Brevet FR2726653A1 — publié le 19960510

La présente invention concerne le domaine des dispositifs pour la collecte ou la distribution d'échantillons liquides. De tels appareils, communément appelés collecteurs d'échantillons, ou échantillonneurs, permettent de répartir dans des godets, différentes fractions d'un liquide, provenant généralement d'une même origine. Il peut s'agir, par exemple, de la collecte, à des intervalles de temps prédéfinis, d'une eau naturelle, d'effluents sortant d'une installation (pour la surveillance de la pollution), de fractions de sortie d'une unité pilote, du type colonne d'adsorption, colonne échangeuse d'ions, réacteur, etc... Le nombre souvent élevé des échantillons et la durée totale de leur prélèvement imposent pour le personnel l'utilisation d'un dispositif automatique de collecte de ces fractions. Les appareils actuels comportent principalement deux parties : l'une fixe et l'autre mobile, et se classent en deux catégories Dans les appareils de la première catégorie, les godets sont regroupés sur des plateaux fixes de formes variées, par exemple carrée ou rectangulaire, et le système de répartition des échantillons est associé à un bras mobile au-dessus de ces godets. Ces appareils, appelés distributeurs XY car le bras doit être mobile dans deux directions (selon l'abscisse et l'ordonnée), requièrent une double motorisation pour le déplacement de ce bras. Dans les appareils de la seconde catégorie, la partie fixe supporte le moyen de répartition des échantillons et le plateau garni de godets est mobile (type carrousel). Le dit plateau, circulaire, en rotation autour d'un axe central, permet de présenter tour à tour chaque godet au-dessous du moyen de répartition du liquide. Les appareils de cette dernière catégorie présentent l'inconvénient majeur d'être limités en nombre de godets utilisables : en effet, ceux-ci ne peuvent être disposés qu'en une seule rangée, à la périphérie du plateau circulaire. En raison de leur complexité, tous les appareils actuels sont en outre très coûteux. Le dispositif pour la collecte ou la distribution d'échantillons liquides selon la présente invention, appartient aux appareils de la seconde catégorie, c'est-à-dire du type comprenant une partie mobile et une partie fixe, telles que la partie mobile est constituée d'un plateau horizontal circulaire en rotation, muni d'une rangée d'alvéoles garnies de godets destinés à recevoir les échantillons liquides et la partie fixe supporte un moyen de répartition des dits échantillons situé au-dessus de la rangée de godets. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que la rangée d'alvéoles du plateau est disposée le long d'une rainure en forme de spirale creusée dans le dit plateau, et en ce qu'un chariot, coulissant sur un rail fixe situé au-dessus du plateau comporte au moins les trois éléments suivants - le moyen de répartition des échantillons, - un moyen de détection de la présence d'un godet et - un doigt de guidage qui, par son glissement dans ladite rainure lors de la rotation du plateau, impose le déplacement dudit chariot sur les rails. La forme en spirale de la rangée d'alvéoles permet d'augmenter considérablement le nombre des godets (au moins deux ou trois fois) par rapport à la rangée circulaire des appareils connus. En outre, le dispositif selon l'invention présente l'avantage de n'être mu que par un seul moteur, celui qui fait tourner le plateau ; en effet, le chariot qui supporte le moyen de répartition des échantillons se déplace avantageusement sur un rail rectiligne situé au-dessus du plateau, selon son diamètre, ce déplacement étant imposé par le doigt de guidage glissant dans la rainure en spirale. L'originalité du dispositif selon l'invention réside donc principalement dans un double mouvement : d'une part, des godets selon une spirale, d'autre part du chariot de façon rectiligne, grâce à un moteur unique. Le dit chariot, donc le moyen de répartition, se trouve toujours au-dessus de la rangée de godets, quelque soit la position du plateau. Les extrémités de la rainure dans laquelle glisse le doigt de guidage sont terminées par des butées destinées à arrêter le déplacement de ce doigt. Elle peuvent stopper le doigt lui-même ou le chariot si celui-ci est muni sur ses parois latérales de détecteurs dits de "fin de course". Le chariot supporte un moyen de détection de la présence d'un godet qui est, de manière préférée, une cellule photo-électrique. Si les godets sont par exemple de couleur claire ou recouverts d'une matière réfléchissant les rayons lumineux, le rayon émis par le dispositif photoélectrique est renvoyé au moins