Brevet FR2779229A1 — publié le 19991203

DISPOSITIF DE PRISE D'ECHANTILLONS DE LIQUIDE CLAIR, NOTAMMENT DE JUS DANS UNE CUVE CONTENANT DU MO T ET CHA NE ASSOCIEE DE MESURE DE PARAMETRES RELATIF A CE JUS La présente invention concerne un dispositif de prise d'échantillon de liquide clair dans une cuve contenant un liquide chargé, notamment de jus de raisin dans une cuve contenant du moût. La présente invention a aussi pour objet un mode de réalisation d'une chaîne de mesure de paramètres multiples relatifs à ce liquide clair, intégrant ledit dispositif. On connaît le problème de prélèvement de liquides clairs dans des contenants dans lesquels on retient un liquide chargé dont on souhaite suivre l'évolution au cours du temps, ce qui est le cas lors de la vinification des vins rouges par exemple. En effet, le raisin après avoir été foulé est recueilli dans une cuve pour en assurer la fermentation contrôlée. Cette étape dure de 8 jours à trois semaines environ et le responsable de cette vinification doit pouvoir suivre l'évolution du produit durant toute cette phase très importante du processus de vinification. Le raisin foulé est composé d'un tiers environ de marcs et de deux tiers de jus. Dans la cuve, il se produit une ségrégation avec formation d'un chapeau de marcs en partie supérieure, chapeau qui regroupe les pellicules et les pépins de raisin. Aussi, différentes solutions permettent d'assurer une homogénéisation artificielle de cet ensemble hétérogène, en plus des mouvements naturels permanents dus aux différents courants de convection. Le pigeage consiste à agiter manuellement ou au moyen d'un mécanisme une pige qui permet de casser le gâteau de marcs, ceci étant réservé plutôt aux cuves de volumes limitées. Le délestage consiste à vider une partie importante de la cuve, les trois quarts pour donner un ordre d'idées, dans une autre puis à pomper l'ensemble évacué pour le reverser par le haut de la cuve, ce qui assure un brassage mais nécessite des moyens plus importants, cette solution étant généralement réservée à des cuves de contenance plus importantes. On assure généralement aussi le remontage, c'est à dire que le jus du tiers inférieur est pompé pour être reversé en partie supérieure du gâteau de marcs. Ces différentes méthodes de brassage permettent d'extraire au mieux les antocyanes, les tanins, les pigments de couleur et plus généralement tous les constituants présents dans la peau et nécessaires à l'obtention d'un vin de qualité adaptée. Le problème posé est de suivre avec précision et d'ailleurs avec de plus en plus de précision l'évolution de la fermentation par mesure de la température, de la densité qui est un paramètre essentiel dans le cas du vin, le pH, les valeurs gustatives et de la couleur pour ne citer que ceux-là. Ces mesures doivent être réalisées sur des échantillons de jus clair qui sont tirés, de façon logique, au même endroit dans la cuve pour permettre une comparaison. On a utilisé pour ce prélèvement un récipient plongé dans le liquide mais la qualité dépend essentiellement de l'adresse de l'opérateur en plus du fait que cette opération est malaisée. La mesure de la densité est ensuite réalisée par introduction dans l'échantillon d'un ludion permettant la mesure de densité. L'intégration dans une chaîne de mesure est impossible, ce qui interdit toute automatisation du suivi et de plus, la reproductibilité n'est pas assurée. On a pensé aussi à disposer, comme sur les cuves de vieillissement, un robinet de façade mais cette solution s'est rapidement avérée impossible. En effet, lors de la transformation chimique des composés du moût lors de cette phase de fermentation, il se produit, de façon naturelle et bien connue, du bitartrate de potassium et du tartrate neutre de calcium. Ce tartre se dépose de façon privilégiée sur les parties métalliques et obture très rapidement ledit robinet, interdisant tout nouveau prélèvement, dans un laps de temps très court, et dans tous les cas très inférieur à la durée de la phase de fermentation. Des méthodes existent pour mesurer la densité par des moyens électroniques: - Par l'extérieur de la cuve d'abord, en plaçant des capteurs de pression externes, disposés en deux points situés à deux hauteurs différentes. Il