Brevet FR2630661A1 — publié le 19891103

Dispositif de mise en contact et de melanae d'un liquide et d'un autre prc > duit et-appareil modulaire en comportant application. L'invention a Pour obiet un dispositif de mise en contact et de mélanqe d'un liquide et d'au moins un autre produit contenu dans une capsule, notamment en vue de provoquer une réaction physique, biologique ou chimique entre le liquide et le produit. Elle trouve une application particulièrement importante dans le domaine spatial ou il est souvent necessaire d'effectuer des expériences imupliquant le mélanqe intime d'un liquide et d'un autre produit, tel qu'une poudre ou un autre liquide, qui doivent rester complètement séparés qusqu'à leur mise en contact. Le simple bris d'une amPoule contenant le pro- duit dans la masse de liquide ou l'injection de liquide dans une telle ampoule ne provoque pas un mélange complet. Un brassaqe est souvent necessaire pour obtenir une dispersion ou une mise en solution homogène. La mise en oeuvre de ce brassaqe se heurte a des problèmes, par ticulierement aiqus dans le cas d'une utilisation sur vehicule spatial. Le dispositif doit être de faible encombrement. La puissance disponible est faible. ce qui implique des mouvements lents. Lorsque les forces de qravité sont faibles ou nulles, elles ne peuvent être utilisées pour provoquer un écoulement. L'invention vise à fournir un dispositif de mise en contact et de mélange permettant de surmonter ces problemes. Dans ce but, elle propose notamment un dispositif comprenant un cylindre contenant un piston coulissant libre et dont les extrémités sont reliées par une pompe Péristaltique; le cylindre comportant des moyens de retenue de la capsule sur le trajet parcouru Par un orqane de perforation solidaire du piston lorsque le piston se dePlace sous l'action de la pompe. ta caPsule est Placee de facon a laisser passer le liquide autour d'elle iusqu'à ce qu'elle soit Perforée de part en part et à Permettre le déplacement du piston. On peut notamment Placer la capsule dans une cavité à l'une des extrémités. La surface du fond du cylindre tournee vers la capsule a avantaqeusement une forme telle que le trajet de fuite se trouve étranqie lorsque l'orqane de perforation a déchiré la capsule et entraine sa paroi : ainsi, par la suite, le liquide s e:c"ule préférentiellement à travers la capsule plutôt qu'autour d'elle. La capsule peut notamment être constituée d'une baque riqide et deux parois minces, ltorqane de Perforation étant constitué par un poinçon de longueur suffi sante pour Percer les deux parois minces lors de son deplacernent et etant muni d'arêtes de découpe de ces parois. Le volume interieur du cylindre constitue weneralement la zone dans laquelle on observera une rea:tlon Ce volume sera en reqle qenérale supérieur d'au mins un ordre de grandeur (et souvent de plusieurs ordres Je qrandeur) au volume occupant la pompe péri- statistique et les conduites qui la relient aux extrémites du cylindre. de sorte que le volume mort est faible. Pour homogénéiser le mélanqe, on commande avantaqeusement la pompe pour provoquer des va-et-vient du piston. Le moteur d'entraînement de la pompe peut, pour cela, être commande par un circuit relié à des capteurs de fin de course de piston portés par le cylindre et qui inverse le mouvement du piston lorsqu'il arrive dans des positions déterminées. Le piston du dispositif peut porter un second oraane de perforation. Placé à l'opposé du premier. destin a venir percer une autre capsule. contenant par exemple un inhibiteur, lorsqu'on souhaite arrêter une rection a la fin d'une expérience: Pour cela le circuit peut étire prevu pour que le déplacement du piston se Poursuive aptes depdssement du capteur lorsqu'on actionne une commande manuelle a cet effet ou en réponse à une autre excitation. par exemple a l'issue d'un laps de temPs déterminé aprés la première mise en action de la pompe. On peut aisement constituer un appareil modulaire ayant un moteur électrique unique et éventuellement un equipaqe rotatif de pompe péristaltique unique, associés à Plusieurs dispositifs disposés côte-à-côte. ce qui permet d'alléqer l'appareil et d'y monter le nombre particulier de cylindres requis dans chaque cas particulier. Un cylindre peut en effet être ajouté, retire ou remplacé par un autre sans difficulté. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalistation, donné a titre d'exemple non limitatif. La description se referme aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la Fiqure 1 est un schéma d'un dispositif suivant l'invention dont l'ensemble cylindre-piston est represente partiellement en coupe suivant un plan passant par l'axe du cylindre - la Fiqure 2 est une vue de détail montrant l'ouverture de la capsule par l'orqane de perforation - les F1qures 3 et 4 montrent une constotutlon possible d'appareil ayant plusieurs dispositifs suivant la Fiqure 1 et un moteur d'entraînement unique. Le dispositif montré schématiquement sur la Fiqure 1 comporte un cylindre 10 ayant une paroi latérale riqide 12. éventuellement transparente pour permettre d'observer les transformations qui interviennent dans le cylindre, d'une seule pièce avec un fond 14 dans le cas de la fiquze 1. Le cvlindre est ferme de facon étanche par un couvercle 16 fixé par des moyens non représentés, tels que des vis. Les extrémités du cylindre sont relieues l'une a l'autre par une pompe péristaltique 18. Cette pompe a une constitution classique et peut être d'un type couramment disponible dans le commerce, constituée par un équipaqe rotatif 20 entraîné par un moteur électrique pas-â-pas 22 et par une rampe contre laauelle des valets 26 appartenant à l'équipaqe rotatif écrasent. une conduite souple 28 (tube de sillcone par exemple) reliant les extremités du cylindre. Le fond 14 et le couvercle 16 peuvent être munis d'embouts 30 sur lesquels les parties terminales de la conduite sont serrees Par des colliers ou par des écrous a portée conique. Le cylindre 10 contient un piston 32 pouvant coulisser d'une extrémité à l'autre du cylindre. Une face du piston porte un orqane de perforation 34 constitue par une aiguille munie a sa base d'arêtes de déchirure 36 dont le rôle apparaîtra Plus loin. Le couvercle 16, placé sur le trajet que parcourt la pointe 34 lors du déplacement du Piston (vers la qauche sur la Fiqure 1) Présente un logement de re cept; d'une capsule 38 contenant un produit a mélanger au liquide occupant le cylindre 10 et la conduite 28. Cette capsule aura qénèralement une forme plate et sera alors constituée d'une bague riqide 40 et de deux parois plates minces 42, par exemple en clinquant d'aluminium, prevues pour être déchirées par l'orqane 34. Le loqement de réception de la capsule est prévu de facon à autoriser le passaqe d'un débit de fuite autour d'elle, au moins aussi longtemps qu'elle est intacte, Dans le mode de réalisation montré en Fiqure 1, le couvercle 16 est constitue d'un anneau fixé directement a la paroi latérale du cvlindre et d'une plaque de fermeture 44. Le logement de la capsule est limité par un chambraqe ménaqé dans l'anneau et la capsule est retenue par la plaque 44. te diamétre et la profondeur du thambraqe sont tels qu'un jeu subsiste autour de la capsule.Dans une variante, le trajet de fuite est constitué par une ou des rainures,# par exemple en spirale, dans la plaque et éventuellement des rainures dans la paroi du chambrage. Dans la plaque 44 est ménagé un espace destiné à permettre à l'organe de perforation 34 de traverser complètement la capsule 38. Cet espace présente avantageusement un chanfrein d'entrée. Grâce à cette disposition les pans séparés par les arêtes 36 dans la paroi plate 42 viennent obturer, ou du moins étrangler, le trajet de fuite autour de la capsule et conduisent le liquide à traverser cette dernière lors des va-et-vient du piston 32. Le moteur 22 de la pompe 18 est alimenté par un circuit 46 dont la mise en route est provoquée soit manuellement, par exemple par un bouton poussoir 48, soit électroniquement par télécommande. Le circuit 46 représenté est relié à deux capteurs 50 destinés à fournir un signai lorsque le piston 32 arrive en fin de course dans un sens ou dans l'autre. Pour qu'une seule commande manuelle suffise à provoquer la mise en contact et le mélange du liquide et du produit contenu dans la capsule, le circuit 46 peut être prévu pour inverser le sens de rotation du moteur 22 lorsqu'il reçoit un signal de fin de course d'un des capteurs 50.Le circuit 46 peut être porté par une carte de circuit imprimé et comprendre un microprocesseur muni d'une mémoire#morte programmable déterminant par exemple le nombre de va-et-vient à pro voquer. La carte peut de plus comporter un convertisseur de tension fournissant, à partir de la tension fournie par une source extérieure 52, les différents courants nécessaires. Le fonctionnement du dispositif est le suivant. Le piston 32 est initialement placé à distance de la capsule 38. La fermeture du contact 48 provoque l'alimentation du moteur 22 par le circuit 46 dans un sens rapprochant l'organe de perforation 34 de la capsule 38. Le mouvement d'avance du piston peut être très lent sans inconvénient, de sorte que le dispositif n'absorbe qu'une puissance faible. Au cours de l'avance du piston, le liquide contourne la capsule 38. L'organe de perfora tion 34 vient en contact avec la capsule puis perfore successivement ses deux faces. Les arêtes 36 ouvrent complètement ces faces et appliquent la plus éloignée du piston contre la plaque 44, de sorte que le liquide