Brevet FR2805891A1 — publié le 20010907

La présente invention concerne un dispositif et un procédé de mesure, des propriétés rhéologiques (rigidité , fermeté, dureté, viscosité, viscoélasticité, etc...) d'une pâte, d'un gel ou d'une crème. L'invention permet, l'étude des propriétés rhéologiques des produits sous forme de gels, de crème ou de pâte comme par exemple la confiture, les crèmes dessert, les crèmes glacées, la mayonnaise, les sauces d'assaisonnement ,le miel, les colles, les bétons, mortiers enduits en préparation, et les substances analogues. La présente invention trouve une application particulière dans l'industrie fromagère pour le suivi et le contrôle de la phase de coagulation du lait, et la détermination de l'instant optimal de coupure du coagulum lors de la fabrication de fromage. Le dispositif peut être utilisé dans les laboratoires directement dans unités de production, il est placé directement dans la cuve de fabrication faisant l'objet du suivi du produit et ne nécessite pas de 'lèvement de produit de la dite cuve. L'invention met en oeuvre un écrasement et étirement périodique du produit éprouvé et permet de quantifier au moins un paramètre rhéologique ou combinaison de plusieurs paramètres rhéologiques du dit produit. Les déformations, subies par le produit suite à son écrasement et étirement, sont telles que le produit ne subit pas de déformation irréversible, il n'est ni cassé, ni coupé, on peut donc suivre l'évolution des propriétés rhéologiques au cours du temps. On sait que la rhéologie est une science concernant l'étude des relations entre les contraintes et les déformations. L'objet de la présente invention est un procédé et un appareil de mesure d'une conception à la fois simple, facile à mettre en oeuvre fiable, permettant de créer une déformation dans le produit éprouvé par l'intermédiaire d'une tête de mesure animé d'un mouvement de balancier entre deux surfaces fixes placées de part et d'autre de la tête de mesure. La mesure efforts résultant de l'écrasement du produit d'un côté et éventuellement de l'étirement de l'autre côté de la tête de mesure est réalisée par un système composé d'une ou plusieurs lames minces déformables dans le sens des efforts et d'un capteur de déplacement mesurant la déformation subie par la ou les lames minces. L'appareil selon la présente invention permet d'effectuer des essais non destructifs. Il présente un caractère universel, selon le choix de la largeur entre la tête de mesure et les plaques fixes, de l'amplitude et de la période du déplacement de la tête de mesure, il permet de quantifier au moins un paramètre rhéologique ou une combinaison de plusieurs paramètres rhéologiques du produit éprouvé. I1 permet en outre de connaître l'évolution des propriétés rhéologiques au cours du temps. Une application particulièrement utile de cet appareil concerne l'industrie du fromage. Dans l'industrie fromagère le choix du découpage du caillé en fromagerie est une phase importante dans la fabrication des fromages. Dans l'art antérieur on utilise des appareils dans lesquels la tête de mesure animée d'un mouvement de rotation périodique et d'amplitude limitée autour d'un axe vertical soumettant le caillé à des contraintes de cisaillement. Il s'agit d'appareils comme le Torsiomètre, comercialisé par la Société Plint and Partners ou du Viscoélasticimètre faisant l'objet d'un dépôt de brevet par l'INRA. D'autres appareils, utilisés directement dans la cuve de fabrication permettant également le suivi d'au moins un phénomène lié à la coagulation du lait sont basés sur d'autres phénomènes physiques. Par exemple des appareils basés sur des phénomènes optiques , thermiques ou ultrasonores. D'autres types d'appareils permettant le suivi de la gulation sont destinés essentiellement à l'utilisation en laboratoire car nécessitent le prélèvement d'un échantillon du lait de la cuve de fabrication. Le suivi de la coagulation étant réalisé sur cet échantillon. Ces appareils sont connus sous les noms de Gélographe et de Formagraphe. Dans l'application fromagère, la présente invention permet le contrôle et le suivi de la coagulation du lait dans la cuve de fabrication à partir de l'évolution des paramètres rhéologiques du caillé, l'unité traitement (13b) choisira le moment optimal pour le découpage du caillé en cuve. Pour autant qu'on