Brevet FR2760879A1 — publié le 19980918

L'invention concerne un bio-réacteur à caractère pédagogique. Dans les laboratoires d'expérimentation, en particulier ceux de l'enseignement primaire et secondaire, on souhaite souvent effectuer des expérimentations visant à mettre en évidence des réactions chimiques et l'influence de certains paramètres sur leur déroulement. A cet effet, on utilise des bio-réacteurs qui forment le siège de ces réactions chimiques. On connaît un bio-réacteur à caractère pédagogique du type comportant une cuve à réactifs portée par un socle équipé d'un moteur d'agitation magnétique. Un inconvénient de ce type de bio-réacteur réside dans le fait que les sondes de mesure, qui sont plongées dans la cuve pour suivre l'évolution de la réaction, sont souvent maintenues de façon incertaine et aléatoire par des accessoires de support extérieurs, tels que des pinces ou potences. Ces supports de sondes sont indépendants du bio-réacteur et sont en particulier dépourvus de moyens de positionnement des sondes par rapport à la cuve. Chaque sonde peut donc heurter les autres sondes ou les parois de la cuve, si bien qu'il en résulte un risque de détérioration des sondes et/ou de perturbation des mesures. Un but de l'invention est de concevoir un bioréacteur du type précité, permettant des manipulations d'expérimentation sûres, commodes et fiables. Selon l'invention, le bio-réacteur comporte un couvercle de recouvrement de la cuve, possédant des ouvertures de passage et de maintien pour des sondes de mesure. Les sondes sont ainsi maintenues de façon stable et ordonnée, écartées les unes des autres et des parois de la cuve. Elles sont donc préservées des risques de choc et de chute. Elles sont de plus disposées verticalement avec leur extrémité de mesure plongée dans la cuve. Cette disposition des sondes avec l'extrémité de mesure en bas permet d'éviter que la mesure ne soit faussée par l'apparition d'une bulle d'air à l'extrémité de mesure de la sonde, entre l'électrolyte et la membrane permettant les échanges entre la solution à mesurer et l'électrolyte de la sonde, l'apparition d'une telle bulle d'air n'étant à craindre que dans le cas où la sonde est placée avec son extrémité de mesure vers le haut. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la cuve comporte deux compartiments séparés par une paroi, avec un compartiment principal formant une enceinte de réaction et un compartiment secondaire thermostatique, le couvercle possédant au moins une ouverture de passage et de maintien de sonde qui débouche dans le compartiment principal. Avantageusement alors, le couvercle possède au moins une ouverture de passage et de maintien de sonde qui débouche dans le compartiment secondaire. Les réactifs sont ainsi placés dans le compartiment principal tandis que le compartiment secondaire peut être rempli d'un liquide chauffé ou refroidi à une certaine température afin d'assurer un réglage de la température du compartiment principal qui constitue le siège de la réaction étudiée. On peut introduire au travers du trou correspondant une sonde de mesure de température qui, plongée dans le compartiment secondaire, permet de contrôler la température de la cuve. En particulier, la mesure de cette température permet d'analyser l'évolution des réactions en fonction de la température de la solution de réactif. Avantageusement alors, le couvercle comporte une partie inférieure en relief qui présente une forme complémentaire de celle du compartiment principal de la cuve et qui est traversée par la ou les ouverture(s) débouchant dans le compartiment principal de façon à constituer un piston de refoulement d'air pour ce compartiment. Lorsque le couvercle est placé sur la cuve, sa partie inférieure en forme de piston chasse l'air contenu dans le compartiment principal de façon à réduire au maximum les échanges de la solution de réactifs, qui font l'objet de la réaction chimique, avec l'air ambiant. Avantageusement, la partie inférieure du couvercle qui forme un piston possède une face terminale en forme de dièdre rentrant. L'enfoncement du piston et le refoulement de l'air sont ainsi facilités. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, un bouchon est prévu pour obturer chaque ouverture de passage de sonde ménagée dans le couvercle. On peut ainsi isoler l'intérieur du compartiment principal de la cuve de l'air et de la lumière extérieurs en obturant les ouvertures dans lesquelles aucune sonde n'est introduite. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le socle possède, en partie supérieure, un logement pour la cuve. La cuve est ainsi convenablement positionnée sur le socle. En particulier, elle peut être centrée sur le moteur d'agitation. Avantageusement alors, la cuve est entièrement reçue dans le logement qui est délimité par une paroi opaque du socle avec laquelle le couvercle est jointif. Le logement qui reçoit la cuve est ainsi entièrement isolé de la lumière extérieure par le couvercle et la paroi du logement qui forment un caisson opaque. Avantageusement, la cuve étant translucide, la paroi délimitant le logement du socle pour la cuve présente une fenêtre obturable par au moins un volet mobile. On peut ainsi exposer la cuve à la lumière extérieure en ouvrant le volet pour dégager la fenêtre ménagée dans la paroi du socle ou au contraire isoler la cuve de la lumière en fermant le volet pour obturer la fenêtre. On peut aussi placer le volet dans diverses positions d'obturation intermédiaires afin de soumettre la cuve à une autre intensité lumineuse plus ou moins élevée. On peut de cette manière apprécier les effets de la lumière sur certaines réactions chimiques. Avantageusement alors, la cuve et son logement sont de forme parallélépipédique et la paroi délimitant le logement présente deux fenêtres ménagées dans des faces parallèles opposées de la paroi. L'éclairement au travers de faces planes est ainsi plus uniforme. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la cuve possède un fond qui présente en son centre un renfoncement destiné à recevoir un bâtonnet d'agitation magnétique. Le bâtonnet d'agitation magnétique est ainsi maintenu au centre de la cuve dans ce renfoncement qui est agencé en correspondance avec l'arbre de sortie du moteur d'agitation magnétique du socle. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le moteur d'agitation magnétique du socle est commandé par un variateur de vitesse et est associé à un capteur de sa vitesse qui est relié à une borne extérieure de sortie. Il est ainsi possible de faire varier la vitesse d'agitation tout en mesurant cette vitesse au moyen d'une unité d'acquisition quelconque telle qu'un micro-ordinateur raccordé à la borne de sortie. On peut par ce moyen analyser l'influence de l'agitation de la solution de réactifs à l'intérieur de la cuve sur l'évolution de la réaction chimique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier donné à titre d'exemple non limitatif. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels - les figures l et 2 sont des vues en perspective éclatée d'un bio-réacteur conforme à l'invention - la figure 3 est une vue de détail, de profil, du dispositif d'agitation magnétique disposé à l'intérieur du socle - la figure 4 est une vue de détail, en perspective, du couvercle seul, montrant la partie inférieure de ce couvercle; - les figures 5 et 6 sont des vues en perspective du bio-réacteur assemblé, dans lesquelles les volets d'obturation de la fenêtre du socle sont respectivement ouverts et fermés; - la figure 7 est une vue en perspective du bioréacteur, avec trois sondes engagées dans les ouvertures de passage du couvercle - la figure 8 est une vue en perspective du bioréacteur, dans laquelle toutes les ouvertures de passage associées au compartiment principal de la cuve sont obturées par les bouchons. En référence aux figures, et en particulier aux figures 1 et 2, un bio-réacteur à caractère pédagogique selon l'invention comporte une cuve à réactifs 1. Cette cuve 1 comporte un fond 2 de forme rectangulaire et une paroi latérale 3 parallélépipédique présentant quatre faces planes