faut dans ce cas amener le liquide au contact des membranes des capteurs mais les impuretés du jus et le dépôt des cristaux de tartre perturbent rapidement le fonctionnement des membranes pour sortir de la précision de mesure recherchée, sensiblement 0.1 % pour la mesure i15 de densité par exemple. - Par l'intérieur de la cuve ensuite, en plaçant des capteurs électroniques à l'intérieur de la cuve, mesure de différences de hauteurs statiques, mesure de la force hydrostatique exercée sur une jauge de contrainte. Là encore, ces capteurs ont été perturbés dans leur fonctionnement par les particules et par la formation de cristaux de tartre. Il se trouve en outre que ces éléments ne peuvent être accessibles durant toute la phase de fermentation, interdisant tout débouchage, changement ou dépannage. Le but de la présente invention est de proposer un dispositif de prise d'échantillons de liquide débarrassé des particules, notamment végétales en suspension, pour être suffisamment clair et permettre une mesure des différents paramètres: mesures de température, de densité, de pH, par exemple, ceci en dehors de la cuve, au moyen d'appareillages indépendants ou d'une chaîne de mesure automatique comme cela va être décrit ultérieurement. On note que les mesures ne sont aucunement perturbées par l'hétérogénéité du milieu, par les différences de pression importantes et par les mouvements de convection, tant naturels qu'artificiels. La formation de tartre ne peut pas non plus perturber les moyens de mesure. Par contre, le dispositif de prélèvement doit être intrusif et le problème de la formation de tartre subsiste mais le dispositif selon la présente invention permet de s'en affranchir par un auto nettoyage, ainsi que cela va être décrit ultérieurement. A cet effet, le dispositif selon la présente invention se caractérise en ce que l'extrémité de la tubulure comprend au moins une tête de prélèvement reliée à l'extérieur de la cuve par un tube de transfert et munie d'au moins un orifice et d'un clapet, associé à chaque orifice, mobile en translation entre une première position dans laquelle ce clapet obture ledit orifice et une seconde position dans laquelle ce clapet laisse un passage de circulation du jus, les dimensions de ce passage étant déterminées en fonction des particules à retenir. Selon un mode de réalisation particulier, I'orifice comprend un chanfrein sur une partie de son épaisseur, côté intérieur, et le clapet comprend une ligne périmétrique déterminant avec ledit chanfrein ledit passage. Le dispositif selon l'invention comprend en outre des moyens de manoeuvre et de contrôle des mouvements en translation du clapet. Ces moyens de manoeuvre et de contrôle des mouvements en translation du clapet sont intégrés dans la tête de prélèvement dans le mode de réalisation préférentiel. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de manoeuvre et de contrôle des mouvements en translation du clapet comprennent une douille fixe, une tige support de clapet mobile en translation par rapport à cette douille, un ensemble vis/écrou, l'écrou étant solidaire de la tige par un organe élastique de compression et immobilisé en rotation par rapport à la douille et la vis étant entraînée par un moteur. Pour un contrôle des mouvements, il est prévu deux témoins de fin de course, à l'ouverture et à la fermeture, pour détecter les déplacements en translation de l'écrou. L'invention a aussi pour objet une chaîne de mesure comprenant au moins un tel dispositif de prise d'échantillons et en plus au moins un tube de stockage interposé entre les moyens d'aspiration et la tête de prélèvement, équipé de moyens de mesure des paramètres du jus prélevé. Cette chaîne comprend des moyens de mesure avec une boucle de circulation équipée d'une micropompe de circulation, montée en dérivation sur ledit tube de stockage. Selon un perfectionnement, il est prévu une boucle de lavage interposée entre la tête de prélèvement et un réservoir de nettoyage. L'invention est maintenant décrite en détail selon un mode de réalisation particulier, non limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels les différentes figures représentent: -figure 1, une vue en perspective d'une cuve équipée du dispositif de prise