Brevet FR2344826A1 — publié le 19771014

La présente invention a pour objet un appareil de prélèvement d'un échantillon dans un fluide. Le but de l'invention est de fournir un appareil permettant de réaliser le prélèvement d'un échantillon représentatif dune couche de fluide comprise entre la surface de celui-ci et une profondeur déterminée. Cet appareil est plus spécialement destiné au prélèvement d'eau. Pour les Hydrobiologistes, un tel prélèvement dit "intégré" présente par rapport aux prélèvements ponctuels classiques un intérêt pratique évident notamment pour 1'étude de la zone trophogène des lacs (zone supérieure éclairée, siège de la production primaire). Les dispositifs utilisés pour de tels prélèvements font généralement appel à un pompage ou à l'utilisation d'un tube rigide ou d'un tube souple, nécessitant le prélèvement d'échantillons de volume important, qui ne sont pas exactement représentatifs de la couche de fluide considérée. La présente invention vise à remédier a' ces inconvénients. A cet effet, l'appareil qutelle concerne comporte en combinaison une cloche de section circulaire ouverte à ses extrémités, d'axe vertical en conditions d'utilisation, dont le profil est tel que le rapport entre la profondeur d'immersion de la cloche et la hauteur de fluide à l'intérieur de celle-ci est constant, un tube de compensation, cylindrique, fermé à son extrémité supérieure; de section supérieure à la section de la partie supérieure de la cloche, et en appui avec étanchéité par son bord supérieur sur la face externe de la cloche, et un tube de prélèvement cylindrique, monté coaxialement à l'intérieur de celle-ci, ce tube de prélèvement étant ouvert à son extrémité supérieure et équipé, à son extrémité inférieure d'un clapet permettant le passage du fluide lors de l'immersion de l'appareil.Avantageusement, le tube de prélèvement est de section inférieure à la plus petite section de la cloche et de hauteur correspondant à celle de la cloche. La cloche, le tube de prélèvement et le tube de compensation communiquent à leur partie supérieure. Lorsque l'appareil est immergé dans le fluide à & antillonner, et que l'on provoque sa descente, l'eau pénètre, d'une part dans la cloche proprement dite et, d'autre part dans le tube de prélèvement grâce à l'ouverture du clapet, qui équipe la partie inférieure de celui-ci. Le clapet répondant à la moindre augmentation de pression, le niveau de l'eau reste équilibré dans les deux enceintes. A la remontée de l'appareil, le clapet se ferme et retient l'eau contenue dans le tube de prélèvement. Une fois l'appareil hors de l'eau, une simple pression sur la base du clapet permet de vider le contenu du tube de prélèvement. I1 est à noter que les dimensions de la cloche sont détermines en fonction de la hauteur de la couche de fluide à échantillonner, car il est bien évident qutil n'est possible d'obtenir des résultats significatifs que dans la mesure oU le niveau d'eau à l'intérieur de la cloche ne dépasse pas l'extrémité supérieure de celle-ci. Avantageusement, dans le cas où le fluide à prélever est de l'eau, le profil théorique de la cloche, c'est-à-dire sa projection sur un plan passant par son axe est donné par la formule: dh = 384 19,2 + h où dh est le diamètre de a cloche et h la hauteur correspondant à ce diamètre par rapport au plan de base de la cloche. I1 est bien évident qu'il faut apporter à cette formule une certaine correction afin de tenir compte du volume occupé par les parois du tube de prélèvement. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit en référence au dessein schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de cet appareil Figure 1 en est une vue très schématique en coupe longitudinale; Figures 2 et 3 sont deux graphiques exprimant la proportionalité entre des volumes d'échantillons recueillis et les profondeurs d'immersion de l'appareil lors de ces prélèvemcnts, L'appareil selon l'intention comporte trois enceintes embottées, communiquant entre elles à leur partie supérieure. La principale de ces enceintes est la cloche 2 dont le profil est déterminé de façon telle que le niveau de l'eau à l'intérieur de celle-ci soit constamment proportionnel à la profondeur d'immersion.Cette cloche 2 présente une section circulaire et est ouverte à ses extrémités inférieure et supérieure respectivement 3 et 4. La hauteur de la cloche étant déterminée, il est nécessaire de rétablir le volume théorique Vo de celle-ci par adjonction d'une enceinte complémentaire. Cette enceinte est constituée par un tube de compensation 5, cylindrique, obturé à son extrémité supérieure par un couvercle 6. La section de ce tube 5 est supé rieure à la section de ltextrémité supérieure 4 de la cloche 2. De ce fait, le tube 5 est engage sur la cloche 2 et prend appui par son bord inférieur 7 avec étanchéité sur la face externe de celle-ci. Lorsque l'appareil fonctionne en-deça de la profondeur limite d'utilisation, l'eau ne pénètre pas dans le tube de compensation 5. En cas de dépassement de cette profondeur limite, l'eau introduite accidentellement peut être évacuée par une ouverture qui, pratiquée au sommet du tube 5, est normalement obturée par un bouchon vissé. A 1'intérieur de la cloche 2 est monté un tube de prélèvement 8. Ce tube cylindrique est de section inférieure à la section de la cloche à son extrémité supérieure 4, et de hauteur égale à celle de la cloche. il est maintenu axialement par l'intermédiaire d'un support en appui par trois branches sur la base de l'appareil. Le tube 8 est ouvert à son extrémité supérieure 9 par laquelle il communique avec la cloche 2 et le tube de compens & ion 5. A son extrémité inférieure, il est équipé d'un clapet 10 permettant l'entrée de l'eau au cours de la descente mais interdisant le passage de celle-ci au cours de la remontée. L'appareil est en outre équipé dlun lest amovible 12 constitué par un anneau en plomb s1 appliquant sur la base de la cloche. En ce qui concerne la nature des matériaux utilisés, la cloche 2 est réalisée en résine époxyde tandis que le tube de compensation 5 et le tube de prélèvement 8 sont réalisés en plexiglas. Le profil théorique de la cloche 2 est calculé de la façon suivante Pour obtenir entre la profondeur H et la hauteur h du niveau de lteau dans la cloche une proportionnalité, il convient que ces quantités satisfassent à la relation suivante d H = k = constante (1) dh A la profondeur H , la pression P est égale à la pression atmosphérique Po augmentée de la pression de 1'eau H ( = densité de l'eau) P , Po + H (2) Si l'on désigne par Vo le volume intérieur de la cloche, la relation entre la pression P et le volume d'air emprisonné V est déterminée par la loi de Mariotte, l'air se comportant pratiquement comme un gaz parfait dans les conditions d'utilisation de l'appareil, d'où la relation P V = Po Vo = Constante (3) A partir des relations (1), (2) et (3) il est possible de déterminer la relation entre la surface Sh de la section de la cloche en fonction de la hauteur h correspondante Sh = Po Vo k (4) (Po + kh)2 Pratiquement, il a été envisagé les valeurs numériques suivantes Po = 960 g/cm2 (Valeur moyenne de la pression atmosphérique à 400 mètres d'altitude). Vo 3 6000 cm3 k = dH = 50 , en d'autres termes cela dh signifie qu'à une descente de l'appareil de un mètre correspond une montée du niveau de liteau de deux centimètres a' à de la cloche. La relation entre le diamètre dh de la cloche en fonction de la hauteur h découle de la relation (4) dh = 384 (5) 19,2 + h Le profil théorique de la cloche (projection par un plan passant par l'axe de celle-ci) est déterminé par ltéquation (5). En toute rigueur le tracé du profil de la cloche doit être corrigé pour tenir compte du volume solide occupé par les parois du tube de prélèvement. D'un point de vue pratique, et compte tenu des donnes préc4- dentes, pour effectuer des prélèvements jusqu'à une profondeur de 20 mètres il suffit de disposer d'une cloche de 40 cm de hauteur. Le fonctionnement de ce dispositif exposé en référence à la figure 1 est le suivant Lors de la descente de l'appareil le niveau d'eau monte simultanement dans la cloche 2 et dans le tube de prélèvement 