le sache, on ne connaît pas à l'heure actuelle d'appareil de mesure des propriétés rhéologiques des corps lequel la tête de mesure est soumise à un mouvement pendulaire provoquant un écrasement et éventuellement un étirement du produit éprouvé. est clair que l'appareil de l'invention est utile dans de nombreuses autres applications, par exemple pour le contrôle en ligne de produits pour déterminer les cinétiques de gélification de différents produits ou pour ajuster le dosage de certains constituants. Selon un premier objet, l'invention concerne un procédé de mesure d'au moins propriété rhéologique du produit à éprouver consistant à introduire dans produit une tête mobile se balançant entre deux surfaces fixes et à déterminer les efforts exercés par le prbduit sur la dite tête. Le dit procédé est caractérisé en ce qu'on anime la tête de mesure d'un mouvement périodique de va et vient entre les surfaces fixes. Ce mouvement pendulaire de la tête de mesure (6) est obtenu à partir d'un mouvement circulaire continu qui est transformé en mouvement pendulaire de rotation autour d'un axe en un mouvement rectiligne alternatif. L'amplitude et la fréquence du mouvement pouvant ^ fixe, réglable ou variable pendant le suivi de l'évolution des propriétés. L'amplitude de la tête de mesure se situe dans la gamme 0 à plus ou moins 1 Ocm, notamment de 0 à plus ou moins 1 cm quant à la fréquence elle se situe dans la gamme 0,1 à 10 hertz. Selon un autre objet, l'invention concerne un appareil de mesure d'au moins une propriété rhéologique , comprenant essentiellement , tête de mesure plongée dans la cuve contenant le produit à éprouver, moyens pour entraîner ladite tête dans un mouvement de balancier entre deux surfaces fixes et moyens pour déterminer les efforts exercés sur la dite tête. Le procédé et l'appareil de mesure, selon la présente invention, mettent en oeuvre un écrasement et éventuellement un étirement produit à mesurer. L'appareil comporte selon une première caractéristique: - un bâti supportant les deux surfaces fixes et permettant la fixation de l'appareil sur la cuve contenant le produit, - tête de mesure animée d'un mouvement de balancier et soumis aux efforts produit à éprouver, - levier articulé sur le bâti et sur lequel est fixée la tete de mesure de telle maniere à ce que ladite tête puisse avoir un mouvement pendulaire entre les deux surfaces fixes, - un moteur électrique, entraînant une came, et permettant de communiquer au levier un mouvement de balancier, un levier dans lequel une zone de moindre épaisseur à ' ' réalisée formant lame mince élastique et provoquant une déformation levier lorsque tête de mesure est soumise à des efforts, - un capteur de position ou de déplacement mesurant la position ou le déplacement relatif entre deux points du levier reliés de part et d'autre de la lame mince, un dispositif électronique permettant: l'alimentation du moteur électrique # conditionnement du signal provenant du capteur de déplacement, # le calcul de la, ou des valeurs, caractérisant le produit éprouvé, # l'affichage de ces valeurs, # la transmission de ces valeurs soit sous forme analogique, soit sous forme numérique. Selon des modes particuliers de réalisation: - le bâti peut avoir un volume suffisant et jouer le rôle de flotteur pour permettre à l'ensemble de l'appareil d'être porté par le produit à éprouver tout en maintenant la tête de mesure immergée. - les deux surfaces fixes par rapport au bâti peuvent prendre des formes variées dès l'instant que leurs dimensions sont compatible avec la cuve contenant le produit à éprouver. Elles peuvent être réalisées par deux plaques rectangulaires parallèles. Ces deux surfaces peuvent également être reliées entre elles et former par exemple un cylindre. Elles peuvent également être supprimées, ce sont alors les parois de la cuve contenant le produit eprouvé qui remplissent le rôle desdites surfaces. - la tête de mesure peut avoir n'importe quelle forme dès l'instant qu'elle permet l'écrasement et éventuellement l'étirement du produit .