d'échantillon selon l'invention, figure 2A, une vue de détail de la tête de prélèvement du dispositif de la figure 1, dans la position fermée, - figure 2B, une vue identique à celle de la figure 1, dans la position ouverte, - figure 2C, une vue agrandie de l'extrémité de la tête de prélèvement, - figure 3, une variante de réalisation de la tête de prélèvement du dispositif selon l'invention, et -figure 4, une vue d'une chaîne de mesure intégrant le dispositif de prise d'échantillon selon l'invention. Sur la figure 1, on a représenté une cuve 10 dans laquelle est retenu comme exemple de liquide chargé, du moût de raisin présentant sensiblement sur un tiers de sa hauteur un gâteau 12 de marc qui surmonte deux tiers de jus 1 4. Le dispositif selon la présente invention comprend des moyens 16 de montage et de support. Ces moyens se décomposent en une tubulure 18 intrusive avec des moyens 20 d'étanchéité et un support 22 interne de maintien de cette tubulure par rapport à la cuve. Cette cuve peut être réalisée en tout matériau, métal, bois ou béton par exemple, sans que cela modifie la description qui va suivre. Le dispositif est complété par des moyens 24 de prélèvement de jus clair, interne à la cuve et des moyens 26 d'acquisition et de mesure extérieurs à ladite cuve. Les moyens 24 de prélèvement de jus clair sont détaillés sur les figures 2A, 2B et 2C. Ils sont réalisés de facon naturelle dans un matériau répondant aux normes alimentaires et plus spécifiquement en un alliage d'acier inoxydable. Ces moyens comprennent une tête 28 de prélèvement avec au moins un orifice 30 de prélèvement, des moyens 32 d'obturation de cet orifice susceptibles de prendre une première position fermée et une seconde position ouverte et des moyens 34 de manoeuvre et de contrôle des mouvements de ces moyens d'obturation. Dans le mode de réalisation particulier décrit et pour des raisons de coût de fabrication, I'orifice 30 de prélèvement est circulaire, ménagé dans l'épaisseur de l'extrémité plane de la tête 28 de prélèvement. Cet orifice est agrandi sur la figure 2C, ce qui permet de constater la présence d'un chanfrein 36 sensiblement sur la moitié de l'épaisseur de l'orifice, du côté intérieur de la tête. Les moyens 32 d'obturation comprennent un clapet 38, mobile en translation entre deux positions: - la première fermée, comme montré sur la figure 2A, dans laquelle le clapet 38, de profil conjugué de celui de l'orifice 30, coopère de façon étanche avec l'orifice, avec un contact métal/métal, et la seconde ouverte, comme montré sur la figure 2B, dans laquelle le clapet 38 est retiré de l'orifice 30 sur une distance d très faible, afin que la ligne 40 périmétrique supérieure du clapet se situe dans la zone du chanfrein 36, ce dégage un passage 42 annulaire, déterminé. Les moyens 32 d'obturation comprennent en plus du clapet, des moyens 44 de circulation contrôlée du jus clair prélevé, en l'occurrence il s'agit d'une membrane 46 solidaire du clapet 38 et d'un prolongateur 48 lié de façon étanche à ladite membrane et connecté à un tube 50 de transfert. Ceci permet de protéger l'intérieur de la tête de tout contact avec le liquide contenu dans la cuve, dans ce cas, le moût en fermentation. Les moyens 34 de manoeuvre et de contrôle des mouvements de ces moyens d'obturation comprennent une douille 52 fixe par rapport à la tête de prélèvement dans laquelle coulisse une tige 54 portant le clapet 38 à une extrémité et solidaire d'un arbre 56 de l'autre, entraîné en translation par une motorisation adaptée et non représentée, puisqu'elle est située à l'extérieur de la cuve. Un ensemble vis/écrou entraîné par un moteur pas à pas peut être une solution simple, disponible dans le commerce et donc à la portée de l'homme de l'art. On note que le passage 42 annulaire de faibles dimensions permet de contrôler la plus grande dimension souhaitée de particules dans le jus, comme le diamètre des trous d'un filtre. On note aussi que la durée du prélèvement est réduite, ce qui limite les dépôts de tartre sur les bords de l'orifice et du clapet. Quand bien même du tartre ou d'autres cristaux viendraient à se former et/ou à se déposer sur les bords de l'orifice et/ou du clapet, le mouvement de translation et de raclage du clapet