Brevet FR2535091A1 — publié le 19840427

I La présente invention concerne les matériels didac- tiques scientifiques et a notamment pour effet un modèle tridimensiomnnel de structure moléculaire ainsi qu'un dispositif destiné à son assemblage et à son démontage O JL'invention peut être utilisée dans des buts scienti 2 iques ou didactiques pour la représentation spatiale de -a structure des corps et de leurs transformations. L'invunti on est utilisée pour Il'interprétation et i expli- cat in des doi-uées primaires obtenues dans les recherches C -ur t allog raphiques sur les composés chimiques ainsi que pc:r la mise en évidence de leurs états structuraux les plus Iprobables. Les modè'es tridimensionnels de struc turesmoléculai- re sonrt conrstitueés de modules assemblés entre eux et : rë 's notam mnent een -natières plastiques Les modules peuvaent tre exec-tes sous forme d'hémisphères, d'ellip- sodes d'hémisphères troncrtés, sous forme de polyèdres. Cb 1-3 ue module sim-ule Lu atome Le rayon d'un module cor- respond au rayon de Van der Walls de l'atome, alors que la d stance du centre du module à sa surface tronquée ocrrespond au rayon covalent de l'atome Les éléments eblage Jes modules simullent les liaisons entre e iomes, alors oue les angles entre leurs saxes géomé- ri -;:erésenternt les angles entre les directions des 4 ai-czes Les rotations de certains modules ou de Icsi ssl- es autiour des éléments d'assermblage imitent :Les e hangeiets de configuration des atomes dans I'espace. On coimailt déjà des modèles tridimensionnels de structurtes molculaires qui comportent des modules sous formre délrerts sphériques massifs Ces modules sont reumis entre eux par des éléments qui sont des douilles mérst-A a O ailo dues métaili;ues andues avec une partie centrale amincie que llon monte dans des logements à parois planes ménagés dans les modules (cf le jeu de modèles "Eugon" de l'Institut de Recherches de l'Industrie chimique organique et de l'Industrie des matières plastiques, Budapest, Hongrie). Toutefois, à cause de la surface lisse des éléments d'as- semblage, lorsque le module tourne les douilles sortent graduellement des ouvertures formant les logements du module, ce qui compromet l'intégrité du modèle tridimen- sionnel de même que la précision de simulation de la structure moléculaire Parmi les inconvénients des modules considérés, il faut mentionner également le fait que pour assembler les modules on doit utiliser un dispositif spécial sous forme de pince En outre la partie amincie des douilles est sujette à des ruptures fréquentes Tout cela limite les possibilités d'utilisation des modules de ce type pour la reproduction de structures moléculaires de dimensions relativement modérées. On connaît d'autre part des modèles tridimensionnels de structure moléculaires comportant des modules en matiè- res plastiques dont chacune simule un atome de la struc- ture moléculaire que l'cn désire simuler Ces modules sont en forme de sphère, d'hémisphère, d'ellipso Xde ou de polyèdre, dont les surfaces peuvent être partiellement tronquées Lesdits modules sont creux et leurs parois sont percées d'orifices qui sont disposés au centre de la surface d'intersection Lesdits orifices sont de forme conique, à demi-angle au sommet d'environ 4 et sa partie amincie est orientée vers le centre de l'élément et est entourée d'une saillie en gradins qui rétréci l'entrée de la cavité du module. Les modules sont réunis entre eux par des éléments en forme de deux troncs de cône qui sont en contact mutuel par leur plus grande base A la surface extérieure desdits cônes sont ménagées des rainures qui, lors de l'assemblage des modulesengagent les saillies en gradins prévues dans les orifices des modèles (cf brevet Etats- Unis d'Amérique No 3 170 246, classe 25-18, 1965). L'inconvénient des modules tridimensionnels de ce genre est leur conception compliquée due à la configuration compliquée des éléments d'assemblage et des orifices des modules La mise en oeuvre d'une telle fixation des modules n'est possible que dans le cas de modules de petites dimen- sions, technologiquement plus simples à fabriquer par coulée en une seule étape En outre, la fixation des modules dans un modèle tridimensionnel de ce genre est trop flexible, et, en cas de simulation de grosses moléculescette flexibi- lité ne permet pas de distinguer les modifications des mo- dules qui correspondent à de vrais changements de la configu- ration des atomes de celles qui sont provoquées par les imperfections de fabrication. L'assemblage des modèles tridimensionnels connus de structures moléculaires se fait en introduisant les éléments d'assemblage dans les logements ou orifices des modules et l'on utilise pour cela des dispositifs spéciaux On emploie par exemple un outil destiné à élargir les orifices du module et qui est un grattoir tiers point (de section triangulaire) ayant un manche et un embout que l'on fait to Enoe dans l'orifice et dont les arêtes tranchantes enlèvent une couche de matière. Toutefois, dans ce cas, il se