Brevet FR2805647A1 — publié le 20010831

La présente invention concerne le domaine de 1 expérimentation physiologique à but pédagogique. Dans un cadre scolaire, pour les collèges et les lycées, on cherche à illustrer de façon aussi démonstrative possible divers phénomènes physiologiques en expérimentant des sujets tels que des animaux ou plantes. En particulier, il est intéressant de pouvoir mettre en oeuvre diverses manipulations illustrant fermentation de différents produits, la respiration de différents animaux ou plantes, ou la transpiration des végétaux. Il est intéressant pour cela de disposer d'un appareillage unique d'expérimentation physiologique qui soit capable de mettre en évidence de façon claire un dégagement ou une consommation d'oxygène ou d'eau, et si possible d'être à même de mesurer les volumes dégagés ou consommés lors de ces manipulations. A l'heure actuelle, de telles manipulations sont effectuées avec des appareillages traditionnels de laboratoire, comportant des seringues, des éprouvettes et béchers que l'on ferme par un bouchon, et que l'on raccorde à un capteur de mesure. I1 existe donc un besoin d'un dispositif expérimentation physiologique à but pédagogique qui soit de structure simple et capable de mettre en oeuvre diverses manipulations de façon très démonstrative, tout en permettant des mesures directes des phénomènes observés. Ce problème est résolu conformément à l'invention grâce à un dispositif d'expérimentation physiologique à but pédagogique comportant un corps tubulaire fermé extrémité, et un piston coulissant axialement dans ledit corps en délimitant une enceinte expérimentale de volume variable, et ledit piston présentant un canal intérieur s'étendant axialement sur toute sa longueur, des moyens mécaniques étant en outre prévus pour bloquer le piston rapport au corps tubulaire dans une position axiale prédéterminée. canal intérieur du piston permet ainsi de laisser passer l'oxygène ou l'eau ou un autre fluide dont on cherche à mesurer le volume absorbé ou dégagé. Les moyens mecaniques de blocage du piston par rapport au corps tubulaire sont très précieux pour certaines manipulations dans lesquelles un dégagement gazeux a tendance à faire sortir piston, ce qui fausserait la mesure. Enfin, la possibilité d'avoir différents volumes d'enceintes expérimentales, qui sont contrôlés par les moyens mécaniques de blocage précités, confère une très grande souplesse dans le cadre des différentes manipulations pouvant être mises en oeuvre avec le dispositif. De préférence, le piston a une forme générale cruciforme, et présente à une extrémité un disque d'étanchéité délimitant le volume variable de l'enceinte expérimentale. Avantageusement alors, le piston présente quatre ailes radiales dont l'une présente une pluralité d'encoches au niveau de son bord libre, et le corps tubulaire présente un ergot saillant intérieurement, lesdites encoches et ledit ergot constituant les moyens de blocage dudit piston par rapport audit corps dans autant de positions axiales qu'il y a d'encoches. Il est par ailleurs intéressant de prévoir que le piston présente à son autre extrémité un embout creux de raccordement dont le passage central se raccorde au canal intérieur. En particulier, le piston presente, autour de son embout creux de raccordement, un capotage cylindrique qui est d'une pièce avec ledit piston. Il est par ailleurs intéressant prévoir que le dispositif d'expérimentation selon l'invention soit équipé d'un raccord de jonction comportant deux embouts mâles dont l'un peut s'insérer dans l'embout creux piston, et dont l'autre est entouré par une jupe de préhension. De préférence, le piston présente une âme centrale cylindrique de laquelle saillent les quatre ailes radiales, ladite âme présentant un alésage central constituant le canal interieur dudit piston. En particulier, l'alésage central aura un diamètre de 1 à 2 mm. De préférence, le corps tubulaire est fermé à une extrémité un bouchon amovible. Alors, dans un mode d'exécution particulier, le bouchon amovible présente un logement intérieur destiné à recevoir produits solides à forte concentration en potasse, la face du bouchon qui est du côté de l'enceinte expérimentale étant poreuse aux gaz. En variante, le bouchon amovible est un bouchon fendu présentant un alésage central. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre et des dessins annexés, concernant un mode de réalisation particulier, en référence aux figures où - figure 1 est une vue en perspective du dispositif d'expérimentation physiologique conforme à l'invention, - figure 2 est une vue en perspective du piston équipant le dispositif précité, - figure 3 est une vue de dessus du même piston, et les figures 4 et 5 sont les coupes associées selon IV-IV et V-V respectivement, - figure 6 illustre en perspective un bouchon de fermeture du corps tubulaire, - le figure 7 illustre en perspective un autre type de bouchon à logement intérieur et face percée, - la figure 8 est une coupe selon VIII-VIII de la figure 7, - la figure 9 est une vue en élévation d'un raccord de jonction équipant le dispositif d'expérimentation selon l'invention, et la figure 10 est la coupe associee selon X X, - la figure 11 est une vue en perspective d'une variante du piston équipant le dispositif précite, - les figures 12 et 13 sont des vues en élévation du piston de la figure 11, et les figures 14 et 15 sont une vue et une coupe associées selon XIV-XIV et XV-XV de la figure 12, - la figure 16 illustre le dispositif expérimentation physiologique selon l'invention dans le cadre d'une manipulation de fermentation, - la figure 17 illustre le même dispositif dans le cadre d'une manipulation de respiration, - la figure 18 illustre enfin le même dispositif dans le cadre d'une manipulation de transpiration de vegétaux. On va tout d'abord décrire, en référence aux figures 1 à 15, la structure générale d'un dispositif d expérimentation physiologique a but pédagogique conforme à l'invention. Le dispositif noté 10 comporte un corps tubulaire d'axe X fermé à une extrémité par un bouchon 12, et un piston 13 qui coulisse axialement dans ledit corps en delimitant une enceinte expérimentale 15 de volume variable. Conformément à une première caractéristique de 1 invention, le piston 13 présente un canal intérieur 17 s'étendant axialement selon l'axe X commun au piston 13 et au corps tubulaire 11, sur toute la longueur dudit piston. On constate ici que le piston 13 a une forme générale cruciforme, et présente à une extrémité un disque d'étanchéité 14 délimitant le volume variable 15 de l'enceinte expérimentale. A son autre extrémité, le piston 13 présente un embout creux de raccordement 21 dont le passage central 22 se raccorde au canal intérieur 17. Le piston 13 présente ainsi une âme centrale cylindrique 16 de laquelle saillent les quatre ailes radiales 18, et cette âme centrale 16 présente un alésage central constituant le canal intérieur 17 précité du piston 13. A titre indicatif, l'alesage central 17 aura un diamètre sensiblement compris entre 1 et 2 mm. Conformément à une autre caractéristique du dispositif selon l'invention, des moyens mécaniques sont en outre prévus pour bloquer le piston 13 par rapport au corps tubulaire 11 dans une position axiale déterminée. Ces moyens de blocage permettent de choisir le volume de l'enceinte expérimentale 15 en fonction de la manipulation réalisée et des animaux, plantes ou organismes observés. Dans certaines manipulations, on doit pouvoir observer un dégagement de gaz, et les moyens mécaniques blocage combinés au canal intérieur 17 permettent justement une telle observation, ainsi qu'une mesure quantitative des volumes concernés, sans perturbation indésirable qui résulterait d'un mouvement axial du piston 13 dans le corps tubulaire 11. En l'espèce, on a illustré un mode exécution particulier de ces moyens mécaniques de blocage du piston 13 rapport au corps tubulaire 11, sous la forme d'une pluralité d'encoches 19 que présente l'une ailes radiales 18 du piston 13 au niveau de son bord libre. Le corps tubulaire 11 présente quant à lui un ergot 20 saillant intérieurement. Les encoches 19 et 'ergot 20 constituent ainsi les moyens de blocage précités du piston 13 rapport au corps tubulaire 11 dans autant de positions axiales qu'il y a d'encoches. En l'espèce, on a prévu sept encoches, qui permettent d'avoir sept positions axiales différentes. Il est aisé de comprendre que la coopération entre l'ergot 20 et l'une quelconque des encoches 19 produit un blocage axial du piston 13 par rapport au corps tubulaire 11. Lorsque l'on veut changer cette position axiale, il suffit de faire tourner légèrement le piston 13 par rapport au corps tubulaire pour dégager l'encoche 19 concernée de l'ergot 20, puis de déplacer d'une course désirée le piston 13 pour amener une nouvelle encoche 19 au niveau de l'ergot 20, après quoi il suffit de tourner en sens inverse le piston 13 pour produire un nouveau blocage mécanique dans la nouvelle position obtenue. La figure 5 permet de mieux distinguer l'agencement de l'embout creux