par rapport à la périphérie de l'orifice assure un nettoyage systématique et de grande efficacité. De même, ce mouvement de translation et la forme du clapet permettent de chasser les particules qui subsisteraient entre l'orifice et le clapet, assurant ainsi une fermeture dans tous les cas et une étanchéité certaine après fermeture. Sur la figure 3, les références portent les mêmes références augmentées de 100 pour les éléments identiques ou ayant les mêmes fonctions. Dans ce mode de réalisation, la membrane 46 est supprimée au profit d'un joint 144 d'étanchéité entre la douille fixe 152 et la tige 154 portant le clapet 138. Le liquide est évacué de la même façon par un prolongateur 148 réalisé à même la douille 1 52 fixe et par un tube 1 50 de transfert. Les moyens 134 de manoeuvre et de contrôle des déplacements du clapet 1 38 de ce mode particulier de réalisation sont intégrés dans la tête 1 24. Ces moyens 134 comprennent une liaison avec un organe 160 de compensation élastique de compression, interposé entre la tige 154 support de clapet et les moyens 162 de déplacement en translation. Ces moyens 162 de déplacement en translation comprennent un écrou 164, immobilisé en rotation et mobile en translation le long d'un guide 166. Cet écrou 164 coopère avec une vis 168 entraînée en rotation par un moteur 170. Il est en outre prévu des moyens 172 de détection des déplacements comportant des témoins 174 et 176 de fin de course, respectivement à l'ouverture et à la fermeture. Le fonctionnement de ce mode de réalisation est indiqué ci-après. Lorsque l'utilisateur souhaite maintenir fermé le clapet 138, il met en marche le moteur qui tourne dans le sens o il éloigne l'écrou donc pousse la tige 1 54 et le clapet qu'elle porte vers l'orifice 1 30. Lorsque l'écrou 1 64 vient en contact avec le témoin 176 de fin de course, comme montré sur la figure 3, I'alimentation du moteur est coupée, ce qui arrête le mouvement en translation. Le réglage de course est tel que l'écrou est translaté d'une valeur supérieure au déplacement nécessaire pour assurer la fermeture du clapet, ce qui met l'organe 160 élastique en compression. Ceci permet d'avoir un effort exercé sur le clapet, en permanence, même si le moteur n'est pas alimenté, l'étanchéité est de ce fait maintenue. Lorsque l'utilisateur souhaite assurer un prélèvement, il alimente le moteur en changeant la polarité pour le faire tourner en sens inverse. Le clapet est retiré de l'orifice pour libérer un passage 142 calibré. Ce calibrage est dû au retrait contrôlé du clapet puisque le témoin 174 de fin de course arrête le mouvement de recul lorsque le clapet est retiré de la valeur prédéterminée. Le dispositif de prise d'échantillon qui vient d'être décrit peut-être associé à une chaîne de mesure pour assurer une prise d'échantillon automatique et une analyse consécutive également automatique. Une telle chaîne de mesure est montrée et décrite en regard de la figure 4. La chaîne de mesure est référencée avec des nombres commencçant à 200. Cette chaîne 200 de commande de prise d'échantillon et de mesure comprend un dispositif de prise d'échantillon 124 intrusif, comme il vient d'en être décrit un mode de réalisation en regard de la figure 3. Le tube 150 de transfert est relié à un tube 202 de stockage temporaire du jus clair prélevé. Ce tube est fermé et connecté à une pompe 204 permettant d'aspirer par le vide ou de comprimer par mise en pression. Il est aussi prévu un capteur 205 de niveau qui permet de limiter le volume de l'échantillon de jus clair prélevé à une valeur prédéterminée. Ce tube 200 de stockage est muni d'une boucle de dérivation 206 qui passe dans des moyens de mesure 208 sous forme d'un tube de mesure résonnant, la circulation dans cette boucle étant assurée par une micropompe 210 de circulation. On peut ainsi mesurer la densité de façon très précise en évitant tous les désagréments des systèmes de l'art antérieur. Un bus 212 permet de relier les différents organes et de les commander i15 pendant les différentes phases, grâce à un circuit électronique de gestion de mesure et d'automatisme. Dans ce mode de réalisation, en plus des mesures, il est prévu un nettoyage de la tête de prélèvement du dispositif de prise d'échantillons. Il