Brevet FR2653883A1 — publié le 19910503

La présente invention a pour objet un dispositif de mesure et de visualisation de l'état de sédimentation d'un système polyphasique, susceptible d'évoluer dans le temps vers une ségrégation de phases, par sondage progressif de chaque tranche liquide depuis la surface libre jusqu'au fond du récipient contenant le système polyphasique. Certains appareils de ce type ont été décrits et/ou sont utilisés dans la pratique. Le besoin de tels appareils est important et diversifié : il se retrouve dans des industries aussi variées que par exemple l'agro alimentaire, la pharmacie, les peintures l'agrochimie. Une des difficultés dans ce type de mesure est que la mesure soit suffisamment sensible et puisse etre enregistrée et visualisée de manière suffisamment parlante pour que l'opérateur puisse en tirer des conclusions claires facilement exploitables. La présente invention a pour but un dispositif répondant à ce besoin. Elle concerne plus précisément : un dispositif de mesure et de visualisation de l'état de sédimentation d'un système polyphasique susceptible d'évoluer dans le temps vers une ségrégation de phases par sondage progressif de chaque tranche liquide depuis la surface libre jusqu'au fond du récipient contenant le système polyphasique caractérisé en ce qu'il comprend A) un pénétromètre comprenant 1) une sonde à aiguille de section constante, 2) un capteur de force relié à cette sonde, 3) un support porte échantillon et des moyens pour le déplacer verticalement à vitesse constante, B) un calculateur, relié au pénétromètre, permettant l'acquisition et le traitement des valeurs expérimentales ainsi que la représentation graphique des résultats via une table traçante, éventuellement associée à une imprimante. C) des moyens de commande de calculateur à l'aide d'un algorythme comprenant les phases essentielles suivantes 1) mise en marche, 2) acquisition des données de force et de distance de pénétration ainsi que la détermination automatique du départ de la mesure au point de pénétration de l'aiguille dans le système polyphasique et la détermination automatique de fin de mesure lorsque l'aiguille touche le fond du récipient. 3) les différents calculs comprenant notamment - le calcul de la dérivée dF/dh de la courbe d'évolution de la force de pénétration F en fonction de la hauteur de pénétration (h). - le calcul, à partir de dF/dh, de la grandeur dF/dS de la variation de la force F en fonction de la surface S de la section immergée de l'aiguille, grandeur qui a la dimension d'un seuil d'écoulement. 4) la représentation graphique de la courbe dF/dS en fonction de la hauteur h. Par système polyphasique susceptible d'évoluer dans le temps vers une ségrégation de phase", on entend un système fluide qui peut être soit une dispersion dans un fluide, par exemple aqueux, cette dispersion pouvant selon la présentation des produits dispersés être une suspension, si les produits sont des particules solides ou une émulsion, si ces produits sont des particules liquides. Tous ces systèmes se rencontrent habituellement dans des domaines tels que les peintures, les produits de revêtement, les formulations pharmaceutiques ou agrochimiques. Ces compositions doivent au moment de leur emploi garder ou retrouver facilement une fluidité déterminée qui peut avoir disparu ou diminué du fait du stockage entre la fabrication et l'utilisation. Le premier élément du dispositif est un appareil dit pénétromètre de type en soi connu comprenant une sonde à aiguille, un capteur de force relié à cette sonde, un plateau porte échantillon portant un récipient par exemple un flacon contenant le système polyphasique et-des moyens pour le déplacer verticalement. Ce pénétromètre a deux caractéristiques particulières. D'une part la section de l'aiguille de la sonde est constante, d'autre part la vitesse de déplacement vertical du plateau porte échantillon est constante De manière préférée, la section de l'aiguille est cylindrique mais elle peut être également polygonale et avoir toute forme appropriée, pourvu que la section soit constante. Le second élément de dispositif selon l'invention est un calculateur en soi classique permettant l'acquisition et le traitement de valeurs expérimentales ainsi que la représentation graphique des résultats à l'aide d'une table traçante et d'une imprimante. Le dernier élément du dispositif selon