Brevet FR2329995A1 — publié le 19770527

La présente invention conce@@s un dispositif pour prélever un echantillon à l'intérieur d'une masse fluide. Un tel dispositif trouve des applications dens différents domaines tals que c@l@i de l'océanogrephie auquel on se référere plus particulièrement pour faciliter la compréhension de ce qui suit. L'étude du milieu marin conduit, entre autre à prélever des échantillons dans des tranches d'eau bien déterminées. Pour que les mesures qui ceront effectuées sur ces échantillons@ soient significatives, il est nécsessaire que les prélèvements ne contiennent exclusivement que de l'eau appartenant à la trancha d'eau considérée. Les dispositifs antérieurement utilisés, et que les spécialistes dénomment le plus souvent "bouteilles de prélèvement d'eau", ne donnent pas entièrement satisfaction, car, dans la plupart des Cas, ils ne permettent que le prélèvement d'un petit volume de fluide, généralement au plus égal à 30 litres. De plus il résulte de la conception des dispositifs antérisurs une quasi-impossibilité d'obtenir des échantillons non perturbés, et une cartaine difficulté pour recouvrir la paroi interne de cas bouteilles d'une couche de protection inerte qui est nécessaire lorsque les échantillons sont prélevés dans le but d'étudiar les élémenta minéraux contenus dans l'eau. En effte, ces bouteilles de prélèvement comportent un corps tubulaire ayant à ses extrémités des orifices de diamètres inférieurs au diamètre intérieur du corps et adaptés à recevoir dee bouchons pour Emprisonner l'eau à prélever, après imme@sion de la bouteille à la profondeur désirés. Pendant l'imme@sion de ces bouteilles les orifices sont dégagés et les différences de diamètre in@iquées plus haut, provoquent un certain entrainement des eaux appartanant aux couches traversées, une certaine quantité de ces eaux ne pouvant s'évacuer de la bouteille, se trouve mélangée à ltéchantillon prélevé. L'objet de la présente invention est de proposer un dispositif pour prélever un échantillon à l'intérieur d'une masse fluide, ce dispositif ne présentant pas les inconvénients des dispositifs antérieurs. L'invention pourra être bien comprise et ses avantages apparattront clairement à la lecture de la description d'un mode particulier de réalisation illustrée par les figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 représente schématiquement le dispositif selon l'invention dans la position d'ouverture des couvercles, - la figure 2 montre ce dispositif dans la position de fermeture des couvercles, - la figure 3 est une vue partielle montrant la fixation du joint gonflable sur le corps 1, - lesfigures4 à 7 illustrent les différentes phases du fonctionnement de l'or- gane de verrouillage des couvercles, et - la figure 8 représente schématiquement les moyens de blocage des couvercles, en position d'ouverture. Sur les différentes figures, les mêmes références ont été indiquées pour désigner les mêmes éléments. Le dispositif comporte un b ti 1 portant un corps rigide 2 formé par un élément tubulaire cylindrique creux dont la longueur et le diametre intérieur sont déterminés en fonction du volume de l'echantillon à prélever et dont l'épaisseur est choisie pour que,sans poids excessif, la rigidité du corps soit assurée en dépit des efforts qu'il doit supporter. Le matériau constituant le corps est de préférence choisi parmi ceux qui ne subissent aucune dégradation lorsqulils sont en contact avec le milieu fluide dans lequel on doit prélever l'échantillon.Par exemple, on pourra utiliser un acier inoxydable pour prélever des échantillons dans la mer, en vue d'une étude sur les matières organiques contenues dans liteau. Bien entendu, il est également possible d'utiliser tout autre matérieu enrobé dans un matériau de protection. Le dispositif comporte également deux couvercles 3 et 4 pouvant avoir une première position (fig 1) pour laquelle les oriftes 5 et 6 aux extrémités du corps 2 sont totalement découverts et une seconde position (fig 2) dans laquelle les orifices 5 et 6 sont obstrués par les couvercles 3 et 4. Ces couvercles sont respectivement solidaires d'un bras de manoeuvre 7 et 8 ayant chacun un point d'articulation fixe 9 et 10 sur le corps 2. flans te cas de réalisation illustré par les figures et pour des raisons d'équilibrage du dispositif, chaque bras de manoeuvre est constitué par une barre ayant sensiblement