Absorbeur de charge électrique, capteur de charge et magnétomètre

La présente invention concerne un absorbeur de charge électrique. La présente invention se rapporte également à un capteur de charge, un magnétomètre comportant un tel absorbeur et à une utilisation d’un tel dispositif.

ARRIERE-PLAN DE L’INVENTION

La mesure de la charge électrique est importante pour de nombreuses applications.

Toutefois, les appareils utilisés actuellement sont incapables de mesurer avec précision les charges électriques faibles,

Il existe donc un besoin pour des dispositifs permettant de mesurer avec une meilleure précision les charges électriques faibles.

RESUME DE L’INVENTION

A cet effet, la description décrit un absorbeur de charge électrique de l’environnement, l’absorbeur comportant un élément diamagnétique entouré par un isolateur, l’isolateur étant une enveloppe isolante par rapport au rayonnement électromagnétique.

Selon des modes de réalisation particuliers, l’absorbeur présente une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :

- l’élément diamagnétique est réalisé en un matériau diamagnétique qui est choisi dans la liste constituée, sans qu’elle soit limitative par :

- l’argent,

- le carbone pyrolytique, en plaque ou en poudre frittée,

- un composé organique, notamment du saccharose, et

- l’eau.

- l’élément diamagnétique présente une forme cylindrique.

- l’élément diamagnétique est un barreau cylindrique muni de deux extrémités, une première extrémité étant une extrémité ouverte et une deuxième extrémité fermée par un élément paramagnétique.

La description décrit également un capteur de charge, le capteur comprenant un absorbeur tel que précédemment décrit et un guide d’ondes électromagnétiques comprenant un conduit, le conduit empêchant la propagation d’ondes stationnaires, le conduit s’étendant entre deux extrémités, une extrémité étant l’élément diamagnétique. Selon des modes de réalisation particuliers, le capteur de charge présente une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :

- l’autre extrémité du conduit est une parabole réfléchissante.

- le capteur comprenant, en outre, un obturateur amovible, l’obturateur étant réalisé en un matériau paramagnétique, par exemple en aluminium.

La description concerne aussi un magnétomètre comprenant :

- une électrode montée rotative autour d’un axe, l’électrode étant une électrode hémisphérique réalisée en un matériau diamagnétique,

- un capteur tel que précédemment décrit, le capteur étant monté mobile sur une glissière agencée entre le capteur et l’électrode,

- un sous-ensemble de mesure propre à mesurer la distance entre électrodes lors de la déviation de l’électrode causée par un mouvement du capteur, la valeur du champ magnétique mesurée par le magnétomètre étant la distance de mesure et

- un sous-ensemble de décharge propre à décharger la charge électrique de l’électrode lorsqu’une partie du sous-ensemble de décharge est en contact avec l’électrode.

Selon des modes de réalisation particuliers, le magnétomètre présente une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :

- l’électrode hémisphérique est un corps noir.

- le sous-ensemble comporte un élément conducteur électrique en matériau ferromagnétique pour effectuer la décharge.

- le sous-ensemble de décharge comporte une enceinte isolante réalisée en un matériau paramagnétique.

- le sous-ensemble de mesure comprend un capteur lumineux.

- le magnétomètre comporte, en outre, un mât auquel est relié l’électrode, et un dispositif de maintien de la direction du mât.

- le magnétomètre comporte, en outre, un bras reliant l’électrode au mât, le bras étant en un matériau paramagnétique.

La description décrit également une utilisation d’un magnétomètre tel que précédemment décrit, les charges résultant notamment d’une induction naturelle produite par un organisme vivant, dans l’une des applications suivantes :

- mesure de la charge diamagnétique d’au moins une partie d’un organisme vivant, tel un être humain, une plante ou d’un composé organique, comme une huile essentielle, - mesure de la charge diamagnétique d’un minerai, par exemple un minerai se trouvant dans le chemin d’un sol empierré,

- suivi de la germination d’une graine,

- stockage et transfert d’énergie diamagnétique, pour un emploi thérapeutique différé, par exemple soins cutanés ou barrage du feu.

- détermination du degré de fraîcheur d’un aliment, tel un fruit, un légume, une viande ou un poisson,

- mesure de la rémanence de charge d’un organisme vivant soumis à un rayonnement électromagnétique, notamment un rayonnement électromagnétique provenant d’un terminal mobile,

- détection des gradients diamagnétiques d’un sol, et

- cartographie des gradients diamagnétiques d’un sol, signatures de gisements archéologiques présents ou disparus, tels que mottes féodales, archères, marches d’escaliers, voies anciennes, cases protohistoriques.