l'invention comprend des moyens de commande du calculateur à l'aide d'un algorythme comprenant les phases essentielles décrites ci-dessus. La seconde phase comprend de manière classique l'acquisition des données de force et de distance de pénétration mais aussi la détermination automatique du départ de la mesure au point de pénétration de l'aiguille dans le système polyphasique, lorsque la force de résistance passe par une valeur négative par aspiration de l'aiguille due à l'énergie de surface de la surface libre du système polyphasique et la détermination automatique de fin de mesure lorsque l'extrémité de la sonde, touchant le fond du récipient, transfère au capteur une résistance supérieure à une valeur maximum prédéterminée. La troisième phase correspond aux différents calculs caractéristiques de l'invention mentionnés ci-dessus. Ces calculs sont basés sur l'utilisation de la courbe d'évolution de la force de pénétration en fonction de la hauteur de pénétration non pas telle quelle comme dans les procédés et dispositifs connus mais sous forme de la dérivée de cette courbe dF/dh elle-même transformée par le calcul de manière à faire apparaître la surface de la section immergée de l'aiguille (dS), de sorte qu'on obtient une grandeur dF/dS ayant la dimension d'un seuil d'écoulement. En choisissant une section de l'aiguille constante, la relation dF/dh devient alors simplement proportionnelle au seuil d'écoulement (dF/dS) et donc directement représentative de ce paramètre. La dernière phase de l'algorythme concerne la représentation graphique de la courbe dF/dS en fonction de sa hauteur h. Cette représentation du fait du choix de la fonction dF/dS permet une visualisation trés parlante de l'état de sédimentation du système polyphasique. De préférence la représentation graphique est normée de O à 100 % entre le point d'entrée dans le liquide et le fond du récipient. Selon un autre mode préféré, la représentation graphique est assortie d'un système de hachures dont la densité est proportionnelle à dF/dS et donc à la dureté de chaque tranche liquide élémentaire traversée par la sonde. L'exemple suivant est donné à titre non limitatif pour illustrer l'invention, en se référant aux figures I à 4 annexées. Sur la figure I est représentée schématiquement un appareil selon l'invention comprenant un pénétromètre 1 comprenant une sonde à aiguille cylindrique 2 de section constante, un capteur de force 3 relié àcette sonde, un flacon échantillon 4, contenant un système polyphasique 5, ici une suspension aqueuse concentrée d'une matière agrochimique, et porté par un support échantillon 4 ici un plateau 6, et des moyens 7 pour déplacer ce dernier verticalement à vitesse constante. Relié au pénétromètre se trouve un calculateur 8 permettant l'acquisition des valeurs expérimentales de la force de pénétration F et de la hauteur de pénétration h, le traitement mathématique permettant le calcul à chaque instant de la dérivée dF/dh puis le calcul, à partir de dF/dh, de dF/dS,, Sétant la surface immergée de l'aiguille de la sonde. En relation avec le calculateur se trouve une table traçante 9 et une imprimante 10. La Fig 2 représente une vue partielle du dispositif en cours de fonctionnement. Le mode opératoire est le suivant. On part de la position du plateau échantillon 6 représenté à la Fig 1. Les appareils sont branchés et l'imprimante alimentée en papier. Le plateau porte échantillon monte lentement à vitesse constante de l'ordre de 15 mm/mn. Dans un premier temps l'extrémité de l'aiguille de la sonde n'est pas en contact avec la surface de la suspension concentrée et il n'y a donc aucun enregistrement. Au voisinage immédiat de la surface le liquide est aspiré par capillarité, ce qui entraine trés momentanément une force de pénétration négative.Le calculateur est programmé de manière à utiliser ce phénomène précis et trés court pour déclencher l'enregistrement des paramètres sur la table traçante de sorte que le début de la courbe se déclenche automatiquement sans préparation et surveillance spéciale de l'opération. Ensuite la courbe dF/dS, dans laquelle S est la surface immergée de l'aiguille de la sonde, se développe au fur et à mesure de la pénétration de l'aiguille dans la suspension. Lorsque l'aiguille atteint le fond du flacon, la courbe est arrêtée automatiquement. Cette courbe se retrouve ensuite imprimée. La fig 3 représente de manière