aura ensuite tendance à passer par la large brèche ouverte à travers la capsule. La perforation est réalisée à coup sûr du fait que la force exercée par l'organe est très élevée car le piston exerce un effet d'amplification hydraulique. Lorsque le piston atteint sa position extrême (vers la gauche sur la figure 1) le capteur correspondant 50 envoie au circuit 46 un signal qui provoque l'inversion du mouvement et ainsi de suite, pour un nombre de cycles mémorisé dans le circuit 46. Le va-etvient du liquide au travers de la capsule 38 provoque un mélange intime du contenu de la capsule et du liquide. Le développement des réactions éventuelles peut ensuite être observé, par exemple en maintenant finalement le piston dans une position extrême. Le dispositif qui vient d'être décrit se prête à de nombreuses applications. On peut notamment citer la réalisation d'expériences de cristallogenèse, de croissance d'algues ou de micro-organismes en apesanteur. On peut également citer l'observation de réactions enzymatiques de transformation. Il peut être nécessaire de bloquer la réaction au bout d'un certain laps de temps. Souvent ce blocage est réalisé par refroidissement. Le dispositif selon l'invention peut être prévu pour bloquer la réaction par libération d'un produit inhibiteur. Ce produit est alors placé dans une seconde capsule logée dans la fond, face à un second organe de perforation (non représenté) porté par le piston 32 et semblable au premier. Le capteur correspondant (capteur de droite sur la figure 1) est placé de facon que le mouvement du piston s'inverse avant perforation de la capsule contenant le produit d'inhibition, en fonctionnement normal. Mais le circuit est prévu pour maintenir le piston en déplacement après dépassement du capteur afin de perforer la capsule d'inhibition, soit lorsqu'il reçoit une commande manuelle, soit au bout d'un temps déterminé après la première activation. Comme cela a déjà été indiqué, plusieurs dispositifs ayant un moteur d'entraînement et un équipage rotatif unique peuvent être regroupés dans un même appareil. On peut notamment constituer un appareil modulaire ayant la disposition montrée schématiquement en figures 3 et 4, où les cylindres sont répartis en deux rangées placées de part et d'autre de l'équipage rotatif. La rampe d'appui 54 montrée en figure 1 est alors remplacée par une rampe 24a d'écrasement de conduite souple, similaire à la rampe 24. ERVENDICATIONS 1. Dispositif de mise en contact et de mélanqe d'un liquide et d'au moins un produit contenu dans une capsule (38), caractérisé en ce qu'il comprend un cylin- dre (10) contenant un piston (32) coulissant librement et dont les extremités sont reliées par une pompe péris taltique (18), le cylindre comportant des moyens de retenue de la capsule (38) sur le traiet Parcouru par un organe de perforation (34) solidaire du piston lorsque le piston se déplace sous réaction de la pompe. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de retenue de la capsule comportent une cavité ménaqée dans l'une des extrémités du cvlindre, prévues de facon à laisser passer du liquide autour de la capsule (38) au moins jusqu'à ce qu'elle soit perforée de part en part par l'orqane de perfora tion (34). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ltorqane de perforation (34) est constitue par une aiquille munie d'arêtes (36) destinées a déchirer la capsule et à l'appliquer contre le fond de la cavité pour étrangler le traiet de fuite lorsque l'orqane de perforation a ouvert la capsule. 4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le volume intérieur du. cylindre est supérieur d'au moins un ordre de qrandeur au volume occupant la pompe péristaltique (18) et les conduites qui la relient aux extrémités du cylindre. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le cylindre porte des capteurs (50) de position du piston et en ce que la pompe est commandée par un circuit (46) relié au capteur et prévu pour inverser le mouvement du piston lorsqu'il arrive dans des positions déterminées fixées par l'emplacement des capteurs. 6. Dispositif selon l'une quelconque des reven dilations précédentes, caractérisé en ce que le piston (32) porte un second orqane de perforation placé à l'opposé du premier, destiné à venir percer une autre capsule. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précedentes, caractérise en ce que la pompe p#ristaltiq0ie (18) comporte un moteur pas-a-pas (22) -relle a un circuit de commande (46) muni de moyens de mémorisation d'un cycle de mise en contact et de mélanqe a réaliser. 8. Appareil modulaire comportant plusieurs dispositifs selon l'une quelconque des revendications Pré cédentes munis chacun d'une pompe péristaltique, toutes les pompes étant actionnées par un même moteur (22).