Dans la présente description, l’expression « propre à » signifie indifféremment « adapté pour », « adapté à » ou « configuré pour ».

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

Des caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :

- la figure 1 est une représentation schématique d’un absorbeur de charge électrique,

- la figure 2 est une représentation schématique d’un capteur de charge électrique,

- la figure 3 est une représentation schématique d’un magnétomètre, et

- la figure 4 est une représentation schématique d’une partie du magnétomètre de la figure 3.

DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION PREFERES

Un absorbeur 10 est illustré sur la figure 1 .

L’absorbeur 10 est ici un absorbeur de type électrique, c’est-à-dire un absorbeur de charge électrique de l’environnement.

L’absorbeur 10 comporte un élément diamagnétique 12 entouré au moins en partie par un isolateur 14 de rayonnement électromagnétique.

Comme son nom l’indique, un élément diamagnétique 12 comporte une partie en matériau diamagnétique. Le diamagnétisme est un comportement des matériaux qui les conduit, lorsqu'ils sont soumis à un champ magnétique, à créer une très faible aimantation opposée au champ extérieur, et donc à engendrer un champ magnétique opposé au champ extérieur.

Plusieurs matériaux peuvent être envisagé pour le matériau diamagnétique.

Par exemple, il peut être envisagé de l’argent 935 ou un composé organique, tel du saccharose.

Selon encore un autre mode de réalisation, le matériau diamagnétique est de l’eau.

En l’espèce, il s’agit d’un fil d’argent ayant subi un usinage par coupe et polissage des extrémités.

Néanmoins, de préférence, lorsqu’il est recherché une plus grande compacité, le matériau diamagnétique choisi est du carbone pyrolytique qui présente l’avantage de disposer d’une relativement grande susceptibilité diamagnétique, celle-ci s’élevant à -40.10’ ⁵ . Ceci correspond à une réduction de taille de 20 par rapport au cas où le matériau diamagnétique choisi est de l’argent.

Le carbone pyrolytique (ou pyrocarbone) est un matériau synthétique (inexistant dans la nature) similaire au graphite, mais avec des liaisons covalentes entre ses couches de graphène en raison d'imperfections lors de sa production. Il est généralement produit en chauffant un hydrocarbure presque à sa température de décomposition (thermolyse), et en permettant au graphite de cristalliser (pyrolyse). Une méthode est de chauffer des fibres synthétiques sous vide. Une autre méthode est de placer des germes dans le gaz très chaud afin de les recouvrir d'un dépôt de graphite.

Selon l’exemple décrit, l’élément diamagnétique 12 est un cylindre plein réalisé en matériau diamagnétique.

Le cylindre présente une hauteur comprise entre 3 millimètres (mm) et 20 mm.

Selon l’exemple décrit, la hauteur est égale à 10 mm.

Le cylindre présente également une forme de base, qui est un disque dans le cas de la figure 1 .

Le disque présente un diamètre compris entre 1 mm et 10 mm.

Selon l’exemple proposé, le diamètre est égal à 2 mm.

La constante de temps de charge et de décharge est proportionnelle à la masse du cylindre.

L’élément diamagnétique 12 est ainsi un barreau cylindrique muni de deux extrémités 16 et 18.

La première extrémité 16 est une extrémité ouverte et la deuxième extrémité 18 est fermée par un élément paramagnétique non représenté sur la figure 1 . Le paramagnétisme désigne en magnétisme le comportement d'un milieu matériel qui ne possède pas d'aimantation spontanée mais qui, sous l'effet d'un champ magnétique extérieur, acquiert une aimantation orientée dans le même sens que le champ magnétique appliqué. Un matériau paramagnétique possède une susceptibilité magnétique de valeur positive.

L’isolateur 14 sert à atténuer fortement les rayonnements électromagnétiques extérieurs (tels les rayons lumineux visible ou infrarouge) pour assurer que l’élément diamagnétique 12 puisse absorber la charge électrique de l’environnement immédiat de l’absorbeur 10.

Il peut être noté ici que l’isolateur 14 sert ainsi à modifier le diagramme de rayonnement qui est fonction de l’angle solide d’ouverture.