forme sur les bords de l'orifice des bavures qui détériorent aussi bien le module que ses éléments d'assemblage. On connaît d'autre part un dispositif destiné à déta- cher les modules d'un modèle tridimensionnel et qui est CO constitué par une lame métallique mince avec une échancrure semi-circulaire à son extrémité Pour démonter les modules, on place l'extrémité de la lame entre les modules et on l'incline au moyen du manche. Toutefois, dans ce cas, lors du démontage de l'outil à l'instar d'un levier, il se forme un couple dissymé- trique qui exerce un effet indésirable sur le modèle. En outre, il est impossible d'utiliser cet outil pour l'ass emblage du modèle (cf prospectus CPK "Precision Molecular Models", The Baling Corporation, South Natick, Massachusetts, 1980, 67-7120, pp 3, 17). On s'est donc proposé de créer un modèle tridimen- sionnel de structure moléculaire et un dispositif destiné à son assemblage et à son démontage, qui seraient de 1.0 conception simple garantissant une simulation sûre des changements de configuration des atomes, notamment en cas de simulation de grandes macromolécules dans lesquelles les distances interatomiques sont susceptibles de variations. Ce but est atteint du fait que le modèle tridimension- nel de structure moléculaire, du type comportant des modules en matière plastique dont chacun simule un atome de la structure moléculaire à simuler et qui sont réunis entre eux au moyen d'éléments d'assemblage s'engageant dans des logements prévus dans chaque module et dont la forme cor- respond à celle de l'élément d'assemblage, est caractérisé,suivant l'invention, en ce que chaque élément d'assemblage se présente sous forme d'une tige cylindrique sur toute la surface de laquelle, ainsi que sur la surface conjuguée des logements de chaque module, sont réalisés des bossages de forme régulière qui alternent avec des creux de même forme, de façon que lors de la mise en place de l'élément d'assemblage dans le logement correspondant il se forme un assemblage du type en coin Il est avantageux que lesdits bossages et creux soient disposés sur ladite tige cylindrique de manière que leur axe soit parallèle à l'axe de la tige cylindrique proprement dite, et que la zone d'entrée de chaque logement soit de forme conique. Le but de l'invention est également atteint du fait que le dispositif d'assemblage et de démontage dudit modèle tridimensionnel rie structure moléculaire,du type compor- tant des poignées articulées entre elles et aux extra- mités desquelles sont disposés des mors pour la préhen- sion du module lors de sona montage dans le modèle tridi- mensionnel de structure moléculaire, est caractérisé, suivant l'inventionien ce que lesdits mors comportent une partie élargie assurant le maintien du module, qu'ils sontdeforme courbe, et que sur leur surface interr I sont disposés des bossages en coin pour faciliter le cld 4 ontage. l T i vention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et a;Tltages de celle-ci apparaitront mieux à la t.umière d&e la description explicative qui va suivre de diff:e enrts modes de realisation donnés uniquement à titre d'exe %ples non limitatifs, avec références aux Ia Coessits no) N limitatifs annexes dans lesquels: a figure I re présente une partie du modèle tri- dimensiornel de structure moléculaire suivant I'inven- ti.on, I', l'état dimonté: les figures 2 a et 2 b représentent le modèle tri- 0 dmeznsio,nel e bétat assemblé; la figure 3 représente une vue fragmentaire d'un modële de macro-molécule; la figure 4 reorésente un module de modèle tri- uà mei,)sos-;uel conf:orme à l'invrention; 13 -:-: figures 5 a et Sb illustrent le procédé d'exé- cutiion d'ue zone coilque dans le logement d'un module, aiv i ' inve ûtion; la figure 6 représente un dispositif destiné à assemblage e, au démontage d'un modèle tridimensionnel :suiva N l 'invention; les figures 7 a et 7 b representent le même dispositif C:i cours c'u-tilisation, e moki;Le tridimensionnmel de structure moléculaire -7 mrporite des modules notammnent en matière plastique I assemblés entre eux 1 (figures 1,2,3), dont chacun simule un atome de la structure moléculaire à simuler Les modules peuvent être exécutés notamment sous 'orme d'hémisphères 1 ' (figure 3), de polyèdres 1 ", d'éllipsoides Les surfaces de toutes ces formes de modules peuvent être partiellement tronquées Le rayon du module correspond au rayon de Van der Waals de l'atome,alors que la distance du centre du module à sa surface tronquée correspond au rayon covalent de l'atome. Les modules 1, 1 ', 1 " sont réunis entre eux par des éléments d'assemblage qui sont des tiges cylindriques 2 ayant sur toute leur surface des bossages 3 de forme régu- lièrement variable, de préférence arrondie, qui alternent avec des creux 5 de même forme, la surface de la tige ayant une forme qu'il est possible de qualifier d'ondulée. Chaque module 1 a des orifices de fixation sous forme de logements 5 à la surface desqueis sont pratiqués des bossages 6 et des creux 7 identiques à ceux des éléments