Validation de l’uniformité
d’émission de lumière de 100 à 20 %

Pour valid­er ce principe, nous avons con­duit une série de développe­ments et de tests sur plusieurs points : forme et taille de l’écran, manière d’injecter la lumière, type de pein­ture, motifs pour obtenir l’homogénéité et manière de pein­dre, etc. Après une rapi­de revue de ces axes d’étude, c’est le procédé d’application de la pein­ture qui est dévelop­pé dans les para­graphes qui suiv­ent.
Nous avons testé suc­ces­sive­ment des écrans de forme car­rée de 200 mm x 200 mm  puis rec­tan­gu­laire de 200 mm x 600 mm, en util­isant la pein­ture BC-620 de Saint-Gob­ain au pinceau. Pour ces écrans, l’injection était réal­isée via un guide de lumière en forme de « queue de carpe ». Si 80% de la sur­face de l’écran avait une émis­siv­ité de lumière com­prise entre le max­i­mum et max/5, la forme de l’écran en longueur mon­trait ses lim­ites pour une cal­i­bra­tion rapi­de de tous les PMT. Il fal­lait alors trou­ver un écran de dimen­sions plus grandes. Le troisième pro­to­type d’écran repose sur une autre tech­nolo­gie : l’injection de lumière ne se fait plus via une queue de carpe mais grâce à la cour­bu­re de deux fibres optiques entourant un écran cir­cu­laire, tou­jours peint en blanc au pinceau. Avec ses 384 mm de diamètre, cet écran était de taille sat­is­faisante, mais les résul­tats expéri­men­taux d’homogénéité étaient cat­a­strophiques dus à des fuites de lumière. Le qua­trième écran remet la queue de carpe au goût du jour, en injec­tant la lumière sur une tranche d’un écran octog­o­nal. Si l’application de pein­ture au pinceau est tou­jours util­isée, elle est com­parée avec une appli­ca­tion au pis­to­let à pein­ture puis au dip-coat­ing. Au-delà de résul­tats expéri­men­taux iné­galés, la quan­tité de pein­ture déposée est con­nue, les motifs sont sim­ples et la tech­nique est reproductible.

Le contrôle de fabrication pour le dip-coating

La tech­nique du dip-coat­ing est bien con­nue dans l’industrie pour enduire des pièces uni­taires (comme dans notre cas) ou bien des pro­duits con­ti­nus (rubans, tis­sus, etc.). Les enduc­tions peu­vent con­cern­er des pein­tures, laques, etc., ou alors des liq­uides plus spé­ci­fiques où des par­tic­ules chargées sont mis­es en solu­tions pour ensuite recou­vrir le produit.

Sché­mas représen­tants les dif­férentes
étapes d’un dip-coat­ing.
D’après Sol-gel tech­nolo­gies for glass pro­duc­ers and users, J. Puetz & M. A. Aegerter

Dans notre cas, le liq­uide de recou­vre­ment est un mélange à 80 % de BC-620 de Saint-Gob­ain et 20 % d’eau déminéral­isée. D’autres ratios ont été testés au préal­able mais les mélanges s’avéraient trop visqueux et dif­fi­ciles à manip­uler. L’écran, attaché à une motori­sa­tion ver­ti­cale, est alors posi­tion­né dans une cuve en alu­mini­um. Cuve et motori­sa­tion sont sol­idaires, rigide­ment attachées à un socle posé sur une table qui se doit d’amortir les vibra­tions. Après une homogénéi­sa­tion énergique du mélange pein­ture – eau, celui-ci est ver­sé dans la cuve. S’ensuit alors l’étape de remon­tée, choisie à une vitesse de 2 mm/s. Une fois l’écran totale­ment émergé, le proces­sus de séchage dure plusieurs heures. Par sécu­rité, l’écran est décroché de la motori­sa­tion 24h plus tard, soit pour être testé au niveau de ses per­for­mances optiques, soit pour être à nou­veau recou­vert d’une couche supplémentaire..

