Brevet FR2664383A1 — publié le 19920110

INDICATEUR VISUEL DE FRANCHISSEMENT D'UNE TEMPERATURE L'invention concerne les techniques de détection à posteriori du passage dans un domaine de température déterminé. Dans de nombreux domaines techniques, spécialement dans ceux qui concernent le vivant, il est important de pouvoir vérifier à tout moment ou à la fin d'une phase de traitement, q'un seuil de température souhaité a bien été atteint ou au contraire, qu'une limite interdite n'a pas été franchie. C'est le cas, par exemple, avec les aliments congelés dont on veut être sûr qu'ils n'ont pas subi de remontée de température qui aurait permis le développement de germes pathogènes. De même, dans les techniques de stérilisation par l'élévation de la température. I1 s'agit alors de vérifier que l'opération s'est déroulée correctement. I1 existe des moyens "lourds" pour répondre à cette problématique. On peut par exemple mesurer en permanence la température et inscrire toutes les valeurs grace à un enregistreur. Le dépouillement de tous les enregistrements permettra la vévi- fication postérieure. On connait également les indicateurs optiques de température qui ont la forme de pastilles à coller sur les objets et qui changent de couleur lorsqu'ils atteignent une température définie. Des disposotifs mécaniques compliqués qui utilisent le principe des bilames ou bien des ressorts fabriqués dans des alliages à mémoire de forme ont également été proposés. Mais tous ces systèmes ont leurs limites, ou bien ils sont - comme on l'a dit - lourds et donc chers de mise en oeuvre Ou bien ils ne peuvent être utilisés qu'une seule fois ou bien encore, en ce qui concerne les indicateurs mécaniques, bien que précis, ils sont compliqués et fragiles. L'invention se donne pour tache de fournir une technique de détection à posteriori du passage d'un objet par une tempé---rature prédéterminée qui soit simple, fiable, bon marché et éventuellement réversible. Des moyens existants pour répondre au problème posé, on a déjà énuméré un certain nombre. On examinera ici plus en détail les pastilles colorées et les indicateurs mécaniques utilisant les bilames ou les alliages à mémoire de forme qui constituent les seules réponses vraiment spécifiques au problème posé. Les pastilles colorées sont des petites surfaces constituées d'une sorte de papier autocollant. Chaque pastille correspond-à une température définie, c'est-à-dire que son aspect changera lors de son passage par la température en question. Si l'on désire contrôler qu'une étape thermique à bien été franchie, on place la pastille correspondant à cette température sur l'objet dont on veut pouvoir contrôler l'histoire thermique. A la fin de l'opéra- tion, on vérifie si la pastille a viré ce qui indique que la température fatidique a bien été franchie ou bien son aspect est resté le même et l'on sait alors que la température de ltob- jet est restée inférieure au seuil critique.De telles pastilles sont très utilisées car elles sont simples à mettre en oeuvre mais elles sont d'un emploi délicat pour les températures de virage relativement basses comme par exemple, inférieures à': a + 3O0c. I1 est en effet impératif qu'elles soient stockées à des températures sensiblement inférieures pour éviter &commat; ut risque de destruction. De tels systèmes sont en conséquence inadaptés à toute une gamme d'applications. C'est le cas en particulier du contrôle des produits cqngelés. Les systèmes mécaniques qui utilisent le phénomène de bilames sont classiques. La déformation de la lame au delà de la température de consigne déclenche un mécanisme commandé par un ressort, mécanisme qui reste enclenché même si le bilame revint à sa position première. Pour pouvoir réutiliser le dispositif, il faudra alors procéder à son réarmement. Un autre système mécanique utilise un autre principe, celui des alliages métalliques à mémoire de forme. Un ressort fait de cette matière et qui a été "éduqué" est réversible en fonction de la température, son comportement est alors tout à fait ifiden- tique à celui d'un bilame. Un dispositif particulier avec un ressort en alliage à mémoire de forme (AMF) a été développé. Sans se réarmer automatiquement, il permet cependant de répérer plusieurs déclenchements successifs. Dans ce dispositif, un ressort en AMF est rétracté en-dessous de la température de consigne et expansé au-dessus. I1 agit sur un poussoir pour faire passer une bille d'un compartiment dans un autre chaque fois qu'il franchit la limite entre les basses et les hautes températures. C'est le dénombrement des billes dans chaque compartiment qui permet de savoir si le détecteur a fonctionné ou non.En dehors de la première fois où le dispositif a fonctionné (dans ce cas, l'indication est indubitable) il est nécessaire d'avoir noté l'état du dispositif avant usage pour savoir si le détecteur a fonctionné ou non : l'utilisation de ce dispositif n'est pratique que la première fois mais, pour un usage unique, ce type de détecteur est très cher ! L'invention propose un procédé de contrôle a posteriori du passage d'un corps par une température déterminée dans lequel on utilise un alliage à mémoire de forme qu'on déforme sous contrainte à basse température pour donner à l'objet qui le comporte une forme caractéristique, forme