Brevet FR2642841A1 — publié le 19900810

DISPOSITIF D'ETUDE DE LA MIGRATION DE SOLUTES DANS DES MILIEUX POREUX PAR UNE METHODE CONDUCTIMETRIQUE La présente invention concerne un dispositif pour l'étude de la migration de solutés dans des milieux poreux, par une méthode conductimétrique. A titre d'exemple d'applications du dispositif selon l'invention, on peut mentionner l'étude de la migration des fluides corporels dans des articles absorbants ou des structures absorbantes, comme les couches ou les serviettes périodiques. Dans ce domaine, de nombreuses recherches sont conduites a l'heure actuelle, avec, pour objectif, celui d'améliorer les propriétés d'absorption des matériaux, et, & cet effet, de nombreuses substances dites "super-absorbantes" sont proposées pour remplacer, au sein de la structure absorbante, une partie de la ouate de cellulose classique. Ces super-absorbant s sont généralement des polymères acryliques capables de former des hydrogels lorsqu'ils sont en contact avec l'eau ou avec des fluides corporels. Ils se présentent sous la forme de poudres qui sont capables d'absorber des quantités importantes d'eau et de solutions aqueuses diverses en quelques secondes. Après l'absorption, la poudre se transforme en un gel, qui doit également etre capable de retenir leau ou les fluides corporels sous les pressions modérées correspondant aux conditions pratiques d'utilisation dans lesquelles l'article absorbant est mis en place sur le corps, tout en restant sec au toucher. De plus, les super-absorbants doivent étre capables d'absorber l'eau ou des solutions aqueuses de façon répétée sans effet de blocage.Enfin, ils doivent être répartis d'une façon appropriée au sein du matériau absorbant, sachant notamment que, dans les conditions réelles, le fluide arrive dans une région donnée, a partir de laquelle il migre au sein du matériau absorbant. Ainsi, d'une manière générale, l'invention n'étant en effet pas limitée a l'application particulière qui vient d'être indiquée, le problème qui se pose est celui de quantifier les différents paramètres intéressant les phénomènes de migration et de rétention d'eau ou de solutions aqueuses dans des milieux poreux composites, si possible placés dans des conditions les plus proches des conditions réelles d'utilisation, et, dans le cas des solutions salines, de connaître les concentrations locales et, si possible, lnstantanées, ou des valeurs reliées & ces concentrations, des sels dissous au sein du matériau composite absorbant recevant la solution å tester dans une région donnée. On connaît déja un appareil utilisant une méthode conductimétrique pour la mesure de la migration d'une solution aqueuse dans un matériau absorbant. Cet appareil connu comprend une plaque-support présentant un profil en U correspondant å la forme d'une couche en place sur un bébé par exemple, cette plaque-support comportant plusieurs orifices régulièrement répartis et permettant chacun le passage étanche d'une électrode faisant saillie du côté concave. Sur cette plaque, on dispose un échantillon de la nappe absorbante à tester, laquelle se trouve donc traversée en différents points par les électrodes.Celles-ci sont alors reliées à un conductimètre. On verse sur le matériau absorbant, dans sa région centrale, Xa quantité d'urine synthétique correspondant å celle d'une miction, avec le débit également correspondant, et on mesure, entre le point central et un point de mesure quelconque du matériau absorbant, le temps nécessaire à l'arrivée du front de liquide, car il y a alors conduction entre ces deux points. Il s'agit donc d'une mesure par "tout ou rien", montrant seulement que le front de liquide est arrivé en tel ou tel emplacement de la nappe de matériau absorbant. La présente invention a pour objectif de proposer un dispositif de mesure qui soit capable de fournir des renseignements beaucoup plus précis concernant les phénomènes de migration et de rétention dans les milieux poreux composites et, en particulier, la concentration locale instantanée en sels dissous sous forme ionique si la solution ne renferme que ce sel, ou bien une valeur reliée aux concentrations des divers sels si plusieurs sels sous forme ionique sont présents. En effet, en présence de nombreux ions, la conductivité qui sera mesurée dépend de la mobilité relative des divers ions A cet effet, il est proposé, selon la présente invention, de disposer en chaque point de mesure, deux électrodes permettant une mesure locale de la conductivité, de laquelle on peut déduire la valeur locale de la concentration en sels dissous. La présente invention a donc pour objet un dispositif pour l'étude de la migration