Brevet FR2646507A1 — publié le 19901102

DISPOSITIF D'ECHAWTILLONNACE DE POUSSIERES La présente invention concerne un dispositif d'échantillonnage de poussières. Un tel dispositif peut avantageusement setre utilisé pour recueillir des échantillons de poussières dans des environnements inconnus tels que la haute atmosphère, voire l'espace interplanétaire. Ce dispositif peut également être utilisé pour surveiller la quantité et la nature de poussières présentes dans une installation industrielle tels que cheminée, conduit d'amenée d'air d'une climatisation ou pièce devant rester particulièrement propre (salle d'opération, d'expérience ou pour matériels informetiques). Compte-tenu du souci écologique. actuel, la première appllcation mentionnée présente un intérêt tout particulier. Les poussières atmosphériques sont actuellement collectées par des avions spécialement équipés pour ce type d'opérations. Pour la collecte de poussières extraterrestres, les aaences spatiales utilisent éventuellement des avions stratosphériques mais préfèrent organiser des expéditions destination des régions polaires pour ramasser ces poussières à même le sol. Comme on peut le comprendre, ces expéditions sont onéreuses ce qui en limite leur usage et empoche un véritable suivi dans le temps par exemple. De plus, ces expéditions ne peuvent apporter que des résultats globaux et non pas détaillés en fonction de variables importantes comme l'altitude ou l'orientation. Le but de la présente invention est un dispositif d'échantillonnage de poussières en fonction d'un paramètre significatif tels que paramètre chronologique ou spatial, ou en fonction d'un événement physique tel les que variations de pression ou de température. Il est grandement souhaitable qu'un tel dispositif soit économique à réaliser et simple à mettre en oeuvre afin de permettre un nombre plus important de sondage, ceci pour réduire les variations statistiques inhérantes. Ces buts sont réalisés gracie au dispositif selon l'invention qui comprend un boîtier muni d'au moins une fenêtre derrière laquelle défile une bande se déroulant depuis un tambour-magasin pour s'enrouler sur un tambour-récepteur, cette bande étant enduite sur la face externe exposée à l'environnement d'un produit retenant les poussières. Ce dispositif comprend également des moyens contrôlant le.mouvement de la bande selon des critères préétablis. hvantageusement, v antag eusement, i le produit retenant les poussières est un liquide visqueux. Utilement, la bande enduite sur la face externe peut titre doublée en la face interne par un film de support et/ou de protection des échantillons lors de l'enroulement autour du tambour-récepteur. Suivant des dispositions préférentielles, les moyens contrôlant le mouvement de la bande comprennent un moteur électrique actionnant le tambour-récepteur, ainsi que des moyens électriques et électroniques régissant le démarrage, l'arrêt et la vitesse du moteur électrique. Selon une autre caractéristique, les moyens électriques et électroniques comprennent un microinterrupteur provoquant un arrêt du mouvement de la bande lorsque la majeure partie de la bande est enroulée sur le tambour -récepteur. Selon un premier mode d'exécution, les moyens électriques et électroniques font tourner le moteur électrique à vitesse constante perldant chaque période de }'échantillonnage.' Suivant un second mode d'exécution appliqué à l'échantillonnage de poussières situées dans l'atmosphère terrestre, le disposltlf comprerd des moyens électroniques émettant en permanence des signaux radioélectriques permettant sa localisation et ce dispositif est accroché au bas d'un ballon-sonde. Alors, les moyens électriques et électroniques peuvent également comprendre une antenne ainsi qu'un étage de réception de signaux radio-électriques. Ces moyens électriques et électroniques peuvent alors faire tourner le moteur électrique en fonction de commandes émises à distance sous forme de signaux radlo-électriques reçus dans l'antenne.En alternative, les moyens électriques et électroniques peuvent faire tourner le moteur électrique en fonction d'une variation de pression et/ou de température lue par des capteurs. L'invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation appliqué à l'échantillonnage de poussières situées dans l'atmosphère terrestre, étant bien entendu que cet exemple est pris à titre nullement limitatif, car ce dispositif peut s'appliquer de manière évidente avec peu de modifications à d'autres environnements tels que pièces blanches, c'est-à-dire pièces dont la teneur en poussières doit être maintenue à un niveau particulièrement bas. Cette description sera faite en référence à la figure unique annexée illustrant de manière schématique, vu en perspective, un dispositif selon l'invention dont la partie médiane est découpée pour une meilleure compréhension. Le dispositif comprend un ho bottier t i e 10 sensiblement paral lélépipédique