suffit pour cela de prévoir un second passage 214 dans la tête, identique au premier avec un second tube de transfert 21 6, identique au tube de transfert 150. Il est alors réalisé une boucle 218 de nettoyage, le second tube de transfert étant relié à un réservoir 220 de nettoyage équipé d'une électrovanne 222. La pompe 204 permet d'aspirer le liquide du réservoir 220 de nettoyage, le clapet 138 du dispositif de prise d'échantillon étant fermé et l'électrovanne 222 étant ouverte. Une fois le volume de liquide de nettoyage aspiré, il est mis en circulation par la micropompe 210 de circulation pour nettoyer la boucle de mesure puis il est refoulé, à travers la tête 124 de prélèvement vers le réservoir de nettoyage. L'électrovanne est fermée et le réservoir de nettoyage est isolé. Dans le cas du nettoyage, I'étanchéité doit être réalisée de l'intérieur vers l'extérieur de la tête, si bien qu'il est possible en fonction de la qualité et de la précision de l'usinage du clapet et du siège ménagé dans l'ouverture, de rajouter un joint d'étanchéité, du type joint torique, en partie amont du clapet.5 La chaîne de mesure ainsi réalisée permet de rendre les opérations totalement automatisées, avec une reproductibilité certaine. 1 1 REVENDICATIONS 1. Dispositif de prise d'échantillons de liquide clair dans une cuve (10) contenant un liquide chargé, notamment d'échantillons de jus (14) de raisin dans une cuve contenant du moût comprenant une tubulure (18) intrusive, caractérisé en ce que l'extrémité de la tubulure comprend au moins une tête (24, 124) de prélèvement reliée à l'extérieur de la cuve par un tube (50, 150) de transfert et munie d'au moins un orifice (30,130) et d'un clapet (38, 138), associé à chaque orifice, mobile en translation entre une première position dans laquelle ce clapet obture ledit orifice et une seconde position dans laquelle ce clapet laisse un passage (42, 142) de circulation du jus, les dimensions de ce passage étant déterminées en fonction des particules à retenir. 2. Dispositif de prise d'échantillons selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'orifice (30, 130) comprend un chanfrein (36, 136) sur une partie de son épaisseur, côté intérieur, et en ce que le clapet (38, 138) comprend 1 5 une ligne (40, 140) périmétrique déterminant avec ledit chanfrein ledit passage (42, 142). 3. Dispositif de prise d'échantillons selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (34, 134) de manoeuvre et de contrôle des mouvements en translation du clapet. 4. Dispositif de prise d'échantillons selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens (1 34) de manoeuvre et de contrôle des mouvements en translation du clapet sont intégrés dans la tête de prélèvement. 5. Dispositif de prise d'échantillons selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens (134) de manoeuvre et de contrôle des mouvements en translation du clapet (138) comprennent une douille (152) fixe, une tige (154) support de clapet, mobile en translation par rapport à cette douille, un ensemble vis/écrou, l'écrou (164) étant solidaire de la tige (154) par un organe (160) élastique de compression et immobilisé en rotation par rapport à la douille et la vis (168) étant entraînée par un moteur (170). 6. Dispositif de prise d'échantillons selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend deux témoins (174, 176) de fin de course, à l'ouverture et à la fermeture, prévus pour détecter les déplacements en translation de l'écrou. 7. Chaîne de mesure comprenant au moins un dispositif de prise d'échantillons selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un tube (202) de stockage interposé entre des moyens (204) d'aspiration et la tête (124) de prélèvement, ce tube étant équipé de moyens (206, 208) de mesure des paramètres du jus prélevé. 8. Chaîne de mesure selon la revendication 7, caractérisée en ce que les moyens (206, 208) de mesure comprennent une boucle de circulation équipée d'une micropompe (210) de circulation montée en dérivation sur ledit tube de stockage. 9. Chaîne de mesure selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce qu'elle comprend une boucle (218) de lavage interposée entre la tête (124) de prélèvement et un réservoir (220) de nettoyage.