comparative sur des axes de coordonnées x/y l'allure d'une courbe de représentation classique (A) de la force de pénétration F en fonction de la hauteur de pénétration (h) rapportée de O à 100, 0 correspondant au contact de l'aiguille avec la suspension et 100 correspondant au fond du flacon. La courbe est sensiblement linéaire avec des changements de pente peu perceptibles. Sur les mêmes-repères orthonormés est représentée une courbe selon 1 invention (B) correspondant à la variation de la fonction dF/ds en fonction de la hauteur. Cette fonction de la même dimension (dynes/cm2 ) qu'un seuil d'écoulement. La courbe révèle trois phases distinctes, la première avec une pente rapide correspondant à une pénétration facile dans une phase claire, puis une phase plus dense où il y a évolution autour d'une valeur moyenne correspondant à une dispersion plus concentrée, enfin une augmentation brutale correspondant au fond très sédimenté de la suspension. On a donc ici une observation à la fois beaucoup plus fine que pour la courbe A et une visualisation permettant une analyse beaucoup plus facile du comportement du système polyphasique. La Fig 4 représente une autre forme d'enregistrement graphique qui inclue à la fois la représentation du récipient contenant l'échantillon et une traduction des résultats en hachures d'autant plus serrées que le système s'oppose à la pénétration, ce qui améliore encore considérablement la lisibilité du comportement de ce système. avm wvE 1) Dispositif de mesure et de visualisation de l'état de sédimentation d'un système polyphasique (4) susceptible d'évoluer dans le temps vers une ségrégation de phases par sondage progressif de chaque tranche liquide depuis la surface libre jusqu'au fond du récipient (5) contenant le système polyphasique caractérisé en ce qu'il comprend A) un pénétromètre (1) comprenant 1) une sonde à aiguille (2) de section constante, 2) un capteur de force (3) relié à cette sonde, 3) un support porte échantillon (6) et des moyens (7) pour le déplacer verticalement à vitesse constante, B) un calculateur (8), relié au pénétromètre (1), permettant l'acquisition et le traitement des valeurs expérimentales ainsi que la représentation graphique des résultats via une table traçante (9), et une imprimante (10). C) des moyens de commande de calculateur à l'aide d'un algorythme comprenant les phases essentielles suivantes 1) mise en marche, 2) acquisition des données de force et de distance de pénétration ainsi que la détermination automatique du départ de la mesure au point de pénétration de l'aiguille dans le système polyphasique (4), lorsque la force de résistance passe par une valeur négative par aspiration de l'aiguille due à l'énergie de surface de la surface libre du système polyphasique (4) et la détermination automatique de fin de mesure lorsque l'extrémité de la sonde (2), touchant le fond du récipient (5), transfère au capteur (3) une résistance supérieure à une valeur maximum prédéterminée. 3) les différents calculs comprenant notamment - le calcul de la dérivée dF/dh de la courbe d'évolution de la force de pénétration F en fonction de la hauteur de pénétration (h). - le calcul à partir de dF/dh, de la grandeur dF/dS de la variation de la force F en fonction de la surface immergée de l'aiguille, grandeur qui a la dimension d'un seuil d'écoulement. 4) la représentation graphique de la courbe dF/ds en fonction de la hauteur h. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'aiguille de la sonde (2) a une forme cylindrique 3) Dispositif selon l'une des revendication 1 et 2, caractérisé en ce que la représentation graphique est normée de O à 100 % entre le point d'entrée dans le liquide et le fond du récipient. 4) Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la représentation graphique est assortie d'un système de hachures dont la densité est proportionnelle à dF/dS et donc à la dureté de chaque tranche liquide élémentaire traversée par la sonde. 5) Dispositif selon l'une des revendication 1 à 4 caractérisé en ce que le système polyphasique (4) est une dispersion après stockage. 6) Dispositif selon la revendication 5 caractérise en ce que la dispersion est une suspension. 7) Dispositif selon la revendication 5 caractérise en ce que la dispersion est une émulsion. 8) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le système polyphasique (4) est une solution colloïdale.