muni sur l'une de ses faces, en l'occurrence la face supérieure, d'une ouverture ou fenêtre 12. Si le dispositif doit être inserré à l'intérieur d'ure conduit d'amenée d'air ou embarqué contre le fuselaae d'un aéronef, on peut alors préférer pour ce boîtier 10 une forme dite en "cigare", c'est-à-dire une forme cylindrique dont l'une ou les deux extrémités est en ogive, et présentant une fenêtre 1 longitudinale.Pour permettre une mellleure accessibilité aux instruments logés à l'intérieur, ce boftier 10 peut être en deux parties tels qu'un fond et un couvercle tenus ensemble par des charnières 13 tout le long d'un ctté et fermé du côté opposé par un serrure 14. En alternative, ce boîtier 10 peut n'être ouvert qu'en l'une de ses extrémités et les instruments internes alors réunis sur un support unique peuvent être inserrés ou sortis par coulissement. Derrière la fenêtre ouverte 12 défile une bande 16 se déroulant à partir d'un tambour-magasin 20 pour s'enrouier autour d'un tambour-récepteur 30. Cette bande 16 est enduite sur sa face externe, c'est-à-dire exposée à l'environnement extérieur, d'un produit retenant de fines particules ou poussières venant en contact. Cette bande 16, nécessairement souple pour pouvoir s'enrouler autour d'un tambour, peut avantageusement être un film plastique ou une bande de fil tissé imprégnée ou non d'une pellicule plastique. Il peut également s'avérer utlle de prévoir une seconde bande I d doublant la première bande 16 sur sa face interne.Ce peut être le cas lorsque le matériau considéré comme particulièrement apte à recevoir le produit (or; platine) est trop onéreux pour permettre la réalisation d'une bande suffisamment épaisse et solide. On utilise alors une bande 15 en tant que support. Dans un deuxième cas, le matériau constituant la bande 16 peut présenter des risque de réaction chimique avec les poussières agglomérées sur le dessus du produit et il convient en conséquence de disposer une fine bande 15 chimiquement inerte pour protéger ces poussières lors de l'enroulement autour du tambour 30. Après de multiples expériences, il s'est avéré quelle produit le plus apte à retenir les particules en général avec le moins de risque de réaction chimique est l'huile silicone à haute viscosité. Toutefois, d'autres substances développées notamment pour les rubans adhésifs pouvant entre également employées selon la nature spécifique des poussières recherchées. Bien évidemment, l'enduction de la bande 16 doit impérativement être effectuée dans un local exempt de toute poussière pour ne pas fausser les résultats ultérieurs. Tel qu'illustré sur 1a figure annexée, le tambour 30 est entraîné en rotation par un moteur électrique 38 tournant un pignon 36 engagé dans une roue dentée 34 solidaire de l'axe de ce tambour-récepteur 30. Puisque que le pignon est solidaire du moteur 38, ce mécanisme constitue un réducteur de vitesse. Bien entendu, il est envisageable de monter le pignon 36 sur l'axe du tambour 30 et la roue dentée sur l'axe du moteur C I e ct r i qu e 3 8 c on st i t ua nt alors un m é c a n i s m e d'amplification de la vitesse de rotation. Ce moteur 38 peut soit être monté à l'extérieur du bottier 10 grâce a un support 39 tel qu'illustré sur la figure, soit être monté à l'intérieur du boîtier dans un prolongement non représenté. Avantageusement, le moteur électrique 38 peut etre du type "à courant continu" ce qui permet de varier sa vitesse de rotation ers fortction de la tension électrique appliquée à ses bornes. L'énergie électrique 6essaire à l'alimentation de ce moteur électrique 38 peut être fournie par une batterie ou accumulateur 41 sous le contrôle de moyens électriques et électroniques désignés de manière générale par la référence 40. Natureklement, si le dispositif n'est pas utilisé de manière autonome mais au contraire ancré contre une installation, on peut prévoir une alimentation électrique externe pour ce moteur 38. Les moyens électriques et électroniques 40, enfermés dans un boîtier de protection hermétique 42, contrôlent le mouvement de la bande 16 selon des critères préétablis par gestion de l'énergie électrique délivrée au moteur 38. Ces moyens électroniques 40 assurent également d'autres fonctions annexes notamment de sécurité ou de repérages. Dans la version la plus simple, les moyens électroniques 40 délivrent, après le basculement d'un simple interrupteur marche/arrat, une tension continue invariable aux bornes du moteur électrique 38 provoquant ainsi un défilement à vitesse rigoureusement constante de la bande 16 devant la fenêtre 12 pendant toute la durée de l'échantillonnage. Cette application est de préférence utilisée dans les environnements où l'on souhaite surveiller la teneur en poussières seulement en fonction du temps. Selon une autre verslon, les moyens électroniques 40 comprennent un capteur de pression et/ou de température. Alors, la bande 16 est déroulée à chaque variation de