8 le clapet 10 étant ouvert. Cette montée du niveau d'eau à l'inté- rieur de l'appareil provoque une compression du volume d'air contenu à la partie supérieure de celui-ci. Lors de la remontée de l'appareil le clapet 10 se ferme si bien que le volume contenu dans le tube de prélèvement demeure emprisonné à 1'intérieur de celui-ci. Une fois l'appareil hors de l'eau, le contenu du tube de prelèvement est récupéré pour analyse. il est à noter que le tube de prélèvement est constitué par un cylindre en plexiglas facilement amovible. Ceci permet de disposer sur le terrain d'une série de tubes stérilisés que l'on remplace après chaque prélèvement, condition impérative dans le cas de prélèvements destinés à une étude bactériologique. Lorsque le prélèvement est effectué dans une couche de fluide moins profonde que celle pour laquelle est conçu l'appareil, il est possible d'utiliser des tubes de prélèvement plus courts mais de section plus importante, compte tenu de la forme de la cloche, ce qui permet d'augmenter sensiblement le volume des prélèvements. Les figures 2 et 3 du dessin schématique annexé sont deux diagrammes sur lesquels sont portés les volumes d'échantillons prélevés en fonction des profondeurs des prélèvements. il est à noter que dans les deux cas il y a proportionalité entre le volume de l'échantillon et la profondeur du prélèvement, puisque le coefficient de corrélation linéaire entre ces deux valeurs est de 0,998 a 0,999. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de cet appareil décrite ci-dessus à titre d'exemple, elle en embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation. - REVENDICATIONS 1. - Appareil de prélèvement d'un échantillon dans un fluide, du type de ceux dans lesquels le prélèvement est réalisé lors de l'immersion verticalement du dispositif à l'intérieur du fluide considéré, caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison une cloche de section circulaire ouverte à ses extrémités, d'axe vertical en conditions d'utilisation, dont le profil est tel que le rapport entre la profondeur d'immersion de la cloche et la hauteur de fluide à l'intérieur de celle-ci est constant, un tube de compensation, cylindrique, fermé à son extrémité supérieure, de section supérieure à la section de la partie supérieure de la cloche, et en-appui avec étanchéité par son bord inférieur sur la face externe de la cloche, est un tube de prélèvement cylindrique, monté coaxialement à l'intérieur de celle-ci, ce tube de prélèvement étant ouvert à son extrémité supérieure et équipé, à son extrémité inférieure d'un clapet permettant le passage du fluide lors de l'immersion de l'appareil. 2. - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube de prélèvement est de section inférieure à la plus petite section de la cloche et de hauteur correspondant sensiblement à la hauteur de la cloche. 3. - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 et2 caractérisé en ce que dans le cas oille fluide à prélever est de l'eau, le profil théorique de la cloche, c'est-à-dire sa projection sur un plan passant par son axe est donné par la. formule dh = 384 19,2 + h où dh est le diamètre de la cloche et h la hauteur correspondant à ce diamètre par rapport au plan de base de la cloche. 4. - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à j caractérisé en ce que le tube de prélèvement est maintenu axialement par l'intermédiaire d'un support en appui par trois branches sur la base de l'appareil. 5. - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1à4, en ce que le tube de compensation est équipé d'une ouverture, obturable par un bouchon a vis, permettant ltévacuation de l'eau introduite accidentellement. 6. - Appareil selon l'une quelconque des revendications là 5, caractérisé en ce que la partie inférieure de la cloche est equipée d'un lest amovible constitué par un anneau de plomb. 7. - Appareil selon l'une quelconque des revendications ia 6, caractérisé en ce que la cloche est réalisée en résine époxyde, tandis que le tube de prélèvement et le tube de compensation sont réalisés en plexiglas.