de raccordement 21 avec son passage 22 qui communique avec le canal central 17 du piston 13. L'embout 21 présente de préférence la même géométrie que les embouts femelles traditionnels adaptés au montage d'une extrémité de seringue dans le domaine médical. On constate également que le piston 13 présente, autour de son embout creux de raccordement 21, un capotage cylindrique 23 qui est d'une pièce avec ledit piston. Ce capotage cylindrique 23 constitue un bac de rétention qui évite des écoulements indésirables de liquide. L'embout creux de raccordement 21 permet de monter un tuyau souple qui vient s'enficher dans celui-ci, où l'extrémité d'une seringue qui vient également s'enficher l'intérieur de celui-ci. Dans le cas de tuyaux souples, la manipulation avec les doigts n'est pas aisée, surtout lorsqu'il s'agit de débrancher le tuyau préalablement monté sur l'embout de raccordement 21. On peut alors utiliser un raccord de jonction tel que celui qui est illustré aux figures 9 et 10. Ce raccord de jonction, noté 25, est une pièce monobloc comportant deux embouts mâles 26, 27, de forme légèrement conique, dont l'un (embout 26) peut s'insérer dans l'embout creux 21 du piston 13, et dont l'autre (embout 27) est entouré par une jupe de préhension 28. Ce raccord de jonction 25 peut aisément être enfiché par son embout 26 dans l'embout de raccordement 21 du piston 13, et surtout être aisément débranché de celui-ci. L'embout 27 sert quant lui au raccordement permanent avec un tuyau souple. Le jupe de préhension 28 est de préférence cannelée extérieurement pour faciliter la manipulation, meure si le composant est humide. Sur la figure 1, on a illustré un bouchon de fermeture 12 traditionnel pour fermer l'extrémité du corps tubulaire 11. Ce bouchon est en l'espèce amovible, de façon à pouvoir monter un autre type de bouchon, comme cela va être décrit ci-après. La figure 6 illustre en perspective le bouchon 12 précité, avec sa jupe cannelée 12.1 et sa couronne dentelée de préhension 12.2. Dans certaines manipulations, il est intéressant de pouvoir absorber un gaz particulier, par exemple le gaz carbonique, afin de s'intéresser au seul dégagement d'oxygène. Il est alors intéressant de prévoir bouchon amovible capable de recevoir des produits solides à forte concentration en potasse, en particulier des cristaux de potasse ou des filtres tamponés d'eau saturée en potasse. Ainsi, lorsqu'on observe des éléments vivants qui consomment de l'oxygène, le rejet de gaz carbonique est alors absorbé par les produits à forte concentration de potasse, et le volume consommé ou dégagé correspond au seul volume d'oxygène. Les figures 7 et 8 illustrent à cet effet un autre type de bouchon amovible capable de mettre en oeuvre cette fonction. On distingue ainsi un bouchon 112 présentant un logement intérieur 112.1 destiné à recevoir des produits solides à forte concentration en potasse. Le bouchon amovible 112 est ici fermé inférieurement par le bouchon 12 illustré à la figure 6, et supérieurement par une face 112.3 qui est du côté de l'enceinte expérimentale 15. Cette face 112.3 est poreuse aux gaz, par exemple en présentant une pluralité de trous 112.4. Le bouchon 112 présente en outre une couronne dentelée de manipulation 112.2 identique la couronne 112.2 du bouchon 12. On pourra encore utiliser un autre type de bouchon amovible, comme celui qui sera décrit plus loin en référence à la manipulation représentée la figure 13. Le bouchon amovible 212 est alors un bouchon en silicone qui est fendu, en présentant une fente radiale 212.1 sur toute sa hauteur, et présente un alésage central 212.2 permettant par exemple de faire passer la tige d'une feuille ou la racine d'une plante. Les figures 11 à 15 illustrent une variante du piston décrit précédemment en référence aux figures 2 à 5, et on a conservé les mêmes références pour les éléments homologues. Le piston 13 modifié se différencie du précédent piston par trois changements structurels. Tout d'abord, le capotage cylindrique 23 est supprimé pour faciliter l'accès de l'embout de raccordement 21, ce qui permet de se passer du raccord de jonction des figures 9 et 10. Ensuite, l'une au moins (ici une) des ailes radiales 18 qui sont exemptes d'encoches 19 présente un bord libre renflé 30, ayant ici une section en forme de fourche : ce bord libre renflé permet si on le souhaite un clipsage du piston 13 sur un support (par exemple sur une pince de maintien à empreintes femelles comme cela sera décrit plus loin en référence à la figure 17). Enfin, le piston 13 