Brevet FR2741444A1 — publié le 19970523

PROCEDE ET DISPOSITIF DE MESURE DE TENSION SUPERFICIELLE D'UNE COMPOSITION LIQUIDE DANS UN RIDEAU L'invention concerne un procédé et un appareil pour mesurer la tension superficielle dynamique d'une composition liquide s'écoulant sous la forme d'un rideau sensiblement vertical, et concerne en particulier la mesure de tension superficielle dynamique des compositions photographiques. Typiquement, un appareil d'enduction au rideau comprend un système d'alimentation duquel s'écoule une composition photographique sous forme d'au moins une couche. A titre d'exemple, le système d'alimentation comporte une ou plusieurs fentes à partir desquelles s'écoulent une pluralité de couches qui se superposent sur un plan d'écoulement légèrement incliné avant d'atteindre une lèvre au niveau de laquelle la composition liquide quitte le dispositif d'enduction pour former un rideau sensiblement vertical et se déposer sur un support en mouvement, entraîné par exemple au moyen d'un cylindre approprié. I1 existe diverses méthodes pour mesurer la tension superficielle du liquide dans le rideau. Parmi les plus connues on citera celle dite de "mesure de l'angle de Mach" consistant a introduire dans le rideau une tige de diamètre égal à 0.32 cm, de façon à perturber le rideau en créant une onde stationnaire se présentant sous la forme d'un V inversé (par rapport au sens de l'écoulement dans le rideau. On mesure alors l'angle entre la tangente en n'importe quel point de l'onde stationnaire par rapport à la verticale, directement à partir d'une photographie de l'onde, ou à partir de la projection de la photographie sur un écran. Le principe de la mesure est illustré à la Figure 1. Le liquide est maintenu sous forme d'un rideau 9 grâce à des guides de bords 2, 3.Un obstacle 11 est introduit dans le rideau de manière à le perturber. le point d'introduction de l'obstacle coïncide sensiblement avec le sommet du V inversé 5 que forme l'onde stationnaire produite par l'obstacle. A partir de l'angle 0, on en déduit, grâce à l'équation de Lin, la tension superficielle dont l'expression est la suivante: pQUsin2 O 2 dans laquelle: a est la tension superficielle du liquide; Q est le débit par unité de largeur (cm2/s); U est la vitesse locale du liquide (cm/s); et O est l'angle entre les portions de droite définissant le V par rapport à l'axe de symétrie du V (i.e., la verticale) Une telle technique est décrite à titre d'exemple dans l'article intitulé "Waves in a viscous liquid curtain" par S. P. LIN et G.ROBERTS, Journal of Fluid Mechanics (1981, vol. 112, pp 443-458). Selon l'approche décrite dans ce document, on perturbe le rideau de manière soit à le casser localement (plus de liquide à l'intérieur du V) soit à en modifier localement son plan d'écoulement sans le casser. Le principal inconvénient d'un tel procédé de mesure tient au fait que la mesure présente une imprécision substantielle, liée principalement à la difficulté dans la mesure de l'angle. Cette imprécision est particulièrement grande lorsque la mesure s'effectue sans casser le rideau. La solution consistant à réaliser la mesure en cassant le rideau, même si elle offre une plus grande précision n'est pas complètement satisfaisante en ce qu'elle ne permet pas d'appréhender certains phénomènes, notamment au niveau de la diffusion des tensioactifs dans un système multicouches. La demande de brevet JP-A-64-154533 déposée au nom de FUJI PHOTO FILMS CO Ltd et intitulée "Method and apparatus for measuring surface tension" décrit une approche similaire à la précédente, en cassant le rideau par une action combinée d'un obstacle à faible mouillabilité, introduit dans le rideau, et d'un jet d'air configuré de manière appropriée. Les limites d'une telle technique ont été évoqués précédemment. Aussi, est-ce un des objets de la présente invention que de fournir une méthode et un dispositif de mesure de tension superficielle dynamique ne présentant pas les inconvénients mentionnés ci-avant. D'autres objets apparaîtront de manière détaillée dans la description qui suit. Ces objets sont atteints selon la présente invention au moyen d'un procédé de mesure de la tension superficielle dynamique d'une composition liquide s'écoulant sous la forme d'un rideau sensiblement vertical, comprenant les étapes suivantes: a) introduire dans le rideau un obstacle apte à perturber localement le plan d'écoulement du rideau en créant une onde stationnaire formant un V inversé par rapport au sens de l'écoulement et dont le sommet coïncide sensiblement avec le point d'introduction de l'obstacle dans le rideau; b) éclairer ladite onde stationnaire au moyen d'au moins une source de rayonnement lumineux;; c) récupérer le rayonnement réfléchi par ladite onde de manière à former une image lumineuse d'au moins une