( plaque rectangulaire, disque, cylindre, sphère, grille perforée, tamis...) l'articulation entre le bâti et le levier réalise par exemple liaison pivot laissant qu'une seule rotation possible au levier. Cette liaison peut être realisée par un axe rapporté. Un ou deux roulements à billes ou aiguilles ainsi que des coussinets peuvent être utilisés. Dans une autre réalisation avantageuse, le levier peut constituer une partie du bâti, une ou plusieurs zones de moindre épaisseur formant l'articulation. Une liaison glissière entre le levier et le bâti, ne laissant qu'une translation possible au levier peut également être adoptée. la forme de la came entraînée en rotation par le moteur impose l'équation horaire du mouvement de la tête de mesure. Un simple excentrique, par exemple permet d'obtenir un mouvement pseudo - sinusoïdal de tête de mesure. came peut frotter directement sur le levier, un doigt ou galet rapporté sur le levier permet de réduire l'usure. Un ressort peut prévu pour maintenir en contact la came et le levier. - la lame mince élastique du levier peut être réalisée par une pièce rapportée, le levier étant alors en deux parties. - le capteur de position ou de déplacement peut être basé des principes résistifs, inductifs, capacitifs, optiques ou à effet Hall. capteur ou codeur de position peut éventuellement être rajouté sur la came, par exemple, ou sur toute autre élément de la chaîne cinématique dès l'instant qu'il indique la position non déformée du levier. Son signal sera envoyé au dispositif électronique. Les dessins annexés illustrent l'invention: La figure 1 est un schéma synoptique illustrant l'invention. Le figure 2 représente selon trois coupes, un exemple concret de réalisation de l'invention. En référence à ces dessins, le dispositif comporte un bâti ( ) sur lequel sont fixées deux plaques parallèles (2) et (3) immergées dans le produit éprouvé (4). Un levier (5) sur lequel est fixé une tête de mesure (6) est relié au bâti par une articulation (7). La longueur du levier (5), la forme du bâti (1) et la longueur des plaques (2) et (3) sont telles que la tête de mesure (6) est positionnée entre les deux plaques(2) et (3). La tête de mesure (6) est donc aussi immergée dans le produit éprouvé(4). Un moteur électrique fixé sur le bâti entraîne en rotation came (9) agissant sur le levier (5). La rotation de la came (9) produit un mouvement pendulaire de la tête (6) entre les deux plaques (2) et (3). Un ressort de rappel ( 0) maintient le levier (5) en contact avec la came. Une zone de moindre épaisseur (11) réalisée sur le levier () entre la zone en contact avec la came (9) et la tête de mesure (6), produit une déformation de la zone de moindre épaisseur (11) lorsque la tête de mesure ( ) est soumise aux efforts engendrés par l'écrasement et éventuellement l'étirement du produit éprouvé (4). La déformation de la zone mince (11) produit un défaut d'alignement entre les deux parties du levier (5) situées de part et d'autre de la zone amincie ( 1). Cette déformation réduit l'amplitude du mouvement de la tête de mesure (6). Un capteur de position (12) mesure en permanence la position relative entre deux parties du levier (5) situées de part et d'autre de la zone amincie (11). Le signal délivré par le capteur de position (12) est transmis à un dispositif électronique (13). Ce dispositif électronique (13) peut comporter: un module de conditionnement du signal(13a), une unité traitement(13b), de la mémoire de stockage (13c), un afficheur (13d), un ou plusieurs modules de communication (13e), un module de commande du moteur(13f). Un soufflet d'étanchéité (14) placé entre le bâti (1) et le levier (5) protège le mécanisme contre les poussières et les projections de liquide. Dans la forme de réalisation selon la figure 2 une partie du bâti (1) est réalisée par un cylindre fermé à sa partie supérieure. A l'intérieur de ce cylindre est fixé levier (5), réalisé par une plaque rectangulaire dans laquelle deux évidements et quatre amincissements d'épaisseur ont été réalisés. La partie supérieure (5a) du levier (5) restant fixe par rapport au bâti (1), deux zones de moindre épaisseur du levier(5) forment l'articulation (7). Un profilé (15) forme de U fixé sur la partie fixe du levier (5a) permet la fixation du moteur (8) dans un des deux évidements du levier ( ). Un autre profilé en U (16) fixé sur le levier (5) comporte, dans une partie rabattue (17), un trou oblong dans lequel vient se loger l'excentrique (9). Ce profilé (16) supporte également un capteur à effet Hall (12). En face de ce capteur à effet Hall (12), un aimant (18). est fixé sur le levier (5). Le