d'assemblage. L'axe des bossages 3 et des creux 4 est rigoureusement parallèle à l'axe longitudinal des tiges 2. Au cours de l'assemblage du modèle tridimensionnel, les modules 1 sont réunis entre eux par des tiges 2 dans l'ordre requis A cet effet on introduit les tiges 2 avec un certain effort dans les logements 5 Au cours de cette opération les bossages 3 des tiges 2 viennent se loger dans les creux 7 du logement 5, alors que dans les creux 4 de la tige 2 viennent se loger les bossages 6 du logement (figure 2 a), de sorte que l'on obtient un assemblage du type en coin en analogue Quand l'assemblage est achevé, tous les bossages 3, 6 se trouvent logés dans des creux 4, 7 correspondants Pour permettre la simulation de diverses distrinces interatomiques, une partie des bossages 6 et des creux 7 restent innocupés (figure 2 b). Ainsi, une fois l'assemblage terminé, les modules 1 ' et 1 "(figure 3) se trouvent intimement appliqués les uns contre les autres et les tiges 2 sont invisibles, car elles se trouvent à l'intérieur des modules 1 ', 1 " alors que dans les étapes intermédiaires de l'assemblage les tiges 2 émergent partiellement des logements 5, et les modules 1 ", 11 ' se trouvent à une certaine distrance l'un de l'autre, ce qui apparatt clairement sur la figure 3 représentant une vue fragmentaire de la macromolécule 8 à simuler. Pour faciliter l'assemblage des modules 1, 2 a zone 9 (figure 4) d'entrée du logement 5 a une forme conique que l'on confère à ce dernier au moyen d'un dispositif spéciale représenté sur les figures 5 a, 5 b et qui comporte une poignée 11, une tige 12 et un embout conique 13. Pour élargir l'entrée du logement 5, on introduit à force l'embout conique 13 (figure 5 b) dans le logement 5. Grâce à la déformation résiduelle, la zone d'entrée du logement 5 conserve une forme conique. L:s figures 6 et 7 représentent le dispositif destiné à l' ss:-ublage et au démontage du modèle tridimensionnel. Ledit dispositif comporte des poignées 14 articulées entre elles et dont les extrémités portent des mors 15 qui ont une partie élargie 16 et qui sont incurvées Sur la surface interne des mors 15 sont prévus des bossages en coin 17. Pour l'assemblage des modules 1 et 1 I'' (figure 7 a), on prend un module ( 1) muni d'une tige 2 immobilisée dans son logement 5, et un autre modul L ( 1 " ') avec un logement libre On place la tige 2 du module 1 't' et les modules 1, 1 ''' entre les parties élargies 16 des mors 15 et on les serre ensemble Un déclic signale que les modules 1,17 't sont complètement assemblés au moyen de la tige 2. Pour séparer les modules 1,1 " ' (figure 7 b), on les dispose de manière que les bossages en coin 17 pénètrent dans la fente entre les modules 1, 1 t'I. Lorsqu'on serre les poignées 14, les modules 1,1 '" se séparent grâce à la pénétration dans la fente des bossages 17. La conception revendiquée des éléments d'assem- blage du modèle tridimensionnel de structure molécu- laire garantit un assemblage sûr de divers modules en un modèle et permet de créer des modèles de structures moléculaires suffisamment importantes avec des dis- tances inter-atomiques variables En outre, le dispo- sitif revendiqué permet d'assembler ou de démonter le modèle rapidement, sans nécessiter d'efforts considé- rables. REVENDIC AT I ONS 1 Modèle tridimensionnel de structure moléculaire, comportant des modules notamment en matière plastique ( 1) dont chacun simule un atome de la structure molécu- lai re à simuler, et qui sont réunis entre eux au moyen d,6 léments d'assemblage ( 2) introduits dans des logements ( 5) prévus dans craque module ( 1) et dont la forme répond à celle de l'él ément d'assemblage ( 2), caractérisé en ce que ohaque éiément d'assemblage ( 2) se présente sous forme d'une cyl" yiindrique dont toute la surface, ainsi que la surface correspondante des logements ( 6) de chaque module ( 1), comportent des bossages ( 3,6) de forme régu- lièr: ment variable qui alternent avec des creux ( 4,7) de même Afomr-;e Ie manière que lors de la mise en place de l 1 'lo,:' dt asseiîblage ( 2) dsas le logement ( 5) il se 'foir_ m u Y assemblage en coin. 2 Modele tridimensior el suivant la revendication I, c O:-act I erisé en oe qjue ies bossages ( 3) et les creux ( 4) on Xt 'lisposs sur la tige cylindrique ( 2) de manière que leaur xe soit Parailèle à l'axe de la tige cylindrique ( 2) prop:ement dire Modeèe tridimensiomnnel suivant 1 'tu Lne des revendi- a:l ', S I et 2 caractrisé en ce clue la zone ( 9) d'entrée de c aqe logrlmenllt ( 5) est conique O : Dispositif destiné à l'assemblage et au démontage d'un ffo Sle tridxmensionnel de structure moléculaire, ( tr'm it S desc uelles se tr-ouvent des mors ( 15) pour la pré- he.& on du module ( 1) lors de son mcntage dans le modèle trdim ensionnel de structu-re moléculaire, caractérisé en cú O ue les mors ( 15) ont une partie élargie ( 16) assurant le ms n'ie Jn,iu module ( 1) et sont de forme curviligne, et eu ce que leur surface interne comporte des bossages en coi N $ 1 () facilitant le démontage.