de solutés dans des matériaux poreux par une méthode conductimétrique, ce dispositif comprenant un support sur lequel le matériau poreux å étudier est destiné à être appliqué, ledit support portant des électrodes disposées de façon à traverser ledit matériau poreux alors que celui-ci est an place sur ledit support, les électrodes étant reliées à un conductimètre auquel sont associés des moyens de traitement des signaux émis lors d'un passage de la tension aux bornes des électrodes et à des moyens d'affichage des résultats, caractérisé par le fait que les électrodes sont disposées par paires et sont reliées au conductimètre pour permettre une mesure locale, au niveau de chacune de ces paires d'électrodes, de la conductivité du soluté amené sur le matériau absorbsnt an un point donné ou une région donnée et migrant en son sein et/ou å sa surface. Le support est notamment un support plan. Cependant, dans le cas où le=dlspositif selon l'invention est adapté pour l'étude de la migration de l'urine au sein d'une nappe absorbante, le support peut également être un support recourbe en U, les électrodes faisant alors saillie du côté concave de ce support en U. Dans un mode de réalisation préféré du dispositif selon l'inventlon, les électrodes sont des électrodes en forme d'aiguilles qui sont disposées perpendiculairement A la plaque. Dans le cas où le soluté est amené sur la nappe absorbante dans une zone centrale de celle-ci, par exemple, pour l'étude des matériaux absorbants pour couches-culottes, les paires d'électrodes sont avantageusement disposées de façon & rayonner å partir d'une paire d'électrodes centrales ; en particulier, chaque électrode est disposée sur un axe partant de la zone centrale. De préférence, les électrodes sont disposées sur des axes formant des angles de 15', 30 , 60 et 90' par rapport à un axe de référence, les paires d'électrodes les plus proches de la paire d'électrodes centrales étant disposées à des distances choisies pour éviter toute interférence dans les mesures, et les autres paires d'électrodes étant disposées de façon équidistante sur chaque axe. Dans un mode de réalisation particulièrement préféré du dispositif selon l'invention, celui-ci comprend un second support sur lequel le matériau absorbant å tester est destiné à être posé initialement, ce support présentant une surface d'appui dudit matériau qui correspond à celle du support d'électrodes de laquelle font saillie lesdites electrodes, et comportant autant d'évidements que de paires d'électrodes disposés de manière correspondante, les évidements ayant une profondeur suffisante pour recevoir les électrodes après qu'elles aient traversé le matériau absorbant A tester Jusqu'à mise en appui du support d'électrodes sur'ledit matériau, ledit second support pouvant faire office d'élément de mise sous pression mécanique dudit matériau absorbant lors de la mesure, l'ensemble constitué par les deux supports emprisonnant ledit matériau absorbant, ayant été retourné de sorte que le second support soit en appui sur ledit matériau absorbant. Le second support comporte avantageusement des moyens de guidage complémentaires de moyens portés par le support d'électrodes pour assurer le guidage de ce dernier lors de sa mise en place par translation verticale vers le bas en direction du second support sur lequel on a disposé le matériau absorbant. Les moyens de guidage prévus sur l'un des supports sont constitués, par exemple, par des tiges saillantes portées par ledit support à sa périphérie, et les moyens complémentaires de guidage portés par l'autre support sont alors constitués par des alésages dans lesquels lesdites tiges sont destinées å coulisser. Chaque support peut par ailleurs comporter un socle constitué par des pieds comportant les organes de guidage précités, ainsi que des poignées pour faciliter la manipulation. Les évidements du second support peuvent être constitues par des trous traversants, le dispositif pouvant alors comporter une plaque de recouvrement du second support et de protection des électrodes, lorsque le second support ayant été retourné se trouve en appui sur ledit matériau absorbant. Cette plaque de recouvrement et de protection peut également être dotée de poignées. Dans un mode de réalisation particulier, le support d'électrodes est constitué par deux éléments parallèles entre eux, l'un, permettant le positionnement des électrodes et comportant des trous traversants pour le passage des tiges d'électrodes, des moyens d'étanchéité étant prévus pour empêcher la migration du soluté á tester par lesdits trous traversants, et l'autre servant d'appui pour la tête des électrodes, les deux