partie de l'onde, ladite image définissant au moins une portion de deux V inversés par rapport au sens de l'écoulement, ayant leurs axes de symétrie alignés, et décalés suivant le sens de l'écoulement; d) ajuster la position de la source de rayonnement et/ou de l'obstacle de sorte que lesdits V aient leurs portions correspondantes sensiblement parallèles; e) déterminer la tension superficielle du liquide dans l'écoulement à partir d'une mesure de l'angle formé par les portions de droite définissant les deux V inversés par rapport à leurs axes de symétrie. Avantageusement, le rayonnement réfléchi est récupéré au moyen d'une caméra CCD du type à réseau de capteurs CCD matriciel. Avantageusement encore, l'onde stationnaire est éclairée au moyen de deux sources lumineuses disposées de part et d'autre de l'axe optique de la caméra. A titre d'exemple, l'obstacle utilisé pour perturber le rideau se présente sous la forme d'une tige dont l'extrémité forme un angle de 30 à 600 par rapport à l'axe de la tige. Avantageusement encore, la détermination de la tension superficielle comprend les étapes suivantes: a) traiter numériquement l'image afin d'obtenir une représentation numérique des deux V inversés; b) calculer l'angle formé par chacune des quatre portions de droite formant les deux V inversés par rapport à leurs axes de symétrie; c) faire une moyenne desdits angles; et d) calculer la tension superficielle correspondante. Selon la présente invention, on réalise également un dispositif de mesure de la tension superficielle dynamique d'une composition liquide s'écoulant sous la forme d'un rideau sensiblement vertical, comprenant: a) des moyens pour introduire dans le rideau un obstacle apte à perturber localement le plan d'écoulement du rideau en créant une onde stationnaire formant un V inversé par rapport au sens de l'écoulement et dont le sommet coïncide sensiblement avec le point d'introduction de l'obstacle dans le rideau; b) des moyens pour éclairer ladite onde stationnaire au moyen d'au moins une source de rayonnement lumineux;; c) des moyens pour récupérer le rayonnement réfléchi par ladite onde de manière à former une image lumineuse d'au moins une partie de l'onde, ladite image définissant au moins une portion de deux V inversés par rapport au sens de I'écoulement, ayant leurs axes de symétrie alignés, et décalés suivant le sens de l'écoulement; d) des moyens pour ajuster la position de la source de rayonnement et/ou de l'obstacle de sorte que lesdits V aient leurs portions correspondantes sensiblement parallèles; et e) des moyens pour déterminer la tension superficielle de la composition liquide dans l'écoulement à partir d'une mesure de l'angle formé par les portions de droite définissant les deux V inversés par rapport à leurs axes de symétrie. Dans la description qui suit, il sera fait référence aux dessins dans lesquels: - la Figure 1 illustre de manière schématique le principe de la mesure selon la technique dite de "mesure de l'angle de Mach"; - la Figure 2 représente un mode de réalisation du dispositif selon la présente invention; - la Figure 3 illustre de manière schématique une coupe transversale du rideau au niveau de l'onde stationnaire ainsi que l'éclairement de l'onde pour en former une image conforme à celle de la Figure 4; - la Figure 4 représente une image de l'onde stationnaire selon l'invention; et - la Figure 5 illustre un mode de réalisation préféré d'un obstacle utilisé pour perturber le rideau liquide selon l'invention. La Figure 2 à laquelle il est maintenant fait référence illustre de manière schématique un mode de réalisation avantageux du dispositif selon l'invention. Ainsi qu'il apparaît à la Figure 2, une composition liquide contenue dans une bassine 6 est pompée en continu au moyen d'une pompe 7 de manière à alimenter un dispositif d'enduction 8. La composition liquide quitte le dispositif d'enduction au niveau d'une lèvre 10 pour former un rideau sensiblement vertical 9. Dans le rideau 9, on introduit un élément 11 destiné à perturber le rideau en créant une onde stationnaire qui fera l'objet d'une description détaillée par la suite. Selon le mode de réalisation représenté, l'obstacle ll est disposé à l'avant du rideau. Selon un autre mode de réalisation possible, l'obstacle est disposé à l'arrière du rideau de manière à ne pas perturber la prise d'image par la caméra 13. L'élément 11 est monté de manière à pouvoir ajuster sa position dans le rideau, à la fois en hauteur et en largeur.Le dispositif selon l'invention comprend également des moyens d'éclairement 12 disposés de sorte que l'onde stationnaire crée par l'élément 11 puisse être éclairée afin d'en former une image (au moins partiellement sur un réseau matriciel de capteurs CCD d'une caméra 13 dont la position (dans le sens de la largeur du rideau