la forme d'un U dont les branches opposées sont articulées sur le corps 2. Chaque couvercle est fixé au bras de manoeuvre correspondant par tout moyen connu ne permettant aucun mouvement relatif entre le couvercle et le bras de manoeuvre tel que vissage, soudure etc... ou permettant un mouvement relatif d'amplitude limité dans le but de faciliter le positionnement des couvercles sur le corps 2 lors de la fermeture des orifices 5 et 6.Ainsi comme le montre les figures, les bras de manoeuvre 7 et 8 sont respectivement articulés en 11 et 12 sur les couvercles 3 et 4, des butées 13 et 14 coopérant avec les portions transversales des barres en forme de U pour limiter le mouvement de rotation entre chaque couvercle et son bras de manoeuvre. Le positionnement précis des couvercles est assuré par un organe de positionnement comportant un doigt ou ergot 15 ou 16 qui dans la position de fermeture des couvercles s'engage dans une rainure correspondante pratiquée dans une pièce 17 ou 18 fixée rigidement soit sur le b ti 1, comme illustré à la partie supérieure des figuras 1 et 2, soit sur le corps cylindrique 2 comme représenté sur la partie inférieure de ces figures. Des moyens de manoeuvre assurent le déplacement des couvercles entre la première et la seconde position. Ces moyens de manoeuvre, qui peuvent être de tout type connu, appliquent sur les bras de manoeuvre 7 et 8 des couples provoquant la rotation de ces bras autour de leur articulation fixe respective 9 et 10. Selon le mode de réalisation représenté, ces moyens de manoeuvre sont constitués par un organe élastique indiqué dans son ensemble par la référence 19 et fixé à chacune de ces extrémités sur chacun. des bras de manoeuvre 7 et 8 en des points distincts des articulations fixes 9 et 10, cet organe élastique étant disposé de telle sorte que le déplacement des couvercles 3 et 4 de leur position d'obturation vers leur position d'ouverture des orifices 4 et 5 du corps 2, s'effectue contre l'action de l'organe élastique 19. Plus précisement, l'organe élastique 19, illustré par les figures 1 et 2, comporte un ressort 20 interposé entre le piston 21 et le cylindre 22 d'un vérin. La tige 23 du piston 21 est articulé en un point 24 sur le bras 7 tandis que le cylindre 22 est articulé en 25 sur la barre de manoeuvre 8. De préférence, le vérin est rempli d'un fluide incompressible, tel que de l'huile ou de l'eau et le piston 21 comporte des orifices calibrés permettant au fluide de passer de l'un à l'autre des compartiments délimités par le piston 21 dans le cylindre 22 du vérin de sorte que le déplacement des couvercles 3 et 4 s'effectue sans à-coup. Le déplacement en synchronisme des couvercles 3 et 4 est assuré par une barre de liaison 26 articulée à ses extrémités sur les barres de manoeuvre 7 et 8, en des points 27 et 28 délimitant avec les articulations fixes 9 et 10 les sommets d'un parallélogramme. Le dispositif est pourvu d'organes assurant l'étanchéité entre le cops 2 et les couvercles 3 et 4 lorsque ceux-ci sont dans la position d'obturation des orifices 5 et 6. Ces organes sont constitués par des joints annulaires gonflables 29 et 30 du type de ceux commercialisés sous le nom de "MEMBRAMATIC", La figure 3 montre à plus grande échelle et vue en coupe, une portion du joint 29.Celui-ci, entourant l'orifice S,est solidaire d'un flasque 31 solidaire du corps 2, ce flasque pouvant dtre ou non rapporté. La fixation du joint peut être réalisée de façon connue en soi, par exemple par simple collage ou par deux anneaux 32 et 33 ayant une section en forme de L, vissés sur le flasque 31, le joint étant maintenu entre ces deux anneaux. Le joint 29 communique par une canalisation 34 avec un organe de gonflage désigné dans son ensemble par la référence 35 (fig 1 et 2) qui peut délivrer sous pression un fluide, de préférence incompressible, tel que de l'eau ou de l'huile. Lorsque le couvercle 3 n'obture pas l'orifice 5,le joint 29 n'est pas alimenté en fluide sous pression et prend la position rétractée représentée en traits continus sur la figure 3. Quand le couvercle 3 obture l'orifice 5, comme représenté en traits interrompus sur la figure 3, le joint gonflable 29, alimenté en fluide sous pression, se dilate et assure l'étanchéité entre le corps 2 et le couvercle 3. L'organe de gonflage 35 (fig 1 à 3) est constitué par un vérin dans lequel un piston 36 délimite une chambre 