éléments, écartés de la distance correspondant 8 celle desdites têtes d'êlectrodes, étant réunis, par exemple, par vissage. L'élément de positionnement pour des électrodes est constitué notamment par une plaque comportant, sur l'une de ses faces, des cavités pour le passage des tiges d'électrodes, le fond de chaque cavité comportant un trou débouchant dans l'autre face, et par une plaque de fermeture destinée à s'appliquer sur la face comportant les cavités, cette plaque comportant des ouvertures en regard des trous précites, les cavités recevant une silicone liquide qui, après durcissement, assure l'étanchéité désirée. De préference, les électrodes sont choisies en un matériau électroniquement conducteur de dureté suffisante pour pouvoir traverser sans pliage le matériau absorbant à tester. Pour mieux illustrer l'objet de la présente invention, on va en décrire ci-après > à titre purement indicatif et non limitatif, un mode de réalisation représenté sur le dessin annexé. Sur ce dessin - la figure 1 est une vue de dessus du support d'électrodes du dispositif conforme a ce mode de réalisation, du côté où les électrodes font saillie hors de la plaque permettant leur positionnnement ~ - la figure 2 est une vue en coupe du dispositif de mesure de la figure 1, selon II-II de cette figure, lors de la mise en place sur la plaque indiquée ci dessus de la nappe de matériau absorbant à tester - la figure 3 représenter å plus grande échelle, une partie de la figure 2 dans la région de l'une des paires d'électrodes ; et - la figure 4 est une vue correspondant å la figure 3 et montrant le dispositif en place pour une mesure. Si l'on se réfère au dessin, on voit que l'on a désigné par 1, dans son ensemble, un dispositif pour l'étude de la migration d'urine synthétique dans une nappe absorbante pour couche-culotte. Le dispositif l comprend un support 2, sur lequel sont fixées de façon amovible plusieurs paires d'électrodes et un second support 4, sur lequel est disposé initialement un échantillon de la nappe absorbante 5 a tester. Chaque électrode 3 présente la forme d'une aiguille. Le support 2 comprend une plaque 6, en un polymère relativement rigide, comme l'Altuglass > de forme générale rectangulaire La plaque 6 présente, sur l'une de ses faces, un certain nombre de cavités cylindriques 7, à savoir une cavité centrale et des cavités disposées sur des axes rayonnant å partir du centre, comme cela est représenté sur la figure 1. Ces axes sont ceux formant des angles de 15-, 30 , 60 et 90 par rapport à un axe de référence.Sur chacun des axes, sont donc disposées plusieurs cavités, celles qui se trouvent les plus proches de la cavité centrale étant situées å des distances différentes de celleci pour éviter toute interférence, lors de la mesure, et les autres cavités se suivant sur chaque axe à des distances régulières, par exemple de 1 cz Le fond de chaque cavité 7 est percé de -deux trous Chaque trou s permet le passage d'une électrode 3, ce qui conduira, une fois les électrodes 3 mises en place, a la réalisation représentée sur la Figure 1. Par ailleurs, la plaque 6 comporte, à chaque angle, un trou 9 dont le rôle est indiqué plus loin, et, au voisinage de chaque angle, un trou 10 destiné au passage de vis 11, comme décrit également ci-après. La plaque 6 est destinée à être recouverte, sur sa face opposée å celle comportant les paires de trous (8,8), par une plaque de fermeture 12, en Altuglass par exemple, comportant des trous 13 en correspondance avec les trous 8, ainsi que des trous 14 et 15 en correspondance avec les trous respectivement 9 et 10 de la plaque 6. Le support 2 comprend enfin une plaque 16, également en Altuglass par exemple, qui est destinée à servir d'appui aux têtes 3a des électrodes 3. Cette plaque 16 comporte des trous 17 ainsi que des trous d'angle 18. Pour le montage du support 2, on dispose la plaque 12 sur la plaque 6 ; on coule une silicone liquide dans chaque cavité 7 par les trous 13 ; on introduit les paires d'électrodes (3,3 > par les trous 13 Jusqu'a mise en appui de leurs tètes 3a sur la plaque 12, les électrodes 3 faisant alors saillie de l'autre côté de la plaque 6 et étant en alignement sur les axes rayonnant á partir du centre. La silicone durcit alors pour former, dans les cavités 7, des Joints d'étanchéité 19.On introduit alors, dans les trous d'angle 9 et 14 en regard, des baguesentretoises 20, dont chacune présente un décrochement 21 venant en appui sur la plaque 12, la partie saillante 22 présentant une hauteur égale à celle des tètes 3a. On pose alors la plaque 16, on introduit les vis 11 et on les fixe par des écrous à papillon 23. Puis on vient fixer, par exemple