L’isolateur 14 est, ici, une enveloppe isolante par rapport au rayonnement électromagnétique.

Selon l’exemple illustré, l’isolateur 14 est en aluminium.

En particulier, l’isolateur 14 est ici un film d’aluminium souple en contact avec l’élément diamagnétique 12.

En variante, l’isolateur 14 est, dans le cas de la figure 1 , un cylindre creux entourant l’élément diamagnétique 12.

L’absorbeur 10 décrit est ainsi un absorbeur propre à absorber de manière efficace la charge électrique de l’environnement.

L’absorbeur 10 peut être vu comme une sonde de masse diamagnétique propre à acquérir et à mémoriser un potentiel. L’élément diamagnétique 12 va ainsi garder en mémoire la charge captée par l’environnement.

Cette capacité peut être avantageusement exploitée pour acquérir ou mesurer la charge électrique. Pour cela, il est décrit dans ce qui suit un capteur de charge 20 de l’énergie électromagnétique est ainsi décrit en référence à la figure 2.

Le capteur de charge 20 comporte un absorbeur 10 et un guide d’ondes électromagnétiques 22.

Du fait de la nature de l’absorbeur 10, le capteur 20 est un capteur de charge de charges faibles.

Le guide d’ondes électromagnétiques 22 comprend un conduit 24 et un obturateur 26.

Le conduit 24 a un profil courbe sans coude droit afin d’éviter la propagation d’ondes stationnaires.

Le conduit 24 présente des parois 28 en matériau isolant. Le matériau isolant est, par exemple, du poly(téréphtalate d'éthylène). Un tel matériau est plus souvent désigné par l’abréviation PET.

En variante, le matériau isolant est une résine, notamment une résine adaptée pour la fabrication additive ou le moulage en plasturgie.

Selon l’exemple décrit, le conduit 24 présente la même forme en section, qui est celle d’un anneau pour lequel il peut être défini un diamètre intérieur et un diamètre extérieur.

Ce conduit 24 est enroulé autour d’un cylindre 30.

Le diamètre intérieur est compris entre 1 mm et 3 mm, de préférence égal à 2 mm.

Le diamètre extérieur est compris entre 3 mm et 5 mm, de préférence égal à 4 mm.

Comme les diamètres sont relativement faibles, le conduit 24 peut être qualifié de capillaire.

La longueur du conduit 24 est comprise entre 10 cm et 100 m.

En outre, le conduit 24 est dépourvu de coudes ayant un rayon de courbure supérieur ou égal à 10 mm.

Le conduit 24 s’étend entre deux extrémités 24A et 24B, une extrémité 24A étant l’élément diamagnétique 12 et l’autre extrémité 24B étant l’obturateur 26.

L’obturateur 26 permet d’obturer ou non le conduit 24, l’obturateur 26 permettant d’isoler le capteur 20 de l’extérieur.

L’obturateur 26 est amovible.

L’obturateur 26 est réalisé en un matériau paramagnétique, comme par exemple de l’aluminium.

Le capteur 20 comporte, en outre, un boîtier de protection 32 entourant l’absorbeur 10, le conduit 24 et l’obturateur 26.

Le capteur 20 est, en outre, muni d’une parabole 34.

La parabole 34 est une parabole réfléchissante.

Le capteur 20 comprend également un index 35 permettant de repérer la position du capteur 20.

Il peut être noté ici que le capteur 20 présente une masse relativement faible, la masse étant inférieure ou égale à 2 grammes.

En fonctionnement, le capteur 20 est ainsi conçu pour se charger en moins de 10 millisecondes et mémoriser une charge sans altération par conduction. Le capteur 20 est, en particulier, insensible à l’environnement extérieur et tout particulièrement à des rayonnements orientés principalement selon l’axe principal du capteur 20. Cela permet avantageusement de déterminer une charge de faible amplitude avec une relativement bonne précision, par exemple avec un magnétomètre 36 comme décrit en référence à la figure 3.

Le magnétomètre 36 est un appareil de la charge électrique d'un corps.

Le magnétomètre 36 est ainsi propre à mesurer la valeur du champ magnétique générée par un corps.

Le magnétomètre 36 comporte le capteur 20 décrit précédemment, un sous- ensemble de déplacement 38, un sous-ensemble de captation 40, un sous-ensemble de mesure 42 et un sous-ensemble de décharge 44.

