et l'effusivité thermique. La connaissance de ces propriétés peut servir à alimenter des modèles mathématiques et/ou à observer ou anticiper des changements de flux de chaleur au sein d'un matériau. La mesure de flux permet d'anticiper la variation de température et/ou de la réguler plus finement. La connaissance d'un flux de chaleur permet par exemple avec un dispositif d'asservissement, par exemple un régulateur PID, de ne pas dépasser une température de consigne.

La présente invention n'est pas limitée à l'exemple décrit ci-avant, mais est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art.

Tout d'abord, les matériaux indiqués dans la description qui précède ne sont donnés qu'à titre illustratif. Notamment, les thermocouples peuvent être réalisés par toute bande d'une première matière conductrice ou semi-conductrice de l'électricité, recouverte sur au moins une de ses faces par une succession de zones, séparées les unes des autres et constituées par une seconde matière conductrice ou semi-conductrice de l'électricité ayant un pouvoir thermoélectrique différent de celui de la première matière.

En outre, la présence d'un fil résistif pour former une source de chaleur interne au fluxmètre peut être particulièrement avantageuse dans certaines applications. Ainsi, notamment, il peut permettre de mettre en œuvre le fluxmètre comme sonde de thermo thérapie. La source de chaleur peut cependant prendre d'autres formes. Notamment, un laser ou une microcirculation d'eau chaude peuvent être mis en œuvre comme source de chaleur.

Le ruban de constantan, fonctionnalisé, peut également être mis en œuvre comme source de chaleur.

En outre, dans d'autres applications, il peut être préféré d'avoir une source de chaleur séparée, distante du fluxmètre. Dans ce cas, le fluxmètre peut ne pas comporter un fil résistif, ni un fil recouvrant ce fil résistif pour homogénéiser le transfert de la chaleur créée par ce fil résistif.

Enfin, le fluxmètre peut comporter, en sus ou à la place du capteur dédié à la mesure de la température du fil résistif :

- un capteur de température disposé sous la douille 38, de préférence au contact de cette douille 38, pour permettre une détermination de la température du milieu dans laquelle la sonde est plongée, sans perturber le milieu ; et/ou

- un capteur de température disposé au centre de support 12, notamment dans l'espace central 14 cylindrique creux, dans le but de vérifier le comportement théorique de la sonde et/ou son fonctionnement correct.