grandeur mesurée ou seulement si la variation est strictement positive ou négative. il peut ains3 être utile de déclencher un dispositif installé au sein d'une conduite d'amenée d'air uniquement lorsque que la température présente une brusque variation ce qui peut être caractéristique d'un mauvais fonctionnement d'un appareil situé en aval.Dans le cas d'un dispositif prévu pour être emporté à la verticale dans l'atmosphère terrestre, on utilise la sonde de pression et/ou de température pour déclencher le moteur 38 si et seulement si le dispositif au dessus d'une altitude préétablie, par exemple de 17 km, lorsque l'on veut étudier les poussières stratosphériques ou pour l'arrêter à cette altitude si l'on est intéressé que par les poussières terrestres. De manière plus sophistiquée, les décroissances de pression atmosphérique provoquent le défilement de la bande qui peut par la suite être corrélées en terme d'altitude. Selon une troisième version, les moyens électroniques 40 comprennent une antenne 45 et un étage d'amplification-réception de signaux électriques. Il est alors possible de télécommander à distance le dispositif selon l'évolution de ltexpérience notamment de la position suivie par radar et ce, aussi bien le démarrage ou l'arrêt de la bande que la vitesse de défilement nécessaire. Les moyens électroniques 40 comprennent un premier interrupteur 31 disposé proche du tambour-magasin 20 de telle sorte qu'il soit basculé après un ou deux tour de tambour 20 seulement. Cet interrupteur est utile pour confirmer le bon démarrage de la bande suite à une télécommande de départ. Les moyens électroniques 40 peuvent également comprendre un micro-interrupteur 32 disposé proche du tambour-récepteur 30 de telle sorte qu'il soit basculé lorsque la totalité de la bande 16 moins la distance entre les deux tambours se retrouve enroulée sur ce tambour-récepteur. Ce dispositif de sécurité permet l'arrêt ou un avertissement avant que cette bande 16 ne se détache du tambour 20 rendant toute poursuite d'échantillonnage inutile. Le dispositif électronique 40 peut aussi comprendre un dispositif à poinçon 22 imprimant sur cette bande 16 des informations codées caractéristiques de 1 'évolution du paramètre selon lequel se déroule l'échantillonnage. Pour un dispositif prévu pour être accroché à un ballon-sonde, les moyens électroniques 40 peuvent de plus comprendre un étage d'émission de signaux radioélectriques similaires à ceux d'une balise permettant la localisation à tout moment de la position instantanée de la sonde à partir du sol. Mieux, ce signal radioélectrique de localisation peut lui-même être utilisé pour porter une information relative au bon déroulement de l'expérience. Par exemple, ce signal change d'une première fréquence de 600 hz à une seconde fréquence de 1 200 hz lorsque l'interrupteur 31 bascule marquant le début du défilement de la bande 16, puis ce signal revient à la fréquence initiale de 600 hz lorsque le second interrupteur 32 bascule marquant la fin du défilement de la bande 16. Pour un échantillonnage de particules dans l'atmosphère terrestre, le dispositif précédemment décrit présente une longueur d'environ un mètre pour une largeur et une hauteur sensiblement égales à 20 cm, et ce dispositif fonctionne de la manière suivante. Dans une chambre "blanche", on ouvre le boftier 10 pour installer le tambour 20 garni de la bande 16 dans la partie supérieure. Puis cette bande est dévidée pour être engagée dans l'axe du tambour-récepteur 30 sur lequel elle est enroulée quelques tours ce qui assure un bon accrochage. Cette opération se rapproche grandement de l'opération de chargement d'un film dans un appareil photographique. Enfin, on vérifie le bon état de l'accumulateur 41 et le bon fonctionnement des moyens électroniques 40. Le dispositif est ensuite accroché par des moyens non représentés à un ballon-sonde qui est alors tâché. Une fois que ce ballon a atteint une altitude suffisamment intéressante (par exemple 17 km), ce qui est constaté soit par le capteur de pression embarqué, soit par le suivi radar, on émet un signal électrique pour déclencher le moteur électrique 38. La bande 16 commence à défiler. Toute particule que rencontre la surface externe de la bande 16 est alors accrochée par le produit présent sur cette surface.Ces particules sont emmenées avec la bande autour du tambour-récepteur 30 alors qu'une surface de produit frais est présentée à nouveau devant la fenretre 1 2. L'échantlllornage continue jusqu'à réception d'un signal codé provoqué par le basculement d-u micro-interrupteur 32 signifiant la fin prochaine de la bande 16, Le dispositif s'arrête soit automatiquement avec ou sans temporisation, soit à la réception d'un ordre venant du sol.Par ailleurs, les signaux émis par le circuit émetteur des moyens électroniques 40 ont permis de noter au fur et à mesure du déroulement de l'expérience les positions successives de la sonde puis