L’ensemble des éléments du magnétomètre 36 repose sur un support 46 pour lequel une extrémité 48 peut être définie.

Le support 46 s’étend perpendiculairement à la direction verticale qui est repérée par un axe Z sur la figure 3.

Le support 46 s’étend ainsi dans un plan pour lequel il peut être défini une première direction transversale (repérée par un axe X sur la figure 3) et une deuxième direction transversale (repérée par un axe Y sur la figure 3). Les axes X et Y sont choisis pour former un repère orthonormé direct.

Dans la suite de la description, pour faciliter la compréhension, la première direction transversale sera dénommée première direction transversale X, la deuxième direction transversale sera dénommée deuxième direction transversale Y et la direction verticale sera dénommée direction verticale Z.

Le sous-ensemble de déplacement 38 est une glissière 38.

La glissière 38 est agencée entre l’extrémité 48 du support 46 et le sous-ensemble de captation 40.

La glissière 38 s’étend le long de la première direction transversale X.

Le capteur 20 est monté mobile sur la glissière 38.

La glissière 38 est ainsi agencée pour conduire le capteur 20 au sous-ensemble de captation 40.

Pour cela, le capteur 20 peut être conduit à la main par un opérateur.

Alternativement, le capteur 20 est conduit par une platine motorisée. Le moteur utilisé pour mouvoir le capteur 20 est un moteur pas à pas, par exemple équipé d’un codeur 200 pas par tour.

Pour repérer la position du capteur 20 le long de la première direction transversale X, la glissière 28 comporte une règle graduée 49 qui interagit avec l’index 35 pour obtenir la position cherchée. Le sous-ensemble de captation 40 est représenté plus précisément sur la figure 4 dans la position au repos.

Le sous-ensemble de captation 40 comporte une électrode 50, un mât 52, un dispositif de maintien 54 et un bras 56.

L’électrode 50 est une électrode hémisphérique réalisée en un matériau diamagnétique 12.

Dans un mode de réalisation spécifique, l’électrode 50 est une demi-sphère creuse de diamètre 30 mm et présente une paroi de 0,4 mm.

L’électrode 50 est réalisée en un matériau très absorbant, par exemple une résine noire.

L’électrode 50 forme ici un corps noir.

L’électrode 50 est montée rotative autour du mât 52.

Le mât 52 s’étend selon une direction principale, dénommée direction du mât 52.

Comme visible sur la figure 4, la direction du mât 52 est la direction verticale Z.

Le dispositif de maintien 54 est propre à maintenir la direction du mât 52. Le dispositif de maintien 54 est, par exemple, un étrier 54.

L’étrier 54 est, par exemple, rendu solidaire du support 46 pour garantir une bonne stabilité du mât 52.

L’électrode 50 est ainsi montée rotative autour de l’axe vertical Z.

Le bras 56 relie l’électrode 50 au mât 52.

Le bras 56 s’étend dans la position de repos selon la deuxième direction transversale Y.

Le bras 56 est réalisé en un matériau paramagnétique, comme l’argent.

Le bras 56 est, selon un exemple spécifique, un clinquant présentant une longueur de 70 mm. La longueur est la dimension selon la deuxième direction transversale Y.

Comme visible sur la figure 4, le clinquant présente une largeur inférieure au diamètre de l’électrode 50, typiquement 25 mm.

Un tel exemple de sous-ensemble de captation 40 permet que le déplacement du capteur 20 vienne générer un mouvement de l’électrode 50. Le sous-ensemble de captation 40 vient ainsi d’une certaine façon capter la charge stockée par le capteur 20.

Le mouvement décrit par l’électrode 50 est ainsi une portion de cercle autour de la direction verticale Z.

La portion de cercle est limitée à un angle de 60°, de sorte que la déviation de l’électrode 50 est comprise entre 0° et 60. Le sous-ensemble de mesure 42 est propre à mesurer la déviation de l’électrode 50 causée par un mouvement du capteur 20, la valeur du champ magnétique dépendant de cette déviation.

La loi reliant la valeur du champ magnétique et la déviation n’est pas linéaire et a été déterminée auparavant pour le magnétomètre 36.

Cette loi est de forme parabolique.

Selon l’exemple spécifique décrit, le sous-ensemble de mesure 42 comporte une cellule photovoltaïque propre à détecter lorsque la déviation de l’électrode 50 causée par un mouvement du capteur 20 dépasse un seuil prédéfini, par exemple égal à 45°.