37 contenant un fluide incompressible, reliée à la canalisation 34 et une chambre 38 contenant un ressort 39 exerçent sur le piston 36 une force tendant à le déplacer dans le sens correspondant à une diminution de volume de la chambre 37. Le piston 36 est solidaire d'une tige 40 qui peut entre reliée à un organe 41 qui sera décrit en détail ultérieurement. Le joint 30 assurant l'étanchéité au tour de l'orifice 6 du corps 2 est identique au joint 29. Il est relié par une canalisation 42 à un organe de gonflage 43 identique à l'organe 35, capable de délivrer un fluide sous pression lorsque, la tige 44 étant libérée par l'organe 45 identique à l'organe 41, le ressort 46 déplace le piston 47 provoquant une diminution du volume de la chambre 48. Les chambres 38 et 49 des vérins communiquent avec l'espace environ nent par des orifices 50 et 51, de sorte que le pression hydrostatique agit sur les deux faces des pistons 36 et 47. Les figures 4 à 7 montrent schématiquement l'organe 41 destiné à verrouiller le couvercle 3 et à libérer la tige 40 de l'organe de gonflage 35 lorsque le couvercle est dans lo position d'obturation de l'orifice 5. Ce dispositif solidaire du corps 2 comporte - un crochet 52 articulé autour d'un axe fixe 53 pour verrouiller le couvercle 3 dans sa position d'obturation, - un crochet 54 articulé autour d'un axe fixe 55 pour immobiliser la tige 40 de l'organe de gonflage 35 dans la position correspondant à la rétraction du joint 29 lorsque le couvercle 3 est dans la position d'ouverture de l'orifice 5. - une tige de transmission 56 articulée à l'une de ses extrémités autour d'un axe 57 solidaire du crochet 52, l'autre extrémité étant en contact avec le crochet 54 pour emp&commat;cher sa rotation autour de l'axe 55 tant que le couvercle 3 n'est pas dans sa position de fermeture. - un levier de blocage 58 articulé autour de l'axe fixe 53 et ayant un épaulement ou cren 59 coopérant avec un épaulement ou cran 60 de la tige de transmission 56 pour bloquer la tige de transmission 56 dans se position correspondant à l'immobilisation de la tige 40 lorsque le couvercle 3 est dans sa position d'ouverture, ce levier de blocage étant maintenu dans la position de coopéra tion des épaulements 59 et 60 par l'action d'un élément élastique tel qu'un ressort 61, et - un levier de déclenchement 62 articulé autour d'un axe fixe 63 qui se loge dans une lumière obloc.e 64 du levier 62, ce levier étant relié au levier de blocage 58 par une biellette 65 articulée à ses extrémités en des points 66 et 67 des leviers 62 et 58. Un ressort 68 relie l'articulation 66 à un point fixe 69. Ce ressort est tel que dans la position de blocage représentée par la figure 4 il ne provoque pas le basculement du levier 58 autour de l'axe 53. Un ressort 70 relie le crochet 52 à un point fixe 71 pour maintenir le crochet 52 dans sa position représentée sur la figure 4 quand le couvercle 3 est dans sa position d'ouverture. Le fonctionnement de organe 41 sera indiqué ultérieurement. Le dispositif selon l'invention comporte également des moyens de blocage-déblocage des couvercles dans leur position d'ouverture. Ces moyens indiqués dans leur ensemble par la référence 72 (fig 1 et 2) sont représentés schématiquement sur la figure 8 qui. est une vue partielle suivant la flèche F de la figure 1. 5ur la figure 8 seules les éléments essentiels su dispositif et des moyens de blocage sont représentés pour la clarté de la figure.Sur la partie gauche de la figure 8 les-moyens 72 sont représentés en traits continus et immobilisent les couvercles dans leur position dtouverture, tandis que sur la partie droite ils sont représentés en traits interrompus après avoir permi la fermeture des couvercles. Les moyens de blocage-déblocage 72 comportent une fourchette 73 articulée autour d'un axe fixe 74 du b ti 1. Cette fourchette immobilise la barre de liaison 26 lorsque les couvercles sont dans leur position d'ouverture. La fourchette 73 est reliée par une biellette articulée 75 à une première tige verticale 76 qui peut coulisser dans des paliers 77 solidaires du b ti 1. Un ressort 78 interposé entre le palier 77 et une plaque 79 solidaire de la tige 76 tend à déplacer cette dernière dans le sens provoquant le déblocage de la barre de liaison 26. La tige 77 est maintenue dans la position représentée sur la gauche de la figure 4 par une seconde tige intermédiaire 80 