Comparaison avec les techniques précédentes

En effet l’injection de lumière se faisant par une tranche, on souhaite « garder » la lumière proche de l’injection (là où l’intensité est la plus élevée) afin de la dis­tribuer de manière homogène. Ceci passe par une opac­ité plus impor­tante proche de l’injection. En pra­tique, cette idée d’avoir un dégradé de pein­ture était déjà util­isée sur les autres formes d’écrans lorsque la pein­ture était appliquée au pinceau, mais la quan­tité à dépos­er était incon­nue, ce qui rendait l’opération arti­sanale et non-repro­ductible. Avec le dip-coat­ing, des masques sont réal­isés en plaquant un film en polyéthylène, pré­cau­tion­neuse­ment ten­du sur les bor­ds de l’écran avec du scotch papi­er dédié. Ces masques se révè­lent par­faite­ment effi­caces, quoiqu’exigeant beau­coup d’attention lors de leur mise en place mais aus­si lors de leur retrait, qui est à réalis­er avant que la pein­ture ne soit totale­ment sèche afin d’éviter qu’elle ne craquelle.

Comparaison avec les techniques précédentes

En effet l’injection de lumière se faisant par une tranche, on souhaite « garder » la lumière proche de l’injection (là où l’intensité est la plus élevée) afin de la dis­tribuer de manière homogène. Ceci passe par une opac­ité plus impor­tante proche de l’injection. En pra­tique, cette idée d’avoir un dégradé de pein­ture était déjà util­isée sur les autres formes d’écrans lorsque la pein­ture était appliquée au pinceau, mais la quan­tité à dépos­er était incon­nue, ce qui rendait l’opération arti­sanale et non-repro­ductible. Avec le dip-coat­ing, des masques sont réal­isés en plaquant un film en polyéthylène, pré­cau­tion­neuse­ment ten­du sur les bor­ds de l’écran avec du scotch papi­er dédié. Ces masques se révè­lent par­faite­ment effi­caces, quoiqu’exigeant beau­coup d’attention lors de leur mise en place mais aus­si lors de leur retrait, qui est à réalis­er avant que la pein­ture ne soit totale­ment sèche afin d’éviter qu’elle ne craquelle.

A droite, sont vis­i­bles le réser­voir avec l’écran vierge à l’intérieur et l’entonnoir prêt à être util­isé, ain­si que la motori­sa­tion ver­ti­cale, le tout attaché à un socle. On aperçoit au sec­ond plan les pots de pein­ture et le généra­teur de ten­sion pour le moteur.

A gauche : masque en polyéthylène, main­tenu sur l’écran grâce à du scotch papier.

Perspectives d’amélioration :
vers l’automatisation

Dis­posi­tif de dip coat­ing avec pan­neau en trem­pageEn l’état, ce banc de pro­duc­tion est loin d’être défini­tif. Plusieurs axes de recherche sont à étudi­er pour com­pren­dre plus fine­ment le proces­sus d’enduction, en par­ti­c­uli­er l’impact de cer­tains paramètres sur l’épaisseur de pein­ture : tem­péra­ture de la pièce, taux de dilu­tion (et donc den­sité, vis­cosité et ten­sion de sur­face du liq­uide), vitesse de remon­tée, état de sur­face de l’écran, etc. De plus par faute de com­mer­cial­i­sa­tion, la pein­ture de Saint-Gob­ain sera rem­placée par une pein­ture sim­i­laire (EJ-510 de Eljen). Cette car­ac­téri­sa­tion pour­rait se traduire par l’ajustement de for­mules ou d’abaques issues de la lit­téra­ture, util­is­ables ensuite pour opti­miser la cou­ver­ture de l’écran de cal­i­bra­tion voire même dans d’autres con­cep­tions de détecteurs. Une automa­ti­sa­tion de ce banc de pro­duc­tion est aus­si envis­agée, de manière à ren­dre plus sim­ple son utilisation.

Dis­posi­tif de dip coat­ing avec pan­neau en trempage

 Les auteurs remer­cient la col­lab­o­ra­tion fructueuse avec leurs col­lègues du con­sor­tium CTA, en par­ti­c­uli­er pour les pro­jets MST et Nectar­CAM. Ce pro­jet a béné­fi­cié du sou­tien du LabEx P2IO (con­trat ANR-10-LABX-0038) dans le cadre du con­trat “Investisse­ments d’Avenir” ANR-11-IDEX-0003–01 de l’Agence Nationale de la Recherche (ANR, France).