Brevet FR2806804A1 — publié le 20010928

L'invention concerne un banc de mesure pour l'étude du comportement rhéologique de matériaux mous. II est particulier destiné à appliquer des sollicitations à divers biomate- riaux (gels, tubes souples, etc.) ou matériaux physiologiques (tissus tels que peau, vaisseaux, etc.) sous différents types de contraintes. On notera toutefois que, bien qu'il s'agit d'une application préférentielle avantageuse de l'invention, la mesure des biomatériaux ou matériaux physiologiques n'est pas une application limitative de l'invention, qui peut être aussi bien utilisée pour l'étude de matériaux d'autres types, tels des matériaux élastomère, des gels, etc. et également dans l'industrie agro-alimentaire. Les relations contrai nteldéformation ou contrai ntelvitesse de déformation permettent de caractériser le comportement rhéologique des matériaux, par lois d'origine expérimentale sont établies par des essais de trac tion ou de compression sur des éprouvettes constituées d'échantillons matériau, à partir des mesures des forces engendrées sur l'échantillon par les sollicitations appliquées. L'un des buts de l'invention est de proposer un tel banc qui permette solliciter l'échantillon indifféremment (ou alternativement) en traction ou en compression, de manière à pouvoir effectuer les essais recherchés. De plus, s'agissant de matériaux biologiques ou destinés à l'usage biolo gique, est souvent intéressant de pouvoir étudier le comportement de ces matériaux dans certaines conditions particulières d'environnement, notamment de température et/ou lorsque le matériau baigne dans un flui de. Si l'on prend par exemple le cas de l'étude du comportement rhéologique de la paroi d'un vaisseau, il est souhaitable que l'échantillon puisse bai gner dans un bain thermostaté simulant les conditions d'humidité, tempé rature, salinité, etc. régnant au sein de l'organisme. II est également sou haitable, pour des expérimentations in vitro, de pouvoir étudier les effets de tel tel principe actif sur le comportement de l'échantillon tissulaire, par exemple les modifications d'élasticité de la paroi d'un vaisseau. Ces diverses contraintes, propres à la mesure des matériaux du vivant, imposent une configuration particulière du banc de mesure, que permet précisément la structure de la présente invention. Le banc de mesure de l'invention est apte à solliciter l'échantillon indif féremment en traction et en compression, et comprend : un bâti support fixe ; un actionneur supporté par le bâti fixe, apte à appliquer un déplace ment linéaire contrôlé à une tige mobile ; un équipage mobile comprenant un étrier relié en partie proximale à la tige mobile de l'actionneur et en partie distale à des moyens de liaison à une première extrémité de l'é chantillon ; un capteur de force supporté par le bâti fixe, pourvu d'une tige de mesure reliée à des moyens de liaison à une seconde extrémité de l'é chantillon ; moyens de pilotage de l'actionneur, aptes à commander un déplacement prédéterminé de la tige mobile ; et des moyens de traite ment d'un signal délivré par le capteur de force, aptes à établir une carac téristique la force mesurée par le capteur en fonction du déplacement linéaire appliqué par l'actionneur Selon diverses caractéristiques subsidiaires avantageuses - les moyens de liaison à la seconde extrémité de l'échantillon sont dis posés en une position intermédiaire comprise entre les extrémités proximale et distale de l'étrier; - le banc est un banc vertical et l'extrémité distale de l'étrier et les moyens de liaison à la première et à la seconde extrémité de l'échan tillon sont disposés à un niveau inférieur à celui de l'actionneur et du capteur de force ; - le banc comprend en outre une enceinte, notamment une enceinte thermostatée, dans laquelle sont immergés l'échantillon, ainsi que l'ex trémité distale de l'étrier et les moyens de liaison à première et à la seconde extrémité de l'échantillon ; - l'actionneur est apte à solliciter l'échantillon alternativement en traction et en compression. On va décrire un exemple de réalisation de l'invention, référence à la figure unique annexée qui est une vue en élévation du banc de mesure de l'invention montrant les différents éléments constitutifs celui-ci. la figure, la référence 100 désigne de façon générale un bâti support fixe et, par convention, tous les éléments solidaires de ce bâti (eléments fixes) seront désignés par une référence numérique 102, 104 ... la même manière, la référence 200 désigne un ensemble mobile par rapport au bâti 100, et tous les éléments mobiles solidaires cet en semble seront désignés par une référence 202, 204 ... cette manière, on pourra distinguer aisément organes fixes et organes mobiles sachant que, par inversion cinématique, on pourrait bien entendu concevoir un banc fonctionnant selon les mêmes principes mais dont les élements 100, 102, 104 ... seraient les éléments mobiles et les éléments 200, 202, 204... seraient les éléments fixes. Par ailleurs, le banc de mesure est avantageusement un banc vertical, est-à-dire que la représentation de la figure est une vue en élévation. Ceci permet notamment, comme on le décrira plus bas, de disposer en partie inférieure un récipient dans lequel baigne l'échantillon, référencé Cette configuration de banc vertical n'est toutefois pas limitative, et on pourrait également concevoir un banc horizontal fonctionnant selon les memes principes (c'est à dire que la figure serait alors une vue en plan), dès lors qu'il ne serait plus nécessaire de disposer l'échantillon dans un bain de liquide. Le bâti 100 comporte une colonne verticale 102 montée sur un plateau horizontal 104, avec en partie supérieure une potence 106 supportant au bout d'une tige 108 (de préférence par des moyens ajustables en hauteur, représentés) un actionneur linéaire 110 apte à imprimer un déplace ment prédéterminé à une tige verticale mobile 202. L'actionneur 110 est par exemple un excitateur linéaire 0-300 Hz