par collage, aux quatre angles, des pieds 24 comportant un alésage axial 25 qui se trouve dans le prolongement des alésages des bagues 20 et des trous 18. Est ainsi constitué, à chaque angle, un passage 26 dont le rôle est indiqué plus loin. Le support 2 comporte également deux poignées latérales 27 portées par la plaque 16. Le second support 4 est également constitué par une plaque en matière plastique relativement rigide, comme l'hltuglass. La plaque 4 comporte des trous traversants 28 en nombre égal à celui des paires d'électrodes disposés en regard des paires de trous (8, 8) de la plaque 6, et de largeur supérieure à la distance entre les deux électrodes (3, 3 > d'une paire, épaisseurs comprises. De plus, la plaque 4 comporte des trous d'angle 29, ainsi que des pieds d'angle 30, rapportés par exemple par collage et comportant chacun une cavité centrale 31, destinée à venir dans le prolongement d'un trou 29. On constitue ainsi, å chaque angle, un alésage recevant une tige 32. La plaque 4 comporte des poignées latérales 33, du côté des pieds 30. Si l'on suppose que le support 2 a été constitué comme on vient de le décrire ci-dessus, pour mettre en place l'échantillon 5, on commence par poser celui-ci sur le support 4, dans la position représentée sur la figure 2. On saisit le support 2 par les poignées 27 et on le fait descendre en direction du support 4, les tiges 32 pénétrant dans les alésages d'angle ?6 du support 2, en vue d'un guidage lors du mouvement vertical descendant dudit support 2. A la fin de ce mouvement, les paires d'électrodes (3, 3) ont pénétré dans le support 5 et sont venues se loger dans les trous 28 du support 4. Il suffit alors de retourner l'ensemble, et le dispositif prend alors la position représentée sur la figure 4. On peut alors, pour la mesure, retirer le support 4 à l'aide des poignées 33. On peut également, en attente de la réalisation de mesures, maintenir le support 4 sur le support 2 et venir disposer une plaque de recouvrement 34, représentée sur la figure 4, qui porte également des poignées 35 pour faciliter sa manipulation. Du côté opposé aux poignées 35, la plaque 34 peut comporter des tampons 36, pour éviter des difficultés lors du retrait de la plaque 34. La plaque 4 et, le cas échéant, la plaque 34 pourront être conservées pour des mesures avec le matériau 5 en légère compression. Par ailleurs, la plaque 4 peut comporter aussi quatre trous taraudés, au voisinage de chaque angle, permettant, à l'aide de vis, de la séparer du support 2 en cas de blocage. Les électrodes 3 sont reliées à un conductimetre par des câbles soudés sur les têtes 3a des électrodes 3. Les câbles se trouvent donc disposés dans l'espace libre entre les plaques 12 et 16. Pour chaque paire d'élec- trodes (3,3),celle la plus proche du centre du support 2 est reliée å la masse, évitant ainsi, lorsqu'elle est touchée par le liquide, que les lignes de champ ne se referment sur une autre électrode avant que la contre-électrode n'ait été touchée. Les électrodes 3 sont en acier inoxydable, nickel, ou en tout autre métal approprié. Les différentes plaques composant le dispositif 1 ont des dimensions supérieures à celles de la zone comportant les électrodes, pour faciliter la mise en place du matériau absorbant et surtout pour disposer d'un échantillon suffisamment grand pour éviter les effets de bord, tout particulièrement dans la matière absorbante qui est pincée lors du découpage sur son pErimetre, l'eau y diffusant alors plus rapidement qu'à l'intérieur de l'échantillon. Pour effectuer les mesures, on verse sur le matériau 5, dans sa partie centrale par tout moyen approprié, de l'urine synthétique, en une quantité d'environ 150 ml avec un débit de 7 ml/s, ce qui reproduit les conditions de la miction d'un bébé. Pour l'amenée du liquide, on peut envisager une pompe å débit variable, le circuit étant ouvert au moyen d'une électrovanne commandée par le micro-ordinateur qui peut être associé au conductimetre ; on peut aussi verser simplement le liquide par gravité, en se servant également dune électrovanne. Le conductimètre choisi est un conductimètre rapide relié à un micro-ordinateur, auquel peuvent être associés un écran de visualisation et une table traçante. Toutes les mesures effectuées lors d'une manipulation peuvent alors être enregistrées par l'ordinateur, et il est ensuite possible de déterminer une cartographie suivant des iso-temps, des iso-concentrations, et même, avec des programmes de lissage, d'avoir une représentation en trois dimensions donnant la concentration pour toutes les coordonnées des points du support 2. On peut aussi calculer des vitesses de diffusion