présente des raidisseurs 29 joignant transversalement les ailes radiales 18 dudit piston : ceci améliore la solidité du piston qui résiste ainsi mieux aux manipulations. On va maintenant décrire la mise en oeuvre du dispositif d'expérimentation physiologique qui vient d'être décrit dans le cadre de diverses manipulations traditionnellement prévues aux programmes d'études des collèges ou des lycées. Sur la figure 16, on a illustré une manipulation de fermentation, en utilisant par exemple des levures de boulangerie pour fermenter du moût de raisin. Dans ce cas, le piston 13 est amené dans la position axiale désirée correspondant au volume adéquat pour les produits disposés dans l'enceinte expérimentale 15, puis est bloqué par rapport au corps tubulaire 11 grâce à la coopération entre l'encoche correspondante 19 et de l'ergot 20. Sur l'embout creux de raccordement 21 du piston 13, on a monté une seringue traditionnelle 50 par l'extrémité de son corps 51, le piston de ladite seringue 52 pouvant librement coulisser dans le corps de seringue 51. Grâce à l'ajout de lactose ou de fructose aux levures de boulangerie saturées en oxygène, avec une solution d'eau oxygénée gluconique, les produits disposes dans l'enceinte de volume fixe 15 commencent à dégager du gaz carbonique au bout de 10 15 mn. Comme le piston 13 est bloqué axialement, le dégagement de gaz carbonique ne peut déplacer le piston 13, et passe donc dans canal central 17 dudit piston pour pénétrer dans le corps de seringue 51, et soulever progressivement le piston 52 qui constitue alors un témoin visible de dégagement de gaz carbonique. Le corps de seringue 51 pourra être gradué en ml, afin d'apprécier le volume de gaz carbonique dégagé. On pourra également effectuer la manipulation à des températures variables, afin notamment d'illustrer le faible niveau de fermentation aux températures se rapprochant de 0 C. Sur la figure 17, on a illustré le même dispositif d'expérimentation dans le cadre d'une manipulation de respiration qui peut concerner des animaux tels que des asticots, des blattes, ou des plantes telles que des pétales de fleurs, ou des morceaux cellulaires, tels que des morceaux de muscles, ou encore des produits organiques tels que des enzymes de levures. Dans le cadre d'observation d'animaux, il sera en général préférable de disposer le dispositif d'expérimentation 10 dans une position horizontale, ce qui permet aussi d'éviter toute obturation de la face percée du bouchon 112 fermant le corps tubulaire 11. Ceci préserve en effet l'action des produits à forte concentration en potasse disposés dans ce bouchon amovible 112. Le raccord de jonction 25 est monté sur l'embout creux de raccordement 21 du piston 13, et on a enfiché un tuyau souple 60 sur l'embout mâle 27 dudit raccord. Dans ce tuyau souple, est prévu un index liquide 61. Dans le cas d'un dégagement ou d'une absorption de gaz dans l'enceinte expérimentale 15, on assiste alors à un déplacement visible de l'index liquide 61 dans un sens ou dans l'autre selon le cas. Si l'on a prévu comme c'est le cas ici des pinces de maintien 65 pour supporter le dispositif d'expérimentation 10, il est alors intéressant de mettre en place un réglet gradué 62 dans des rainures associées de ces pinces, afin de mesurer directement le déplacement de l'index liquide 61, et d' déduire le volume de gaz absorbe ou dégagé par connaissance de la section interne du tuyau souple 61. Le blocage axial du piston 13 par coopération entre une encoche 19 et l'ergot 20 est intéressant mais n'est pas obligatoire dans ce type de manipulation respiration. Le corps tubulaire 11 peut présenter extérieurement une courte ex croissance cylindrique 11.1 qui vient se clipser dans une empreinte femelle 65.1 de la pince 65 pour favoriser le maintien stable du dispositif. De plus, si l'on utilise un piston conforme à la variante des figures 11 à 15, le bord libre renflé à section fourchue permet un clipsage du piston dans l'empreinte femelle 65.1 de l'autre pince 65 ce qui améliore encore la stabilité du dispositif sur les deux pinces 65. Sur la figure 18, on a illustré le même dispositif dans le cadre d'une manipulation de transpiration, en particulier de transpiration d'une feuille de végétal. Dans ce cas, le dispositif est comme précédemment équipé d'un tuyau souple 60, et l'ensemble est disposé verticalement en étant supporté par deux pinces 65 qui sont maintenant clipsées sur une tige verticale 66 solidaire d'un plateau de base 67. Dans ce cas, on commence par mettre en place la feuille ou la