rectangulaires délimitant avec le fond 2 un volume intérieur. Ce volume intérieur est divisé en deux compartiments par une paroi intérieure 4. On distingue ainsi un compartiment principal 5 et un compartiment secondaire 6. En l'espèce, les compartiments 5 et 6 sont concentriques, le compartiment secondaire 6 entourant le compartiment principal 5, mais cette disposition n'est nullement limitative. La cuve 1 est translucide. Elle peut être réalisée en matière plastique ou en verre. Le fond du compartiment principal 5 de la cuve l présente en son centre un renfoncement 7 destiné à recevoir un bâtonnet d'agitation magnétique (non représenté). La cuve 1 est portée par un socle 8. Ce socle possède, en partie supérieure, un logement 9 pour la cuve 1. Ce logement est de forme parallélépipèdique correspondant à celle de la cuve 1. La cuve l est donc reçue avec un faible jeu dans le logement 9. Le logement 9 est délimité par un fond 10 rectangulaire et une paroi latérale li parallélépipédique possédant quatre faces planes. La paroi latérale il du socle 8 est suffisamment haute pour que la cuve 1 soit entièrement reçue à l'intérieur du logement 9. Les deux faces opposées les plus larges de la paroi 11 présentent chacune une fenêtre 12. Chaque fenêtre 12 est obturable par deux volets 13 qui sont montés coulissant sur le socle 8. Le socle 8 comporte, en partie inférieure, un boîtier 14 qui possède un volume intérieur 15 à l'intérieur duquel est disposé un dispositif d'agitation magnétique désigné par la référence générale 16. Ce dispositif d'agitation magnétique, visible aux figures 2 et 3, comporte un moteur électrique 17 qui possède un corps 18 et un arbre de sortie 21 sur lequel est monté un bi-pôle magnétique d'entraînement 22. Le bi-pôle 22 est constitué par un support présentant deux logements dans lesquels sont disposés deux aimants 23 de polarités opposées. Deux plaques à circuit intégré 19 et 20 sont montées sur les extrémités du corps 18 du moteur 17. Ces deux plaques sont reliées électriquement entre elles par des fils électriques (non représentés aux figures). La rotation du moteur 18 est commandée par l'intermédiaire d'un interrupteur 24 porté par la plaque supérieure 19 et d'un variateur 25 porté par la plaque inférieure 20. Le variateur 25 est relié, pour faciliter sa manipulation, à un bouton de réglage 25.1 accessible depuis l'extérieur du socle 8. De même, l'interrupteur 24 possède un bouton de commande 24.1 accessible depuis l'extérieur du socle 8. La vitesse de rotation du bi-pôle magnétique d'entraînement 22 est mesurée par un capteur 26 disposé à côté de l'arbre 21, en-dessous de la trajectoire du bi-pôle 22. Ce capteur 26 est porté par la plaque supérieure 19 et est relié à une borne de sortie 27 portée par la plaque inférieure 20. Dans l'exemple illustré, le socle 8 est réalisé en deux parties assemblées l'une à l'autre au moyen de vis 28 selon un plan de joint vertical. Ces deux parties sont réalisées en matière plastique moulée. Le dispositif d'agita tion magnétique 16 est fixé dans le volume intérieur 15 du boîtier 14 au moyen d'encoches 29 dans lesquelles s'emboîtent les plaques à circuit intégré 19 et 20. Le bio-réacteur porte par ailleurs un couvercle 30 de recouvrement de la cuve 1. Ce couvercle, visible en particulier aux figures 1 et 4, possède plusieurs ouvertures de passage et de maintien 31 à 36 pour des sondes de mesure. Parmi ces ouvertures, on distingue cinq ouvertures 31 à 35 qui débouchent dans le compartiment principal 5 et une ouverture 36 qui débouche dans le compartiment secondaire 6. Les ouvertures 31 à 35 qui débouchent dans le compartiment principal 5 sont entourées par une bordure 37 ménagée en saillie de la face supérieure 38 du couvercle 30 pour former un bac de débordement, comme cela sera mieux expliqué ultérieurement. En outre, un trou d'alimentation 39 de petit diamètre est ménagé dans le couvercle 30. Ce trou dalimen- tation débouche dans le compartiment principal 5 pour permettre l'introduction de substances (par exemple un catalyseur) dans ce compartiment. Il