en partie, et capté par la cellule se trouvant du même côté que l'émetteur. Un tel détecteur libère de l'obligation de mettre en mémoire les positions de l'ensemble des godets, ce qui existe dans les appareils classiques. De manière avantageuse, le moyen de répartition des échantillons est constitué d'un capillaire relié à une électrovanne qui commande l'arrivée du liquide à répartir. Le chariot peut également supporter un émetteur-détecteur tel qu'un émetteur-détecteur UV et/ou visible ou de fluorescence ou infra-rouge,... mesurant l'absorbance de l'échantillon liquide contenu dans chaque godet. L'ensemble de ce dispositif mécanique est relié à un module de commande des différents éléments, à savoir : le moteur qui fait tourner le plateau jusqu'à ce qu'un godet se trouve en face de la cellule photoélectrique et l'électrovanne qui gère l'ouverture ou la fermeture du capillaire d'arrivée du liquide. L'ensemble permet de programmer le volume des fractions dans chaque godet, la fréquence et le nombre des prélèvements, etc... Le dispositif selon l'invention est utilisé soit comme collecteur, s'il s'agit de recueillir différentes fractions d'un liquide, par exemple en vue de leur analyse, soit comme distributeur, s'il s'agit d'introduire dans chaque godet une quantité prédéfinie d'un réactif. Bien entendu, ces deux fonctions peuvent être utilisées successivement, par exemple en ajoutant un réactif à des fractions liquides déjà réparties dans les godets. La forme des alvéoles est de préférence circulaire. Les dites alvéoles consistent, de manière avantageuse, en des orifices percés dans le plateau ; la partie inférieure des godets (ou flacons, ou tubes) entrant dans ces alvéoles peut dépasser au-dessous du plateau, ceci permettant la collecte d'un plus grand volume d'échantillons, sans gêner le déplacement du chariot au-dessus dudit plateau. Le volume des godets réceptacles peut avantageusement varier entre quelques dixièmes et quelques dizaines ou centaines de millilitres. Le rail de soutien et de coulissement du chariot peut être constitué d'une pièce transversale unique, ou de plusieurs tiges (par exemple deux) parallèles, s'étendant au-dessus du plateau selon son diamètre et dont les extrémités sont fixées, de part et d'autre du plateau sur des éléments de la partie fixe de l'appareil. On voit donc que le dispositif selon l'invention est de conception plus simple que les échantillonneurs classiques ; en effet, il ne requiert qu'un moteur unique pour assurer l'ensemble des déplacements des godets du plateau et des moyens de détection et de distribution. L'échantillonnage en laboratoire d'effluents de colonnes de traitement (filtration, adsorption, échange d'ions, réacteurs biologiques...) constitue un champ d'application privilégié de ce type de collecteur. Son utilisation peut être étendue à des procédés industriels, c'est-à-dire à des débits plus importants, par branchement du capillaire sur une dérivation de l'effluent par exemple. Ce même dispositif s'applique aussi à la distribution de réactifs dans une série de tubes ou flacons, en vue d'une analyse ultérieure. La présence d'un système de repérage de la position des godets permet également son utilisation comme passeur d'échantillons (positionnement d'électrode plongeant dans chaque godet et aspiration vers une cellule de spectrophotomètre par exemple...). L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques de celle-ci seront mises en évidence à l'aide de la description qui suit, en référence aux dessins schématiques annexés, illustrant, à titre d'exemple non limitatif, comment l'invention peut être réalisée et dans lesquels la figure 1 montre une vue générale du dispositif selon l'invention, les figures 2 et 3 sont respectivement une vue de dessus et de côté de ce dispositif, et la figure 4 présente une vue de 3/4 détaillant les divers éléments du chariot. Le dispositif (1) selon l'invention tel que représenté à la figure 1 se décompose en deux parties : l'une fixe (2) et l'autre mobile (3). La partie fixe consiste en un cadre formé de deux plans en PVC carrés, horizontaux, de 500 mm de côté. Le plan inférieur (4) sert de base à l'ensemble du dispositif (1), il est surmonté de quatre pieds (5) de 50 mm de haut, supportant le plan supérieur (6), également carré, mais dont la partie centrale est évidée en forme d'un cercle de 400 mm de diamètre. En son centre, est disposé un plateau (7) circulaire, formant la partie mobile (3) du dispositif (1). Ce plateau (7), présenté de manière plus détaillée aux figures 2 et 3, est amené à tourner selon son axe central (8), grâce à un moteur (13) fixé sur un