Brevet FR2543674A1 — publié le 19841005

La présente invention concerne un procédé de manipulation de quantités définies de fluides (liquides ou gaz) et les moyens de mise en oeuvre de ce procédé. A l'heure actuelle, les transferts de fluides, notamment de liquides, par quantités définies, à partir de réserves ou de stocks de ces fluides, se font au moyen de dispositifs (dits "dispositifs volumdtriques") que l'on peut essentiellement classer en deux catégories principales, à savoir - les dispositifs faisant appel à un volume déformable du type piston-cylindre, soufflet et analogues dans lesquels la quantité de liquide prélevée et distribuée est égale à la variation dudit volume déformable - les dispositifs faisant appel à une pompe, dans lesquels la quantité de liquide prélevée et distribuée est réglée par des dispositifs auxiliaires de détection de volume et/ou de temporisation. Dans ces deux cas, le coût unitaire du dispositif volumétrique est assez élevé : dans le premier cas, c'est l'usinage du cylindre et du piston qui représente la part la plus importante ; dans le second cas, c'est la pompe elle meme et ses dispositifs auxiliaires de détection etXou de temporisation. Ainsi, la répétition sur un grand nombre de circuits, de conduits, de canaux ou de canalisations, branchés sur une même réserve ou sur un même stock de liquide à manipuler, se traduit rapidement par des coûts prohibitifs. Par ailleurs, les parties ou les pièces mobiles demandent un entretien soigneux, en particulier dans le cas des pompes dites à écrasement ou des systèmes à déformation plastique. Or la présente invention fournit un procédé simple et économique ne faisant appel à aucune pièce mécanique en mouvement et ne nécessitant qu'un minimum d'entretien. Ce procédé est essentiellement fondé sur la propriété des membranes semi-perméables. On sait, en effet, que de telles membranes possèdent la caractéristique de ne pouvoir être traversées que par certains fluides, certains liquides-ou certaines solutions et non par d'autres. C'est ainsi, par exemple, que certaines membranes sont traversées par l'air, les hydrocarbures, la plupart des solvants organiques mais pas par l'eau et-les solutions aqueuses ; par contre, certaines autres membranes sont traversées par l'eau et les solutions aqueuses et non par les hydrocarbures.On pourrait ainsi multiplier les exemples et les spécificités des membranes semi-permdables, leur aptitude à être traversées par un ou des fluides (gazeux ou liquide) étant fonction de leur polarité et de celle desdits fluides, ces derniers ne traversant ces membranes que pour autant qu'ils présentent la même polarité. Ainsi, le procédé selon l'invention consiste à réaliser, à l'intérieur de la conduite ou de la canalisation destinée au prélèvement du fluide considéré, une capacité dont le volume correspond au volume à manipuler en obturant à l'endroit voulu cette conduite ou canalisation au moyen d'une membrane semi-perméable dont la polarité du matériau constitutif est opposée à celle dudit fluide, donc s'opposant au passage de ce dernier, et à réaliser les phénomènes d'aspiration et de refoulement de ce fluide par l'intermédiaire d'un tiers fluide de mme polarité que celle de ladite membrane donc capable de traverser cette dernière. Suivant d'autres caractéristiques - Le tiers fluide est choisi parmi les gaz tels que l'air, l'oxygène, le gaz carbonique, l'azote et analogues ou les liquides tels qu'un hydrocarbure, une huile, un solvant organique et analogues, un liquide biologique dans le cas d'une membrane hydrophobe, une solution aqueuse dans le cas d'une membrane hydrophile, sans limitation. - Le matériau constitutif de la membrane semi-perméable est choisi parmi les matériaux connus tels que ceux du type résines fluorées connues sous le nom de "Teflon", résines cellulosiques et analogues. L'invention vise également les moyens, dispositifs et installations pour la mise en oeuvre de ce procédé. Ces moyens sont essentiellement constitués de disques ou d'opercules d'obturation étanche des conduites et canalisations servant au prélèvement des fluides à manipuler, ces disques ou opercules étant faits d'un matériau semiperméable tel que défini ci-dessus de diamètre approprié. Ces dispositifs et installations sont à leur tour essentiellement caractérisés par le fait qu'ils comprennent au moins une conduite de prélèvement, munie de moyens tels que définis ci-dessus et associée à au moins un moyen pour réaliser l'aspiration et le refoulement du fluide à manipuler. D'autres caractéristiques et les avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre faite en regard des dessins annexés sur lesquels - les figures la, lb et îc sont des vues schématiques illustrant le procédé de l'invention et - les figures 2 et 3 sont des vues schématiques de variantes de réalisation. En se référant à ces figures, on a représenté (fig. la-lb) une réserve (1) de stockage dun liquide (la) à manipuler surmontée dune conduite de prélèvement (2) Cette dernière est obturée à une hauteur appropriée et calcu lée de manière à ddlimiter le volume correspondant à la quantité de liquide à prélever et à distribuer; par un opercule (3) constitué par une membrane semiapermdable dont le diamètre est légèrement supérieur à celui de la conduite (2), de manière à réaliser une étanchéité. Cet opercule peut être associé à des gril les supports (4-5). Etant donné la mince épaisseur qu'ont en général les membranes semi-perinéables, ces grilles ont pour but d'dviter toute déformation sous l'effet de-la pression engendre, soit par l'aspiration, soit par le refoulement, comme on le verra ci-après. Un tel montage est utilisé