est surmonté sur la face supérieure du couvercle, par un élément en forme d'entonnoir 40 facilitant un versement au moyen d'une seringue ou d'une pipette. Le couvercle 30 présente une dimension voisine de celle du logement 9 du socle 8, de sorte que ses bords sont jointifs avec la paroi latérale 11 du socle 8. De plus, dans l'exemple illustré, le couvercle 30 possède deux oreilles latérales 41 s'étendant verticalement vers le bas pour être reçues dans des encoches 42 correspondantes ménagées dans les deux faces opposées de plus petite largeur de la paroi il du socle 8. Le couvercle 30 comporte d'autre part, en saillie de sa face inférieure 43, une partie inférieure en relief 44 qui présente une forme complémentaire de celle du compartiment principal 5 de la cuve 1 et qui est traversée par les ouvertures 31 à 35 précitées, ainsi que cela est mieux visible sur la figure 4. Cette partie inférieure 44 est ainsi reçue avec un faible jeu dans le compartiment principal 5 de façon à constituer un piston de refoulement d'air pour ce compartiment. La partie 44 présente de plus une face terminale inférieure 44.1 en forme de dièdre rentrant, au niveau de laquelle débouchent les ouvertures 31 à 35. La partie 44 présente ainsi un profil avec une encoche en forme de V renversé qui facilite le refoulement de l'air et donc l'introduction de la partie 44 dans le compartiment 5. En effet, sans cette encoche, l'introduction de la partie 44 dans le compartiment 5 serait rendue difficile par la compression d'air provoquée par l'action de piston de la partie 44. Comme cela est visible aux figures 7 et 8, des bouchons 45 à 49 sont prévus pour obturer les ouvertures de passage 31 à 35 lorsque ces ouvertures ne reçoivent pas de sonde. Ces bouchons présentent des extrémités biseautées et sont de longueurs adaptées pour affleurer la face terminale inférieure 44.1 de la partie en relief 44 lorsqu'ils sont reçus dans les ouvertures auxquelles ils sont dédiés. Chaque bouchon est en outre relié à une languette souple 50 qui possède une extrémité opposée 51 en forme d'anneau destinée à coopérer avec des reliefs homologues 52 ménagés sur la face supérieure 38 du couvercle 30. Lorsque l'on souhaite effectuer une expérience, on verse, dans le compartiment principal 5, différents réactifs et, dans le compartiment secondaire 6, de l'eau à une température déterminée. La cuve 1 étant placée dans le logement 9 et un bâtonnet magnétique (non représenté) étant disposé dans le renfoncement central 7 du compartiment principal 5, le couvercle 30 est placé sur la cuve 1. Lors de la mise en place du couvercle 30 sur la cuve 1, la partie inférieure en relief 44 pénètre dans la partie centrale 5 et chasse, à la façon d'un piston, l'air en excès dans ce compartiment. Eventuellement, l'excès de liquide contenu dans le compartiment 5 ressort par les ouvertures de passage 31 à 35. Cet excès de liquide reste à l'intérieur du bac de débordement délimité par la bordure en relief 37, si bien qu'aucun liquide ne s'écoule de façon indésirable. Des sondes S sont placées dans les ouvertures de passage et de maintien 31 à 35 qui leur sont associées, comme cela est visible à la figure 7. L'extrémité inférieure de mesure de ces sondes est alors plongée dans le compartiment principal 5. Les ouvertures de passage 31 à 35 qui ne reçoivent aucune sonde S sont obturées par les bouchons 45 à 49 qui leur sont associés. Le compartiment principal 5 est ainsi isolé de l'air et de la lumière extérieure. Eventuellement, une sonde de température peut être introduite dans l'ouverture de passage 36 pour mesurer la température du compartiment secondaire 6. Un catalyseur ou réactif peut être versé à l'intérieur du compartiment principal 5 au travers du trou 39 au moyen d'une pipette ou d'une seringue. L'introduction du liquide dans cette ouverture très étroite est facilitée par l'entrée évasée 40 qui la surmonte. Le mélange de la solution de réactifs contenue par le compartiment principal 5 peut être obtenu et réglé en agissant sur l'interrupteur 24 et le variateur 25. Le