plante concernée au niveau du bouchon de fermeture 212. La tige de la feuille ou la racine de la plante est alors insérée dans l'alésage central 212. du bouchon 212 et on réalise l'étanchéité en utilisant une pâte silicone avec durcisseur. Le remplissage d'eau est ensuite effectué, en veillant à éliminer les bulles air (une bulle d'air piégée à l'extrémité de la tige aurait pour effet de stopper l'absorption d'eau, ce qui fausserait complètement la manipulation). L'enceinte expérimentale 15 occupée en totalité par de l'eau, et cette eau passe dans le canal central 17 du piston 13, et dans le tuyau souple 60, pour remonter, à la façon d'un tube en ou syphon, jusqu'au niveau de la face inférieure du bouchon 212. Lorsque le végétal ainsi mis en place commence à transpirer, l'absorption d'eau correspondante se traduit par une baisse du niveau de la colonne dans le tuyau souple 61, baisse que l'on peut apprécier directement et mesurer au moyen du réglet gradué 62. On est ainsi parvenu à réaliser un dispositif d'expérimentation physiologique à but pédagogique qui est de structure simple et permet de réaliser plusieurs types de manipulations de façon très démonstrative, et qui est apte à permettre des mesures rapides et aisées par les manipulateurs. 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 énoncées plus haut. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'expérimentation physiologique à but pedagogique, caractérisé en ce qu'il comporte un corps tubulaire (11) fermé à une extrémité, et un piston (13) coulissant axialement dans ledit corps en délimitant une enceinte expérimentale (15) de volume variable, et ledit piston présentant un canal intérieur (17) 'étendant axialement sur toute sa longueur, des moyens mécaniques 20) étant en outre prévus pour bloquer le piston (13) par rapport au corps tubulaire (11) dans position axiale prédéterminée. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston (13) a une forme générale cruciforme, et présente à une extrémité un disque d'étanchéité (14) délimitant le volume variable de l'enceinte expérimentale (15). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le piston (13) présente quatre ailes radiales (18) dont l'une présente une pluralité d'encoches (19) au niveau de son bord libre, et le corps tubulaire (11) présente un ergot (20) saillant intérieurement, lesdites encoches et ledit ergot constituant les moyens de blocage dudit piston par rapport audit corps dans autant de positions axiales qu'il y a d'encoches. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le piston (13) présente à son autre extrémité un embout creux de raccordement (21) dont le passage central (22) se raccorde au canal intérieur (17). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le piston (13) présente, autour de embout creux de raccordement (21), un capotage cylindrique (23) qui est d'une pièce avec ledit piston. 6. Dispositif selon la revendication ou la revendication 5, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un raccord de jonction (25) comportant deux embouts mâles (26, 27) dont l'un (26) peut s'insérer dans l'embout creux (21) du piston (13), et dont l'autre (27) est entoure par une jupe de préhension (28). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le piston (13) présente une âme centrale cylindrique (16) de laquelle saillent les quatre ailes radiales (18), ladite âme présentant un alésage central (17) constituant le canal intérieur dudit piston. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'alésage central (17) a un diamètre de 1 à 2 mm. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que l'une au moins des ailes radiales (18) du piston (13) qui sont exemptes d'encoches (19) présente un bord libre renflé ), ledit bord ayant de préférence en section une forme de fourche. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que le piston (13) présente des raidisseurs (29) joignant transversalement les ailes radiales (18) dudit piston. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le corps tubulaire (11) est fermé à une extrémité par un bouchon amovible (12, 112, 212). 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le bouchon amovible (112) présente un logement intérieur (112.1) destiné à recevoir des produits solides forte concentration en potasse, la face (112.3) du bouchon qui est du côté de l'enceinte expérimentale (15) étant poreuse aux gaz. 13. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le bouchon amovible (212) est un bouchon fendu présentant un alésage central (212.2).