ainsi que dans le sens de la hauteur) peut également être ajustée à volonté (chariot 14). La caméra 13 est connectée à une unité de commande 16 (type PC) ainsi qu'à un écran 17 permettant la visualisation de l'image numérique de la portion de rideau choisie. Ainsi que mentionné en référence à la technique de mesure de l'angle de Mach, l'obstacle 11 est conçu de sorte que son introduction dans le rideau crée une onde stationnaire définissant un V inversé dont le sommet coïncide sensiblement avec le point d'introduction de l'élément 11. Une section transversale (au niveau de l'axe X, Figure 4) de l'onde stationnaire est représentée schématiquement à la Figure 3. Ainsi qu'il apparaît clairement, la perturbation se traduit par un changement du plan d'écoulement du rideau 9 à l'intérieur du V inversé. La coupe représentée à la Figure 3 est réalisée à une distance Z (Figure 4) du point d'introduction de l'obstacle 11 dans le rideau. En éclairant cette zone du rideau de la manière représentée à la Figure 3, au moyen de deux néons 12, situés de part et d'autre de l'axe optique (O) de la caméra 13, on forme une image du type de celle représentée à la Figure 4. Ainsi que mentionné précédemment, l'image de l'onde stationnaire 15 définit deux V inversés 26, 27, clairs. Selon une alternative, on ne visualise qu'une portion de chacun des deux dits V, la portion visualisée étant de préférence, sensiblement la même pour les deux V. Les V (ou portions de V) sont décalés dans la direction d'écoulement du rideau (flèche Z) et alignés le long de leur axe de symétrie S. Selon la présente invention, on ajuste (manuellement ou de manière contrôlée par l'ordinateur 16) la position respective des moyens d'éclairement et/ou de l'obstacle 11 de façon à ce que les deux V inversés soient sensiblement identiques, c'est à dire qu'ils aient leurs portions de droites respectives correspondantes sensiblement parallèles. Lorsque le réglage est effectué manuellement, l'opérateur utilise l'écran de contrôle 17 pour visualiser la position respective des V 26, 27. L'image ainsi formée est mémorisée au moyen d'une caméra CCD 13 connectée à un ordinateur 16, lequel, selon un mode de réalisation préféré, opère un traitement numérique d'au moins une partie de l'image de l'onde. A titre indicatif , au moyen d'une régression linéaire, l'ordinateur assimile les portions respectives des V 26, 27 à des portions de droite et détermine l'angle O formé par les portions de droite formant les deux V par rapport à la verticale, c'est à dire par rapport à l'axe de symétrie des V 26, 27. Avantageusement, l'ordinateur effectue une moyenne des quatre angles calculés et utilise cet angle moyen dans l'équation de Lin pour calculer la tension superficielle du liquide. Avantageusement, on utilise le logiciel de traitement VISILOGB commercialisé par NOESIS. Ce mode de traitement de l'image n'est donné qu'à titre indicatif. Selon un mode de réalisation la vitesse d'écoulement du liquide est déterminée par une mesure consistant à enregistrer la distance parcourue par une particule (ou bulle d'air) présente dans le rideau pendant un temps donné. La Figure 5 représente un mode de réalisation avantageux d'un obstacle 11 pouvant être utilisé selon l'invention pour perturber le rideau 9. Selon ce mode de réalisation avantageux, l'obstacle 11 se présente sous forme d'une tige 11 dont l'extrémité 20 forme un angle CL par rapport à l'axe 21 de la tige qui, à titre d'exemple peut varier entre 30 et 600. Ainsi qu'il apparaît à la Figure 5, le rideau s'écoule le long de la partie d'extrémité 20 de la tige, créant ainsi une modification localisée du plan d'écoulement 22 du rideau 9 sans provoquer de rupture dans l'écoulement du liquide. Il est évident que cette forme n'est donnée qu'à titre d'exemple et que d'autres formes peuvent être utilisées pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Avec certains aménagements, notamment dans le calcul de la tension superficielle, l'invention pourrait s'appliquer de la même manière en appliquant une perturbation apte à provoquer une rupture dans l'écoulement du rideau. L'invention qui vient d'être décrite est avantageuse en ce qu'elle permet une mesure à la fois précise et automatique de la tension superficielle d'une composition liquide dans un écoulement sous forme de rideau. Ainsi que mentionné précédemment, l'invention est particulièrement adaptée à la mesure de la tension superficielle d'une composition photographique. Dans la description qui précède, il a été fait référence à des modes de réalisation particulièrement avantageux. Il est évident que des variantes peuvent y être apportées sans s'écarter de l'esprit de l'invention telle que revendiquée ci-après. REVENDICATIONS 1 - Procédé de mesure de la tension superficielle dynamique d'une composition liquide s'écoulant