Alternativement, selon un autre exemple, le sous-ensemble de mesure 42 comporte un capteur lumineux.

La cellule photovoltaïque est capable d’obtenir la position du bras 56 en déterminant la position où la lumière provenant d’un plan lumineux est occultée par le bras 56.

Connaître la position du bras 56 permet de connaître sa déviation angulaire qui correspond à la déviation angulaire de l’électrode 50.

La valeur du champ magnétique mesurée par le magnétomètre 36 est reliée à la déviation mesurée par la loi précitée.

Le sous-ensemble de décharge 44 est propre à décharger la charge électrique de l’électrode 50.

Une telle décharge a lieu lorsqu’une partie du sous-ensemble de décharge 44 est en contact avec l’électrode 50.

Selon l’exemple décrit, le sous-ensemble de décharge 44 comporte un élément conducteur 58.

L’élément conducteur 58 est un élément conducteur électrique en matériau ferromagnétique permettant de capter la charge de l’électrode 50.

Le sous-ensemble de décharge 44 comporte aussi une enceinte 60 qui est une enceinte isolante réalisée en un matériau paramagnétique.

L’enceinte 60 sert aussi au sous-ensemble de captation 48 puisque l’enceinte 60 joue un rôle d’écran en évitant les perturbations électromagnétiques provenant de l’extérieur.

Un tel magnétomètre 36 permet une détermination d’une charge de faible amplitude avec une relativement bonne précision.

Le magnétomètre 36 qui vient d’être décrit peut avantageusement être utilisé pour de nombreuses applications.

En particulier, le magnétomètre 36 peut être utilisé pour mesurer des grandeurs électro-biologiques, c’est-à-dire des champs électromagnétiques émis par un organisme vivant dans un espace, tel un animal, un végétal ou une bactérie, champs dont l’amplitude est éminemment faible. Notamment, le champ électrique, la charge ou l’impédance peuvent être déterminés.

Ainsi, à titre d’exemple particulier, le magnétomètre 30 peut être utilisé pour mesurer de la charge diamagnétique d’au moins une partie d’un organisme vivant, tel un être humain, une plante ou d’un composé organique, comme une huile essentielle.

De cette capacité, il peut être envisagé d’utiliser le magnétomètre 30 pour toute application reposant sur la connaissance d’une grandeur électro-biologiques.

Il peut être cité en particulier le suivi de la germination d’une graine.

A titre d’autre exemple, il peut aussi être cité la détermination du degré de fraîcheur d’un aliment, tel un fruit, un légume, une viande ou un poisson.

Selon encore un autre exemple, il peut être cité la mesure de la rémanence de charge d’un organisme vivant soumis à un rayonnement électromagnétique, notamment un rayonnement électromagnétique provenant d’un terminal mobile.

A titre d’autre exemple, les dispositifs peuvent également être utilisés pour la détection des gradients diamagnétiques d’un sol. De ce fait, le magnétomètre 36 peut être utilisé pour rechercher des gisements archéologiques présents ou disparus ayant laissé leur empreinte par une charge résiduelle diamagnétique et des voies anciennes du fait que les rayonnements cosmiques ont tendance à diamagnétiser le sol. Cette diamagnétisation perd son homogénéité lorsque l’homme fait des constructions.

Il peut être noté ici que le capteur est aussi opérationnel en milieu urbain. Ce capteur ne produit aucun artéfact en passant au-dessus d’une plaque d’égout en fonte, ou entre des voitures en stationnement.

Selon encore un autre exemple, ces dispositifs peuvent être également être utilisés en médecine alternative.

De fait, ces dispositifs permettent de réaliser un stockage et un transfert d’énergie diamagnétique, notamment par soins cutanés ou par barrage du feu.

Autrement formulé, un tel dispositif pourrait produire un effet thérapeutique équivalent à celui d’un magnétiseur.

En effet, le magnétiseur a une charge diamagnétique concentrée dans ses paumes de main. En effectuant des mouvements proches d’une zone affectée d’un patient, il se produit un transfert de charge du magnétiseur vers le patient. Actuellement le magnétiseur exerce en présence du patient dans son cabinet.

Avec les dispositifs décrits, le transfert de charge se ferait via un réservoir tampon, pour un soin en temps différé. Il pourrait également être envisager que l’étendue de la zone de transfert soit contrôlée par l’emploi d’une parabole de focale contrôlable.