capteur effet Hall (12) fournit donc un signal fonction de la position relative entre deux parties du levier (5) situées de part et d'autre de la zone amincie (11). La tête de mesure (6) fixée sur la partie inférieure du levier (5) est réalisée par un cylindre fermé dans sa partie inférieure et muni d'ailettes pour augmenter la surface de produit écrasé. Dans cette réalisation le soufflet d'étanchéité (14) est placé entre deux cylindres et situé approximativement au niveau de l'articulation (7). Cette disposition limite la déformation du soufflet (14) et réduit les efforts perturbateurs exercés sur le levier. A titre d'exemple non limitatif, les cylïndres (1) et (6) auront un diamètre compris entre 20 et 70 mm et une hauteur totale comprise entre 10 et 50 cm. REVENDICATIONS 1) Procédé de mesure d'au moins une propriété rhéologique de produit pâteux, gélatineux ou crémeux, caractérisé en ce qu'il consiste à introduire dans le produit à éprouver(4) une tête de mesure (6) animée d'un mouvement pendulaire entre deux surfaces fixes(2) et (3) et déterminer les efforts exercés par le produit éprouvé (4) sur la dite tête de mesure (6). Procédé de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mouvement pendulaire de la tête de mesure (6) est obtenu à partir d'un mouvement circulaire continu qui est transformé en mouvement pendulaire de rotation autour d'un axe ou en un mouvement rectiligne alternatif. Procédé de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détermination des efforts exercés par le produit éprouvé (4) sur la tête de mesure (6) est obtenu par la mesure d'un déplacement engendré par la déformation d'une zone de moindre épaisseur formant une lame mince élastique. Appareil de mesure d'au moins une propriété rhéologique de produit pâteux, gélatineux ou crémeux, caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement une tête de mesure (6) plongé dans le produit à éprouver (4) ,des moyens pour animer ladite tête (6) fixé sur un levier (5) d'un mouvement pendulaire, le levier (5) comportant une zone de moindre épaisseur (11), et un capteur de déplacement (12) mesurant déformations du levier (5) lorsque la tête de mesure (6) est soumise aux efforts exercés par le produit éprouvé (4). Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens pour animer la tête (6) d'un mouvement pendulaire constituent chaîne cinématique comprenant une articulation (7) permettant au levier (5) d'osciller par rapport au bâti (1) et une came (9) entraînée par un moteur électrique (8) ,et transmettant au levier (5) un mouvement de balancier. 6) Appareil selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'articulation (7) peut être obtenue en réalisant une zone de moindre épaisseur dans le levier (5). 7) Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le capteur de déplacement (12) peut être réalisé par la combinaison d'un capteur à effet Hall et d'un aimant (18) ou d'un électro-aimant. 8) Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que la tête de mesure (6) est sous forme d'un cylindre muni éventuellement d'ailettes permettant l'écrasement du produit éprouvé (4) contre les surfaces fixes (2) et (3) 9) Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 6, caractérisé en ce que les surfaces fixes (2) et (3) peuvent être reliées pour former une seule surface comme par exemple un cylindre. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que les surfaces fixes (2) et (3) peuvent être supprimées : les parois de la cuve (19) contenant le produit à éprouver (4) remplissent alors le rôle desdites surfaces fixes (2) et (3). 1 ) Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 10, caractérisé en ce que le capteur de déplacement (12) est relié à un dispositif électronique (13) comprenant au minimum un module de conditionnement de signal et une unité de traitement qui délivre au moins une caractéristique rhéologique du produit éprouvé. 12) Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 11, caractérisé en ce que un capteur ou codeur de position contrôlant la position non déformée du levier (5) peut éventuellement être rajouté et relié également au dispositif électronique (13). 13) Application du procédé et de l'appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes dans l'industrie fromagère pour le suivi d'au moins un phénomène lié à la coagulation du lait.