avec amplitude de déplacement typique 0-15 mm, permettant si on le sou haite d'imprimer un déplacement alternatif contrôlé à la tige mobile. actionneur 110 est commandé par un signal de pilotage A issu d'un système informatique 400, et inclus un capteur de déplacement permet- tant de retourner à ce même système informatique la valeur instantanée x déplacement appliqué à l'actionneur. La tige 202 est reliée à la traverse supérieure (proximale) 204 d'un équi page mobile 206 comportant en outre deux longerons verticaux 208 pro- longés en partie inférieure par des colonnes 210 reliées à leurs extrémi tés par une traverse inférieure (distale) 212 comportant des moyens de liaison à l'échantillon 300 en partie inférieure de celui-ci. Les moyens de liaison 214 peuvent être soit un plateau (pour un échan tillon sollicité en permanence en compression, ou pour un échantillon collé sur plateau) soit un autre moyen de fixation tel que pince, mâ choire, crochet, etc. (pour une sollicitation en traction). Approximativement à mi-hauteur de l'équipage mobile 206, le bâti 100 supporte en outre une traverse fixe 112 portant un capteur de force 114 (dont le corps est donc fixe, car solidaire du bâti 100) pourvu d'une tige de mesure 116 solidaire de moyens 118 de fixation à l'échantillon 300 en partie supérieure de celui-ci. Comme les moyens 214, ces moyens 118 peuvent être constitués d'un simple plateau, ou bien d'une pince, mâchoire ou crochet, selon la nature de l'échantillon et le type de sollicitation que l'on souhaite lui appliquer. La traverse 112 supporte également des moyens de guidage des longe rons 208 de l'équipage mobile 206, par exemple des glissières à billes permettant de réduire à un minimum les frottements susceptibles de faus ser les mesures effectuées au moyen du banc. Le capteur 114 est par exemple un capteur de force 2 daN exten sionlcompression, produisant en sortie un signal F délivré pour traitement au système informatique 400. Grâce à la configuration que l'on vient de décrire, l'échantillon 300 est si tué entièrement en partie inférieure du banc, au dessous de l'actionneur 110 et du capteur 114. Un premier avantage de cette configuration est de permettre un change ment aisé des moyens de fixation 118, 214, simplement par échange de la tige mesure 116 du capteur 114, d'une part, et de l'étrier constitué de la traverse inférieure 212 et des colonnes 210, d'autre part. Ceci per met d'adapter aisément le banc à la mesure d'échantillons de types diffé rents, simplement par échange de ces organes sans nécessiter aucune autre modification ni réglage du reste du banc. Un autre avantage de la configuration que l'on vient de décrire est de per mettre disposer autour de l'échantillon 300 un récipient 122 destiné à placer l'échantillon dans un environnement contrôlé. Le récipient 122 est avantageusement une enceinte contenant un liquide 124 et fermée par un couvercle 126 de protection contre les éclaboussu res, traversé par les trous de passage des colonnes 210 et de la tige de mesure 116. Cette enceinte peut être une enceinte thermostatée avec une double paroi définissant un volume périphérique 128 dans lequel il est possible, via des orifices d'entrée 130 et de sortie 132, de faire circu ler de l'eau à température régulée, de manière assurer la stabilisation de la température à une valeur prédéterminée souhaitée. Le système informatique 400 comporte divers moyens permettant de pi loter le fonctionnement de l'actionneur 110 (signal de commande S), et de recueillir et traiter les données de déplacement (signal X) délivrées par l'actionneur 110 et les données de force (signal F) délivrées par le cap- teur 114. REVENDICATIONS 1. banc de mesure pour l'étude du comportement rheologique de ma tériaux mous, notamment de biomatériaux ou de tissus physiologiques, ce banc étant apte à solliciter un échantillon (300) du matériau et à mesurer forces engendrées sur l'échantillon par ces sollicitations, caractérisé en ce que le banc est un banc apte à solliciter l'échantillon in- differemment en traction et en compression, et comprenant - bâti support fixe (100), - un actionneur (110) supporté par le bâti fixe, apte à appliquer un dé placement linéaire contrôlé à une tige mobile (202), - un équipage mobile (200) comprenant un étrier (206) relié en partie proximale (204) à la tige mobile de l'actionneur et partie distale (212) à des moyens (214) de liaison à une première extrémité de l'échantillon, - un capteur de force (114) supporté par le bâti fixe, pourvu d'une tige de mesure (116) reliée à des moyens (118) de liaison à une seconde extrémité de l'échantillon, - des moyens (400) de pilotage de l'actionneur, aptes à commander un déplacement prédéterminé (x) de la tige mobile, et - des moyens (400) de traitement d'un signal (F) délivré par le capteur force, aptes à établir une caractéristique de la force mesurée par le capteur en fonction du déplacement linéaire appliqué par l'actionneur 2. banc de mesure de la revendication 1, dans lequel les moyens (118) de liaison à la seconde extrémité de l'échantillon sont disposés en une position intermédiaire comprise entre les extrémités proximale (204) et distale (212) de l'étrier. 3. banc de mesure de la revendication 1, dans lequel le banc est un banc vertical et l'extrémité distale (212) de l'étrier et les moyens (214, 11 de liaison à la première et à la seconde extrémité de l'échantillon sont disposés à un niveau inférieur à celui de l'actionneur (110) et du capteur de force (122). 4. Le banc de mesure de la revendication 3, comprenant en outre une enceinte (122), notamment une enceinte thermostatée (122, 126, 130, 132), dans laquelle sont immergés l'échantillon (300) ainsi que l'extrémité distale (212) de l'étrier et les moyens (214, 118) de liaison la première et la seconde extrémité de l'échantillon. 5. Le banc de mesure de la revendication 1, dans lequel l'actionneur (110) est apte à solliciter l'échantillon alternativement en traction et en compression.