qu'il perd lorsque l'alliage effectue la transition martensite-austénite, pour retrouver sa forme mémorisée.Dans une variante du procédé, l'objet est constitué exclusivement d'alliage à mémoire de forme, par exemple en un fil ou enus feuillard. Dans ces derniers cas, la forme de l'état martensite peut être avantageusement donnée par un outil en forme de pince. Dans une autre variante du procédé, l'alliage à mémoire de forme constitue l'armature métallique d'un objet malléable qui prend successivement deux formes signifiantes l'une comme l'autre. L'invention concerne aussi un dispositif utilisant un alliage à mémoire de forme pour détecter le passage d'un corps par une température déterminée et dont I'aspect est donné par l'alliage. Celui-ci a à l'état martensitique une forme imposée et retrouve à l'état austénitique une forme mémorisée. Le dispo sitif est par exemple constitué d'un signe fil ou d'un simple feuillard ou d'objet malléable dont l'ar-ntureXqui est en alliage à mémoire de forme/donne à l'objet successivement-deux formes, l'une et l'autre signifiantes. La description et les figures qui suivent permettront d'illustrer le fonctionnement de la méthode et du dispositif de l'invention. La figure 1 représente les deux objets constitués uniquement d'un alliage à mémoire de forme selon l'invention. La figure 2 représente un deuxième exemple de réalisation. La figure 3 représente un outil destiné à mettre en oeuvre la méthode de l'invention. La figure 4 montre un objet malléable dont l'armature est faite d'un alliage à mémoire de forme. Les alliages à mémoire de forme (AMF) sont bien connus; ce sont des mélanges, en général ternaires o quaternaires de métaux - qui peuvent se présenter sous deux phases cristallines stables, voisines mais différentes. Lorsque les AMw franchissent une zone de température dite zone de transition, ils se transforment d'une structure dans l'autre. A basse température on parle de forme martensitique et au-dessuS du domaine de transition, de forme austénitique. Le phénomène de mémoire de forme se présente de la manière suivante: a très haute température - bien au-dessus de la température de transition, on donne une certaine forme (A)1t à un objet fait d'AMF.Si l'on refroidit l'objet pour obtenirl'état martensitique, il garde la forme qui lui a été donnée. Mais il est malléable et peut acquérir sous contrainte une autre forme, la forme (B) qu'il gardera tant qu'il restera à l'état de martensite. Si la température s'élève à nouveau, lors du passage par la température de transition, 1'AF prend l'état austénitique et retrouve la mémoire de sa forme antér eure. L'objet retrouve ainsi la forme qui lui avait été donnée naute température et qu'il avait mémorisée. Et si dans la suive, aucune nouvelle contrainte ne lui est appliquée, il ne quirera plus cette forme stable quelle que soit la température à luelle il est soumis. Cependant si on applique de nouveau à basse température une contrainte pour déformer l'objet lorsqu'il est dans l'état martensitique, tout recommencera de la manière qui vient d'être décrite: la mémoire reviendra dès que la zone de transition sera atteinte et la forme intrinsèque de l'objet sera retrouvee. C'est le phénomène physique précédent, bien connu, que l'invention exploite pour créer des dispositifs indicateurs destinés à vérifier qiie l'histoire thermique d'une matière déterminée a bien été celle qu'on avait programmée. Ainsi, si dans un hôpital, on désire effectuer la stérilisation d'instruments chirurgicaux, on les introduit dans un sachet fait d'un film plastique qu'on scelle hermétiquement. Le sachet est ensuite porté à une température élevée, sèche ou humide selon les cas mais suffisante pour détruire les germes existant sur les instruments. Lors de ces stérilisation, ondésire vérifier qu'au tours du chauffage, aucun incident defonctionnement de l'étuve n'a empêché les objets d'être portés à la température voulue. Selon l'invention, onutilisera pour cette vérification un objet d'AMF identique par exemple à celui repéré 1 sur la figure 1. Il est constitué d'une tôle dont la forme mémorisée 2 est relativement plate. La température de transition martensite - austénite de l'alliage en question, est par exemple de 120oC. Ala température ambiante du laboratoire, on donne à cette tôle la forme ondulée 1 représentée figure 1. L'objet est introduit avec les instruments chirurgicaux dans le sachet de plastique. Si à la fin de la sté- rilisation, l'objet n'a pas retrouvé sa forme plate 2, c'est que.'i la stérilisation n'a pas été complète. De tels objets, de tôle d'AMF ondulée peuvent être disponibles-en grand nombre au laboratoire et être reformés après usage à l'atelier ou chez le fabricant. Une autre forme de réalisation de l'invention est représentée figure 2. On y voit des fils en AMF dont la forme est, ici aussi, très simple dans leur état austénitique: un segment de droite ou de cercle de grand rayon par exemple. Lorsque l'AMF est dans son état martensitique on lui donne sous contrainte une forme plus compliquée(3,5) par exemple un V ou une boucle. Le retour de l'objet à sa forme la plus simplet4,6)témoignera de son passage au-dessus de la température de transition. Pour obtenir la forme basse température sous contrainte, on utilise des