pouvant coulisser horizontalement dans des paliers 81 solidaires du bSti 1, et dont une extrémité pénètre dans un logement 82 prévu à cet effet, dans la tige 76. La tige 80 est maintenue dans cette position par un ressort 83. La seconde extrémité de la tige 80 est reliée par une biellette articulée 84 à une tige de déclenchement 85 qui peut coulisser verticalement dans des paliers 86 solidaires du bati 1.A son extrémité supérieure la tige 85 porte un palpeur ou plaque 8 a Le dispositif de prélèvement d'un échantillon de fluide décrit cidessus fonctionne de la manière suivante le dispositif est dans la position représentée par la figure 1, c'est à dire que les couvercles 2 et 3 sont ouverts, la fourchette 73 immobilise la barre de liaison 26 (partie gauche de la figure 8) et les organes 41 et 45 sont dans la-position représentée par la figure 4 pour laquelle les joints 29 et 30 sont rétractés. Le dispositif qui a une flottabilité négative, est suspendu à l'extré- mité inférieure d'un cable de manoeuvre 87 pour & re immergé. Les orifices 5 et 6 ayant un diamètre égal au diamètre interne du corps tubulaire 2 il ne se produit aucun entraînement des eaux de surface et lorsque le dispositif atteint la profondeur désirée, l'eau qui remplit le corps 2 constitue un échantillon non remanié de la tranche d'eau considérée. -Lorsque le dispositif a atteint la profondeur à laquelle on doit prélever un échantillon, l'opérateur commande la fermeture des couvercles. Cette opération est effectuée au moyen de ce que les techniciens appellent "messager" et qui est une masse pesante e9 qui est libérée en surface, coulisse le long du câble 87 et vient frapper la plaque 88. Cette dernière se déplace verticalement vers le bas, comme représenté en traits interrompus sur la figure 8, entraînant dans son mouvement la tige de déclenchement 85 et los biellettes 84 (partie droite de la figure) qui déplacent les tiges intermédiaires 80 contre l'action des ressorts 83. Le mouvement des tiges 80 libère les tiges 76 qui sous l'action des ressorts 78 subissent un déplacement vers le bas de la figure et, par l'inter diaire des biellettes articulées 75, font pivoter les fourchettes 73 autour de leurs axes d'articulation 74, libérant ainsi les barres de liaison 26. Celles-ci n'étant plus immobilisées, l'action du ressort 20 fait pivoter les bras 7 et 8 qui entratnent les couvercles 3 et 4 dans leur position de fermeture représentée par la figure 2. En fin du mouvement des bras 7 et 8, le positionnement des couvercles est assuré par la coopération des ergots 15 et 16 et des rainures pratiquées dans les pièces 17 et 18 (fig 1 et 2). Lorsque les couvercles sont dans leur position de fermeture,ils déclenchent le fonctionnement des organes 41 et 45 pour verrouiller les couvercles et assurer le gonflage des joints 29 et 30. On indique ci dessous le fonctionnement de l'organe 41 en se référant aux figures 5 à 7 qui représentent l'organe de verouillage du couvercle 3. Le couvercle est muni dfun doigt 90 devant coopérer avec le crochet 52. Lorsque le couvercle 3 arrive dans sa position de fermeture le doigt 90 fait basculer le levier de déclenchement 62 (fig 5) autour de son axe 63. Par l'intermédiaire de la biellette 65, le levier 63 fait pivoter le levier de blocage 58 autour de l'axe 53, contre l'action du ressort 61. il en résulte un désengagement des épaulements ou crans 59 et 60. La force exercée par le ressort 39 (fig 1 ou 2) sur la tige 40 fait basculer le crochet 54 qui dans son mouvement déplace vers le haut de la figure, la tige de transmission 56 (fig 6) contre l'action du ressort 70. Le crochet 52 pivote et verrouille le couvercle 3 tandis que, la tige 40 du vérin étant libérée, le ressort 39 déplace le piston 36 provoquant le gonflement du joint 29 qui assure l'étanchéité entre le couvercle et le corps 1. Les couvercles étant fermés (fig 2 ì le dispositif est remonté en surface. L'ouverture des couvercles peut être effectuée comme le montre la figure 7. L'opérateur agit sur la tige du vérin 40 contre l'action du ressort 39, ce qui provoque une contraction du joint 29. Lorsque le crochet 54 est dans sa position initiale, le ressort 70 déplace la tige 56 qui déverrouil- le le crochet 52. Simultanément, le ressort 61 fait basculer le levier de blocage 58 de sorte que les épaulements 59 et 60 soient à nouveau en contact pour immobiliser la tige 56 et