de la façon suivante Par tout moyen approprié non représenté, on crée un phénomène d'aspiration (flèche F). Le liquide contenu dans le réservoir (1) monte dans la conduite (2) en comprimant l'air contenu dans cette conduite (volume 6). Du fait que la membrane semi-perméable a été choisie de manière à pouvoir être traversée par l'air, celui-ci s'évacue dans le sens de la flèche (F) jusqu'au moment où le niveau du liquide atteint la membrane semi permdable (3). Celle-ci a été choisie de polarité opposée à celle du liquide à manipuler, si bien que ce dernier atteint cette membrane sans pouvoir la traverser (fig. 1 b).L'aspiration est alors interrompue et, pour le refoulement du liquide prélevé, en exerçant une surpression (flèche F1), (figure lc), le liquide contenu dans la conduite (2) est refoulé sous I1 effet de l'air qui traverse la membrane (3). La quantitd de liquide délivré correspond exactement à celle contenue dans le volume délimité par l'extrémité ouverte inférieure de la conduite (29 et la membrane semi-perméable (3). La reproductibilité sur un volume donné est excellente En se référant à la variante illustrée à la figure 2, l'air peut être remplacé par un hydrocarbure (par exemple une huile) (7) avec une garde d'une solution saline (8). En prenant comme exemple le prélèvement d'une solution aqueuse ne pouvant traverser la membrane semi perméable, on sd sert du dispositif objet de cette variante de la façon suivante En appliquant, comme précédement, une pression d'air ou une dépression (Fl-F) au-dessus de la colonne liquide, on fait mouvoir l'ensemble, soit vers le haut jusqu'd ce que la phase aqueuse inférieure (2a) soit au contact de la membrane (3), soit vers le bas jusqu'd ce que la solution aqueuse supérieure (8) soit en contact avec la membrane. On réalise ainsi un pompage volumétrique très précis de la solution inférieure, distribuée soit par déplacement de l'ensemble, soit par un jeu de vannes. Suivant la variante schématisée sur la figure 3, la phase aqueuse auxiliaire (8) est cette fois emprisonnée entre deux membranes semi-perméables Elle est mise en mouvement comme précédemment par aspiration et refoulement d'air (F-F1), le mouvement étant transmis, par l'intermédiaire du volume d'air inférieur d9bB, à la solution à pomper (la). Le volume est défini par l'espace compris entre les membranes diminué du volume de liquide auxiliaire 18). Ce dispositif est légèrement moins précis que les précédents, à cause de la compressibilité de l'air, mais il est plus stable car les membranes ne sont pas en contact avec la solution à pomper qui, pour le coup, peut être quelconque (pas nécessairement aqueuse). Le fluide intermédiaire peut être l'eau distillée, additionnée ou non de sels (pour augmenter les tensions superficielles) de glycérol, pour diminuer l'évaporation, et de conservateurs, tel l'azoture de sodium. Comme dans la variante illustrée aux figures la-lc, l'obturation par la paroi semi-perméable pourra être rendue étanche par tout moyen approprié et cette paroi pourra être associée à tout dispositif lui évitant toute ddforma- tion due aux variations de pression, par exemple aux grilles-supports (4-5). Il va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre purement explicatif et nullement limitatif et que toute modification utile pourra y être apportée sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Procédé de manipulationS volumétriques de fluides (liquides ou gaz), caractérisé par le fait qu'il consiste à réaliser à l'intérieur de la conduite ou de la canalisation (2) destinée au prélèvement du fluide considéré (la) une capacité dont le volume correspond exactement au volume à manipuler en obturant à l'endroit voulu cette conduite ou canalisation au moyen d'une membrane semi-perméable (4) dont la polarité du matériau constitutif est opposée à celle dudit fluide, donc s'opposant au passage de ce dernier, et à réaliser les phénomènes d'aspiration et de refoulement de ce fluide par l'intermédiaire d'un fluide (6) non miscible au premier et de même polarité que celle de ladite membrane, et donc capable de traverser cette dernière. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ce premier fluide est une solution aqueuse et que le second fluide est choisi parmi les gaz tels que l'air, l'oxygène, l'azote, le gaz carbonique et analogues ou les liquides tels qu un hydrocarbure, une huile, un solvant organique et analogues, la membrane semi-perméable étant de type hydrophobe. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le matériau constitutif de la membrane semi-permdable est choisi parmi les matériaux connus tels que ceux du type résines fluorées1 résines cellulosiques et analogues. 4. Moyens pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisés par le fait qu'ils comprennent essentiellement des disques ou opercules (3) pour l'obturation étanche des conduites et canalisations (2) servant au prélèvement des fluides à manipuler (la), ces disques ou opercules étant en un matériau semi-perméable. 5. Installations pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisées par le fait qu'elles comprennent au moins une conduite (2) de prélèvement du fluide à manipuler contenu dans son réservoir de stockage (1), conduite munie d'un moyen selon la revendication 4 et associée à au moins un moyen pour réaliser l'aspiration et le refoulement du fluide à manipuler. 6. Application des procédés et dispositifs selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, à la distribution de volumes calibrés de réactifs, produits pharmaceutiques et biologiques, dans des tubes, des plaques de titration, des flacons et tout autre type de récipient.