outils adaptés. La figure 3 montre une pince spéciale qui permet de couder un fil en AMF comme le fil 3 de la figure 2, d'une manière parfaitement définie qui lui donnera une forme standard. Il s'agit d'une pince 7 dont l'un des mors 8 est constitué d'une cavité 9. La forme obtenue est ainsi parfaitement définie, bien repérable et très différente de la forme rectiligne ou légèrment et régulièrement cintrée de l'état austénitique. La figure 4 présente une autre forme de réalisation de l'invention. On y voit un personnage 12 constitué d'un élastomère à module d'élasticité relativement faible de telle manière qu'à la température de transition, il prenne aisément la forme q'on souhaite. On voit en 13 l'armature constituée d'un fil fait d'un alliage à mémoire de forme. A basse température, le fil est contraint pour avoir la forme d' un V, 14. Lorsque l'alliage passera de l'état martensitique à l'état austénitique, le fil reprendra sa forme rectiligne 15 et le personnage adoptera une attitude tout différente. Il s'agit ici d'un exemple, les formes signifiantes de départ et d'arrivée pourraient être des lettres ou des graphismes (OK qui se transforme en SOS par exemple). L'exemple qui suit va montrer comment l'invention peut être mise en oeuvre dans le cas de l'industrie des aliments surgelés. EXEMPLE Lors de la fabrication d'un aliment surgelé, donc au moment de la congélation, on introduit dans une pochette transparente -, collée à la surface de l'emballage du produit un fil d'AMF-martensite en forme de boucle comme 5 sur la figure 2. Il s'agit là d'un objet petit, léger, simple à réaliser sur des machines et qui a donc un prix de revient extrêmement réduit. La seule précaution à prendre est de le garder à basse température avant usage. Au cours de la vie du produit jusqu'à son utilisation par le client final, les occasions sont nombreuses de voir le produit remonter jusqu'à des températures voisines de OOC, là où le risque de développement de gènes pathogènes devient grand.Les manipulations du produit sont nombreuses: ce sont par exemple le transfert d'un entrepôt de l'usine de fabrication à un camion, l'introduction dans une chambre froide de stockage, le transport en camionette, l'introduction dans le congélateur du détaillant puis enfin l'achat par le client final, le transport à son domicile et l'ultime stockage avant consommation. A chacune de ces étapes, on pourra vérifier, grâce au dispositif de l'invention que lthistoire~thermique du produit ne lui a pas été préjudiciable. En effet, si l'alliage dont est constitué la boucle témoin a une température de transition de par exemple, -50C, on sera sûr, dans la mesure où la forme est restée celle d'une boucle, que rien d'anormal ne s'est produit. On voit ainsi que la techique de l'invention, grâce à sa grande simplicité, à son coût réduit, grâce à l'absence d'ambigüité des indications fournies constitue un progrès très utile aussi bien pour les médecins ou le personnel des hôpitaux que pour les industriels de l'agro-alimentaire et même le grand public. Les deux applications précédentes ne constituent que des exemples mais l'invention s'applique à bien d'autres domaines, tous ceux où il faut vérifier une histoire thermique avec une transition froid-chaud. Ce sera ainsi le cas dans la conservation des fruits, des vaccins, des vins fins, dans les banques du sperme, dans le stockage des produits chimiques sensibles, des films photographiques. etc... REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle a posterioridu passage d'un corps par une température déterminée dans lequel on utilise un alliage à mémoire de forme caractérisé en ce qu'on donne à basse température une forme caractéristique à un objet en déformant sous contrainte l'alliage à mémoire de forme qu'il comporte, forme qu'il perd quand l'alliage effectue la transition martensite-austénite pour retrouver sa forme mémorisée. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'objet est constitué exclusivement d'alliage à mémoire de forme. 3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'objet est un fil. 4. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'objet est un feuillard. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la forme de l'état martensite est donnée par un outil en forme de pince. 6. Procédé selon la revendication 1caractérisé en ce que l'alliage à mémoire de forme constitue l'armature métallique d'un objet malléable qui prend successivement deux formes, signifiantes l'une comme l'autre. 7. Dispositif utilisant un alliage à mémoire de forme pour détecter le passage d'un corps par une température déterminée > } caractérisé en ce que son aspect lui est donné par l'alliage qui a à l'état martensitique une forme imposée et qui retrouve à l'état austénitique une forme mémorisée. 8. Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que il est constitué d'un fil qui passe d'une forme imposée à une forme mémorisée. 9. Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que il est constitué d'un feuillard qui passe d'une forme imposée a une forme mémorise. 10. Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que l'alliage à mémoire de forme constitue l'armature d'un objet malléable auquel il donne successivement deux formes qui sont signifiantes l'une comme l'autre.