suivant les seize axes de la disposition des électrodes 3. Il est bien entendu que le mode de réalisation cidessus décrit n'est aucunement limitatif et pourra donner lieu à toutes modifications désirables, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour l'étude de la migration de solutés dans des matériaux poreux par une méthode conductimétrique, ce dispositif sur lequel le matériau poreux à étudier (5 > est destiné d être appliqué, ledit support portant des électrodes disposées de façon à traverser ledit matériau poreux (5) alors que celui-ci est en place sur ledit support (2), les électrodes étant reliées à un conductimètre auquel sont associés des moyens de traitement des signaux émis lors d'un passage de la tension aux bornes des électrodes (3, 3), de la conductivité du soluté amené sur le matériau absorbant en ùn point donné ou une région donnée et migrant en son sein et/ou à sa surface. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le support (2) est un support plan. 3 - Dispositif selon la revendication 1, adapté pour l'étude de la migration de l'urine au sein d'une nappe absorbante (5), caractérisé par le fait que le support (2) est un support plan, ou bien un support recourbé en U, les électrodes (3) faisant alors saillie du côté concave dudit support en U. 4 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les électrodes (3) sont des électrodes en forme d'aiguilles. 5 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, adapté pour l'étude de la migration d'un soluté au sein d'une nappe absorbante (5 > , ledit soluté étant amené sur ladite nappe (5) dans une zone centrale de celle-ci, caractérisé par le fait que les paires d'électrodes (3, 3) sont disposées de façon à rayonner à partir d'une paire d'électrodes centrales. 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que chaque électrode 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les électrodes (3) sont disposées sur des axes formant des angles de 15', 30', 60' et 90 par rapport à un axe de référence, les paires d'électrodes (3, 3) les plus proches de la paire d'électrodes centrales étant disposées à des distances choisies pour éviter toute interférence dans les mesures, et les autres paires d'électrodes étant disposées de façon équidistante sur chaque axe. 8 - Dispositif selon l'une des revendications 1 å 7, caractérisé par le fait qu'il comprend un second support (4) sur lequel le matériau absorbant (5) à tester est destiné à être posé initialement, ledit support (4) présentant une surface d'appui dudit matériau qui correspond à celle du support d'électrodes (2) de laquelle font saillie lesdites électrodes que de paires d'électrodes d'une paire après qu'elles aient traversé le matériau absorbant à tester (5), jusqu'à mise en appui du support d'électrodes (2) sur ledit matériau 9 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le second support (4) comporte des moyens de guidage complémentaires de moyens portés par le support d'électrodes pour assurer le guidage de ce dernier lors de sa mise en place par translation verticale vers le bas en direction du second support (4) 10 - Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que les moyens de guidage prévus sur l'un des supports sont destinées à coulisser. 11 - Dispositif selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé par le fait que chaque support 12 - Dispositif selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisé par le fait que les évidements (28 > sont constitués par des trous traversants et que le dispo sitif (1) comprend en outre une plaque (34) pour recouvrir le support de matériau absorbant (4) et protéger les électrodes (3) lorsque ledit support (4) ayant été retourné se trouve en appui sur ledit matériau absorbant , ladite plaque (34) pouvant être également dotée de poignées 13 - Dispositif selon l'une des revendications 8 à 12, caractérisé par le fait que le support d'électrodes (2) est constitué par deux éléments (6 ; 16 > parallèles entre eux, l'un, permettant le positionnement des électrodes (3) et comportant des trous traversants pour le passage des électrodes des électrodes (3), les deux éléments (6) (16 > , écartés de la distance correspondant a celle desdites têtes d'électrodes 14 - Dispositif selon la revendication 13, caractérisé par le fait que l'élément (6) de positionnement des électrodes est constitué par une plaque comportant, sur l'une de ses faces, des cavités 15 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait que les électrodes (3) sont choisies en un matériau électroniquement conducteur, de dureté suffisante pour pouvoir traverser sans pliage le matériau absorbant à tester (5-).