de la récupérer très rapidement une fois celle-ci retombée à terre, Le dispositif est alors ouvert pour récupérer la bande maintenant enroulée sur le tambour-récepteur 30 que l'on range dans un conteneur hermétique pour envoi dans un laboratoire. Dans ce laboratoire, cette bande peut être déroulée pour passage au sein d'appareils de mesure tel que spectomètre de masse. Bien que le dispositif illustré sur la figure annexée ne présente qu'une seule fenêtre 12, il est bien évident que ce dispositif peut être démultiplié, c'est-à- dire présenter plusieurs fenêtres soit côte à côte, soit sur deux faces opposées telles que la face frontale et la face antérieure. Avantageusement alors, les produits retenant les particules peuvent être de nature différente ayant chacune des caractéristiques de rétention propre de telles différences peuvent avantageusement être mises à profit pour effectuer une première séparation entre des poussières différentes de par leur taille ou de par leur nature chimique. On peut également prévoir, derrière la fenêtre 12 plusieurs galets de guidage, voire même un plan de support, présentant la bande 16 avec une meilleure précision devant cette fenêtre 1. En alternative et pour des questions de court, on peut envisager le remplacement du moteur électrique 38 et des moyens électroniques 40 par un dispositif entièrement mécanique à ressort tel que rencontré, par exemple, dans les anciennes boîtes à musique. Si le dispositif fait partie intégrante d'un aéronef, il est possible de prévoir non plus une bande passant d'un tambour-magasin à un tambour-récepteur, mais une bande sans fin qui passe d'abord par un poste d'enduction de produit adhésif, défile derrière une fenêtre d'exposition, revient à l'intérieur de l'aéronef pour passage devant un appareil d'examen, passe par une station de r c 1 age de 1 lthuile contaminée par les poussières avant de retourner à la première station d'enduction de produits frais. Suivant le type d'appareil d'examen, il peut s'avérer plus utile, après que la bande soit revenue à l'intérieur de l'aéronef, de racler immédiatement l'huilepour l'amener dans un poste de filtrage. L'huile filtrée est alors renvoyée dans le réservoir tandis que les poussières sont conduites seules dans l'appareil d'examen. De nombreuses améliorations peuvent être apportées à ce dispositif dans le cadre de cette inventi on. REVENDICATIONc 1. Dispositif d'échantillonnage de poussières dans un environnement caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier (10) muni d'au moins une-fenêtre (12) derrière laquelle défile une bande (16) se déroulant d'un tambour magasin (20) pour s'enrouler sur un tambour-récepteur (30), la bande étant enduite sur sa face externe exposée à l'environnement d'un produit retenant les poussières. ainsi que des moyens contrôlant le mouvement de la bande (16) selon des critères préétablis. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le produit retenant les poussières est un liquide visqueux. 3. Dispositif selon la revend i cat ion 1 caractérisé en ce que la bande (16) est doublée sur la face interne par un film (15) de support et/ou de protection des échantillons lors de l'enroulement autour du tambour-récepteur (0). 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens contrôlant le mouvement de la bande comprennent un moteur électrique (38) actionnant le tambour-récepteur (30), ainsi que des moyens électriques et électroniques (40) régissant le démarrage, l'arrêt et la vitesse du moteur électrique (38). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens électriques et électroniques (40) comprennent un micro-interrupteur (32) provoquant un arrêt du mouvement de la bande (16) lorsque la majeure partie de la bande est enroulée sur le tambour-récepteur (30). 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens électriques et électroniques (40) font tourner le moteur électrique (38) à vitesse constante pendant chaque période de l'échantillonnage. 7. -Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6 appliqué à l'échantillonnage de poussières situées dans l'atmosphère terrestre, caractérisé en ce qu'il est accroché au bas d'un ballon-sonde et en ce qu'il comprend des moyens électroniques émettant en permanence des signaux radio-électriques permettant sa localisation. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens électriques et électroniques (4Ci) comprennent une antenne (45) ainsi qu'un étage de réception de signaux radio-électriques, et en ce que ces moyens électriques et électroniques (40) font tourner le moteur électrique (38) en fonction de commandes émises à distance sous forme de signaux radio électriques reçus dans l'antenne (45). 9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens électriques et électroniques (40) font tourner le moteur électrique (38) en fonction d'une variation de pression et/ou de température lue par des capteurs montés dans le boîtier (10).