socle (14). Des roulements (non représentés) du type roulements à billes, placés sur des taquets (9) fixés sous le plan supérieur (6), servent à la fois à soutenir le plateau (7) et à le maintenir horizontal. Le moteur (13) est alimenté en 12 volts ; il développe un fort couple moteur et tourne à faible vitesse (1 à 10 tour par minute). Dans l'exemple présenté sur les figures 1, 2 et 3, le plateau (7) est situé dans le même plan que le plan supérieur (6) de la partie fixe (2), mais il peut, sans inconvénient, être positionné à un niveau supérieur ou inférieur à ce plan (6). Comme représenté sur la figure 2, le plateau (7) est muni d'une rangée d'alvéoles (10) destinées à recevoir les godets en polyéthylène (11) ; elles sont disposées le long d'une rainure (12) en forme de spirale creusée dans ledit plateau. Cette rainure (12) part d'un point situé à proximité de la périphérie du plateau (7) et s'enroule en spirale, régulièrement, autour de l'axe (8) ; la profondeur et la largeur de ce sillon sont d'environ un centimètre. La longueur d'une telle rangée d'alvéoles, disposée donc elle aussi en spirale à quelques centimètres de la rainure, permet d'augmenter (presque tripler) le nombre de godets utilisables, par rapport aux plateaux circulaires classiques : le plateau peut ici contenir plus de 130 godets. Les alvéoles (10) sont ici circulaires et les godets (11) cylindriques sont munis d'un épaulement pour les maintenir en place. Une telle forme facilite en outre leur empilement lorsqu'ils sont inutilisés. La partie fixe (2) du dispositif (1) selon l'invention supporte un rail (15) formé de deux tiges d'acier (16) parallèles, attachées à leurs extrémités à deux supports (27) fixés sur le plan supérieur (6) du cadre. Ce rail (15) est disposé selon un diamètre du plateau (7), correspondant à une diagonale du plan carré (6). Il est fixe, et surmonte le plateau (7) d'environ 5 centimètres. Ce dit rail (15) sert de support à un chariot (17), dont le schéma détaillé est présenté en figure 4. Le chariot est apte à coulisser sur deux tiges (16) grâce à deux orifices (19) parallèles percés dans le corps du chariot (18). Ce corps de chariot (18) supporte lui-même au moins trois éléments - un moyen de répartition des échantillons, - un moyen de détection de la présence d'un godet, - et un doigt de guidage. Le moyen de répartition des échantillons consiste en un capillaire (20), recourbé, dont la partie inférieure est située au-dessus d'un godet (11), à quelques millimètres de son ouverture supérieure et dont la partie supérieure est raccordée, après avoir traversé une électrovanne (22), à l'arrivée (21) du liquide à collecter ou à répartir dans les godets (11). Le corps du chariot (18) supporte donc le tube capillaire (20) et l'électrovanne (22) du type électrovanne à pincement de tube. La situation de l'électrovanne (22) à proximité immédiate du point de répartition de l'échantillon permet de réduire les volumes morts : ils sont ici d'environ 100 à 150 pl seulement. Le corps du chariot (18) supporte également dans sa partie inférieure, une cellule photo-électrique (23) qui détecte la présence d'un godet, grâce à une réflexion sur la surface du godet (11). La distance entre la cellule (23) et la paroi externe du godet (11) est d'environ 5 millimètres ; en effet, si cette distance est trop faible, la cellule ne peut pas fonctionner et si celle-ci est trop importante, des réflexions parasites viennent perturber le détecteur. En outre, un doigt de guidage (24) est accroché au-dessous du corps du chariot (18) : il est formé d'une partie sphérique surmontée d'un cylindre vertical. C'est l'extrémité sphérique (de diamètre inférieur à 1 cm) qui loge dans la rainure (12) spiralée du plateau (7) et qui glisse dans cette rainure quand le plateau est en rotation. Ledit doigt (24) solidaire du chariot (17) impose alors le glissement de ce dernier sur son rail (15). Le chariot, et par conséquent aussi la cellule photo-électrique (23) et le capillaire (20), "suivent" ainsi la rangée de godets, l'ensemble étant mis en mouvement par la seule action du moteur rotatif (13). Le dispositif selon l'invention ne requiert donc qu'un moteur unique (13) pour assurer les déplacements des godets du plateau et ses moyens de distribution et de détection. La rainure (12) est munie, à chacune de ses extrémités de butées (25) qui entrent en contact avec des capteurs (26), dits de 'fin de course", placés sur les parties latérales du corps du chariot, lorsque le doigt a parcouru la totalité de ladite rainure. Le fonctionnement du dispositif de collecte ou de distribution selon l'invention est illustré ci-après