bâtonnet d'agitation magnétique situé dans le renfoncement 7 du fond du compartiment principal 5 est alors entraîné en rotation par le bi-pôle magnétique 22 porté par l'arbre de sortie 21 du moteur 17. La vitesse de rotation du moteur 17 et donc l'intensité du mélange obtenu peuvent être mesurés en connectant à la borne de sortie 27 une unité électronique d'acquisition (par exemple un micro-ordinateur). L'influence de la lumière sur le déroulement de la réaction chimique peut également être étudiée en ouvrant plus ou moins les volets 13 de façon à laisser pénétrer avec une intensité plus ou moins importante la lumière extérieure dans le logement 9. La cuve 1 étant translucide, cette lumière éclaire le compartiment principal 5 qui contient les réactifs. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit, mais englobe au contraire toute variante reprenant, avec des moyens équivalents, les caractéristiques essentielles de l'invention. REVENDICATIONS 1. Bio-réacteur à caractère pédagogique, comportant une cuve (1) à réactifs portée par un socle (8) équipé d'un moteur d'agitation magnétique (17), caractérisé en ce que le bio-réacteur comporte un couvercle (30) de recouvrement de la cuve, possédant des ouvertures (31 à 36) de passage et de maintien pour des sondes de mesure. 2. Bio-réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cuve (1) comporte deux compartiments (5, 6) séparés par une paroi (4), avec un compartiment principal (5) formant une enceinte de réaction et un compartiment secondaire (6) thermostatique, le couvercle (30) possédant au moins une ouverture de passage et de maintien (31 à 35) de sonde qui débouche dans le compartiment principal (5). 3. Bio-réacteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le couvercle (30) possède au moins une ouverture de passage et de maintien (36) de sonde qui débouche dans le compartiment secondaire (6). 4. Bio-réacteur selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que le couvercle (30) comporte une partie inférieure en relief (44) qui présente une forme complémentaire de celle du compartiment principal (5) de la cuve (1) et qui est traversée par la ou les ouverture(s) (31 à 35) débouchant dans le compartiment principal (5) de façon à constituer un piston de refoulement d'air pour ce compartiment. 5. Bio-réacteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la partie inférieure (44) du couvercle (30) qui forme un piston possède une face terminale (44.1) en forme de dièdre rentrant. 6. Bio-réacteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un bouchon (45 à 49) est prévu pour obturer chaque ouverture (31 à 35) de passage de sonde ménagée dans le couvercle (30) et débouchant dans le compartiment principal (5). 7. Bio-réacteur selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le socle (8) possède, en partie supérieure, un logement (9) pour la cuve (1). 8. Bio-réacteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la cuve (1) est entièrement reçue dans le logement (9) qui est délimité par une paroi opaque (9) du socle (8) avec laquelle le couvercle (30) est jointif. 9. Bio-réacteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que la cuve (1) étant translucide, la paroi (11) délimitant le logement (9) du socle (8) pour la cuve (1) présente une fenêtre (12) obturable par au moins un volet mobile (13). 10. Bio-réacteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que la cuve (1) et son logement (9) sont de forme parallélépipédique et la paroi (11) délimitant le logement (9) présente deux fenêtres (12) ménagées dans des faces parallèles opposées de la paroi (11). 11. Bio-réacteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cuve (1) possède un fond (2) qui présente en son centre un renfoncement destiné à recevoir un bâtonnet d'agitation magnétique. 12. Bio-réacteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur (17) d'agitation magnétique du socle (8) est commandé par un variateur de vitesse (25) et est associé à un capteur (26) de sa vitesse qui est relié à une borne extérieure de sortie (27).