emp&commat;cher la rotation des crochets 52 et 54. Dès ce moment, les couvercles peuvent entre ouverts en faisant basculer les bras 7 et 8 et en les maintenant dans leur position d'ouverture par blocage des barres de liaison 26 au moyen des fourchettes 73 après avoir retiré la pièce pesante 89 (fig 8). On voit donc que l'avantage essentiel du dispositif selon l'invention est de permettre le prélèvement d'échantillon de fluide non remanié. De plus, les orifices 5 et 6 étant de meme diamètre que l'alésage du corps tubulaire 2, autrement dit ayant une section droite au moins égale à celle de l'alésage du corps tubulaire, il est particulièrement aisé de procéder au net toyage du dispositif ou de recouvrir les parois internes du corps 2 et des couvercles 3 et 4 d'un matériau particulier emp&commat;chant toute réaction chimique entre le matériau constituant le dispositif et l'échantillon de fluide. Par exemple lorsque des prélèvements d'eau sont effectués en vue de l'étude des éléments minéraux contenus dans l'eau, les surfaces intérieures des couvercles et du corps pourront entre recouvertes d'une couche de polytétra- fluoroéthylène tel que celui commercialisé sous le nom de TEFLON. Des modifications pourront être apportées sans sortir du cadre de la présente invention. Les dispositifs de blocage-déblocage 72 et de verrouil- lage 41-45 pourront être d'un autre type at par exemple d'un type électroma gnétique,télécommandés depuis la surface par des lignes de télécommande qui éventuellement peuvent entre intégrées au cible 87. Le mode de réalisation décrit concerne un dispositif de capacité supérieure à 30 litres et pouvant atteindre ou dépasser 200 à 300 litres, mais pourra Btre adapté sans difficulté pour prélever des échantillons de fluide de plus petit volume. V E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif destiné à prélever un échantillon à l'intérieur d'une masse de fluide, comportant un corps tubulaire muni de deux orifices d'admission du fluide, deux organes pouvant avoir deux positions distinctes dont la première correspond à l'ouverture et la seconde à 11 obturation des orifices et des moyens pour déplacer ces organes de la première à la seconde position, caractérisé en ce que chacun des orifices d'admission a une section droite au moins égale à celle de l'alésage interne du corps tubulaire et en ce que dans la première position, les organes d'obturation et les moyens de manoeuvre démasquent la totalité des orifices d'admission. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des organes d'obturation est constitué par un couvercle solidaire d'un bras de manoeuvre articulé autour d'un point fixe. 3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que les moyens de manoeuvre sont constitués par un organe élastique comportant un vérin articulé à ses extrémités sur lesdits bras de manoeuvre, ce vérin ayant un piston déplaçable dans un cylindre et contenant un ressort capable de faire respectivement pivoter les bras de manoeuvre/autour de leurs points fixes d'articulation jusqu'à ce que lesdits couvercles soient dans la position d'obturation des orifices d'admission. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte une barre de liaison articulée sur lesdits bras de manoeuvre des couvercles, en des points délimitant avec lesdits points fixes d'articulation les sommets d'un parallélogramme, ladite barre formant ltun des côtés dudit parallélogramme. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de blocage pour maintenir lesdits couvercles dans leur première position, ces moyens pouvant être actionnés pour permettre l'action des moyens de manoeuvre. 6. Dispositif selon la revendication5 , caractérisé en ce qu?il comporte des moyens d'étanchéité entre le corps et lesdits couvercles, ces moyens d'étanchéité étant constitués par des joints annulaires rétractables commandés par une source de fluide sous pression. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens automatiques de verrouillage desdits couvercles dans leur seconde position, ces moyens de verrouillage-provoquant automatiquement et simultanément le gonflage desdits joints rétractables. 8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite source de fluide sous pression comporte un réservoir contenant le fluide, un piston déplaçable dans ce réservoir et des moyens élastiques pour appliquer sur ledit piston une force déterminée.