sous la forme d'un rideau (9) sensiblement vertical, comprenant les étapes suivantes: a) introduire dans le rideau un obstacle (11) apte à perturber localement le plan d'écoulement (22) du rideau en créant une onde stationnaire formant un V inversé par rapport au sens de l'écoulement et dont le sommet coïncide sensiblement avec le point d'introduction de l'obstacle (11) dans le rideau (9); b) éclairer ladite onde stationnaire au moyen d'au moins une source de rayonnement lumineux (12);; c) récupérer (13) le rayonnement réfléchi par ladite onde de manière à former une image lumineuse d'au moins une partie de l'onde, ladite image définissant au moins une portion de deux V inversés (26, 27) par rapport au sens de l'écoulement, ayant leurs axes de symétrie (S) alignés, et décalés suivant le sens de l'écoulement; d) ajuster la position de la source de rayonnement (12) et/ou de l'obstacle (11) de sorte que lesdits V aient leurs portions correspondantes sensiblement parallèles; et e) déterminer la tension superficielle du liquide dans l'écoulement à partir d'une mesure de l'angle O formé par les portions de droite définissant les deux V inversés (26, 27) par rapport à leurs axes de symétrie (S). 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le rayonnement réfléchi est récupéré au moyen d'une caméra CCD (13) du type à CCD matriciel. 3 - Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que ladite onde stationnaire est éclairée au moyen de deux sources lumineuses (12) disposées de part et d'autre de l'axe optique (O) de la caméra (13). 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ledit obstacle (11) se présente sous la forme d'une tige dont l'extrémité (20) forme un angle de 30 à 600 par rapport à l'axe (21) de la tige. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la détermination de la tension superficielle comprend les étapes suivantes: a) traiter numériquement l'image afin d'obtenir une représentation numérique des deux V inversés (26, 27); b) calculer l'angle O formé par chacune des quatre portions de droite formant les deux V inversés (26, 27) par rapport à leurs axes de symétrie (S); c) faire une moyenne desdits angles; et d) calculer la tension superficielle correspondante. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que ladite composition liquide est une composition photographique. 7 - Dispositif de mesure de la tension superficielle a dynamique d'une composition liquide s'écoulant sous la forme d'un rideau (9) sensiblement vertical, comprenant: a) des moyens pour introduire dans le rideau un obstacle (11) apte à perturber localement le plan d'écoulement du rideau (9) en créant une onde stationnaire formant un V inversé par rapport au sens de l'écoulement et dont le sommet coïncide sensiblement avec le point d'introduction de l'obstacle (11) dans le rideau; b) une source de rayonnement lumineux (12) pour éclairer ladite onde stationnaire;; c) des moyens (13) pour récupérer le rayonnement réfléchi par ladite onde de manière à former une image lumineuse d'au moins une partie de l'onde, ladite image définissant au moins une portion de deux V inversés (26, 27) par rapport au sens de l'écoulement, ayant leurs axes de symétrie (S) alignés, et décalés suivant le sens de l'écoulement; d) des moyens pour ajuster la position de la source de rayonnement (12) et/ou de l'obstacle (11) de sorte que lesdits V aient leurs portions correspondantes sensiblement parallèles; et e) des moyens (16) pour déterminer la tension superficielle de la composition liquide dans l'écoulement à partir d'une mesure de l'angle O formé par les portions de droite définissant les deux V inversés (26, 27) par rapport à leurs axes de symétrie (S). 8 - Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que les moyens pour récupérer le rayonnement réfléchi comprennent une caméra (13) du type à CCD matriciel. 9 - Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que les moyens d'éclairement (12) comprennent deux sources lumineuses disposées de part et d'autre de l'axe optique (O)de la caméra (13). 10 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 9 caractérisé en ce que ledit obstacle (11) comprend une tige dont l'extrémité (20) forme un angle de 30 à 600 par rapport à l'axe de la tige (21). 11 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 10 caractérisé en ce que les moyens pour déterminer la tension superficielle comprennent: a) des moyens (16) pour traiter numériquement l'image afin d'obtenir une représentation numérique des deux V inversés; b) des moyens (16) pour calculer l'angle formé par chacune des quatre portions de droite formant les deux V inversés par rapport à leurs axes de symétrie; c) des moyens (16) pour faire une moyenne desdits angles; et d) des moyens (16) pour calculer la tension superficielle correspondante.