par deux exemples, l'un en mode 'préleveur" ou "collecteur", c'est-à-dire que l'on récolte dans les godets l'effluent de sortie d'un réacteur, d'une colonne d'expérimentation, etc, en vue de l'analyse des différentes fractions et l'autre en mode "distributeur", consistant plutôt à remplir les godets d'une même solution, par exemple d'un réactif, en vue d'un dosage précis. Exemple 1 : mode collecteur La solution collectée est issue d'une colonne échangeuse d'ions. La première étape consiste à purger le circuit, c'est-à-dire à faire passer durant un certain temps, une partie de la solution pour rincer le capillaire et le tuyau d'arrivée : un godet, numéroté 0, sert de réceptacle au liquide de rinçage. La seconde étape consiste à déterminer le temps d'ouverture de l'électrovanne : le moteur déclenche la rotation du plateau : quand la cellule photo-électrique détecte un godet, la rotation s'arrête : le capillaire est alors au-dessus d'un nouveau godet. L'électrovanne est actionnée puis fermée manuellement par l'opérateur pendant une durée correspondant au remplissage requis du godet. Cette durée de remplissage est alors affichée sur le module de commande et sert à fixer les durées d'ouverture de l'électrovanne pour toutes les séquences ultérieures programmées. Pour chaque séquence numérotée, on détermine le nombre de pas (déplacement du capillaire d'un godet à un autre) et la durée de ce pas, c'est-à-dire l'intervalle de temps compris entre deux prélèvements ; le temps moyen d'ouverture de l'électrovanne ne doit pas être négligé dans le cas de prélèvements très rapprochés (exemple : cas de cinétiques rapides). L'affichage des temps peut être en minutes ou en secondes. Chaque séquence est programmée. Exemple 2 : mode distributeur Le liquide d'arrivée est dans ce cas un réactif amené à l'électrovanne par une pompe. La première étape consiste aussi à purger le circuit avec cette solution, rejetée dans le godet numéro zéro. La seconde étape consiste à étalonner le débit de la pompe : le capillaire distributeur est amené au-dessus d'un godet préalablement taré, l'électrovanne est ouverte pour délivrer la solution pendant un temps donné (20 secondes par exemple). Ce débit est mis en mémoire, pour déterminer la durée d'ouverture de l'électrovanne en fonction des volumes de réactif choisis : volumes identiques pour un dosage, ou volumes variables (croissants) pour la réalisation d'un étalonnage. Chaque séquence programmée comprendra donc le nombre de godets choisis et le volume de réactif que l'on veut distribuer. REVENDICATIONS 1) Dispositif (1) pour la collecte ou la distribution d'échantillons liquides, notamment du type comportant une partie mobile et une partie fixe, telles que la partie mobile (3) est constituée d'un plateau horizontal (7) circulaire, en rotation, muni d'une rangée d'alvéoles (10) garnies de godets (11) destinées à recevoir les échantillons liquides et la partie fixe (2) supporte un moyen de répartition des dits échantillons, situé au-dessus de la rangée de godets, caractérisé en ce que la rangée d'alvéoles (10) du plateau (7) est disposée le long d'une rainure (12) en forme de spirale creusée dans ledit plateau (7) et en ce qu'un chariot (17) coulissant sur un rail (15) fixe situé au-dessus du plateau comporte au moins les trois éléments suivants - le moyen de répartition des échantillons, - un moyen de détection de la présence d'un godet (11) et - un doigt de guidage (24) qui, par son glissement dans ladite rainure lors de la rotation du plateau (7), impose le déplacement dudit chariot (17) sur le rail (15). 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les extrémités de la rainure (12) sont terminées par des butées (25) destinées à arrêter le déplacement du doigt de guidage (24). 3) Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen de détection est une cellule photo-électrique (23). 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moyen de répartition des échantillons est constitué d'un capillaire (20) relié à une électrovanne (22) qui commande l'arrivée (21) du liquide à répartir. 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le chariot supporte également un émetteur-détecteur UV/visible mesurant l'absorbance de l'échantillon liquide contenu dans chaque godet. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le chariot supporte un émetteur-détecteur de fluorescence mesurant l'absorbance de l'échantillon liquide contenu dans chaque godet. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le chariot supporte un émetteur-détecteur infra-rouge mesurant l'absorbance de l'échantillon liquide contenu dans chaque godet.