Brevet FR2832082A1 — publié le 20030516

La présente invention concerne une sonde pour mesurer la teneur en un gaz dissout d'un liquide, ainsi qu'un procédé de nettoyage d'une membrane d'une sonde. Pour mesurer la teneur en un gaz dissout d'un liquide, il est connu d'utiliser une sonde du type comprenant : une membrane imperméable au liquide et perméable au gaz dissout, - une chambre étanche, contenant un électrolyte et pour partie délimitée par la membrane qui sépare l'intérieur de la chambre d'une région destinée à être occupée par le liquide, et - une anode et une cathode disposées dans la chambre, à l'écart l'une de l'autre. Le fonctionnement de sondes de ce type est détaillé dans les ouvrages suivant : - le livre de Georges HASCH, intitulé Capteurs en instrumentation industrielle et édité en France par Dunod (chapitre 18-3-3 : électrodes à gaz) ; et - le livre de A. BELAUD, intitulé Oxygénation de l'eau en pisciculture intensive et édité en France par Cépaduès-Editions (chapitre 2-1 : oxymètre électronique). Lors du fonctionnement de cette sonde, du gaz dissout migre du liquide dans l'électrolyte, à travers la membrane, la mesure de concentration à l'aide de l'anode et de la cathode étant effectuée à l'intérieur de la chambre. Par conséquent, la qualité de cette mesure dépend de la propreté de la membrane. Or, dans certaines applications, la sonde est plongée dans un milieu tel que sa membrane a tendance à progressivement s'encrasser et s'obstruer. C'est notamment le cas des sondes à oxygène placées dans les eaux des piscicultures pour y mesurer la teneur en oxygène, les surfaces en contact avec de telles eaux se couvrant progressivement d'un dépôt généralement appelé fouling et résultant notamment du développement d'organismes vivants, tels que des bactéries ou des végétaux. Pour éviter d'avoir à régulièrement retirer et nettoyer manuellement une telle sonde, il est connu d'équiper cette dernière d'un moteur d'entraînement immergé et d'une brosse, également immergée, accouplée au moteur et destinée à venir nettoyer mécaniquement, à intervalles réguliers, la membrane de la sonde. L'ensemble ainsi formé, dans lequel doivent être prévus des moyens d'étanchéité de la chambre du moteur, est complexe et sa consommation en énergie est de l'ordre de plusieurs Watts. Aussi, le nettoyage de la membrane se traduit par un surcoût conséquent. L'invention, qui entend remédier à cet inconvénient, a donc au moins pour but de réduire le coût lié au maintien des performances d'une sonde du type précité après une longue utilisation. A cet effet, l'invention a pour objet une sonde de ce type, prévue pour mesurer la teneur en un gaz dissout d'un liquide, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif apte à émettre des ultrasons de nettoyage de la membrane. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de cette sonde : - le dispositif apte à émettre des ultrasons est disposé pour émettre les ultrasons en direction de la membrane, directement dans au moins l'un des deux milieux que sont l'électrolyte et le liquide ; - le dispositif apte à émettre des ultrasons comporte un générateur d'au moins une fréquence d'ultrasons, ainsi qu'un émetteur d'ultrasons destiné à être excité par le générateur ; - l'émetteur d'ultrasons est du type à électrostriction d'une céramique ; - l'émetteur d'ultrasons est au moins en partie dans ladite chambre ; - l'émetteur d'ultrasons est monté à joint étanche dans une ouverture prévue dans une paroi délimitant pour partie la chambre ; - la sonde comporte une deuxième chambre étanche, dans laquelle est disposé le générateur d'au moins une fréquence d'ultrasons. L'invention a également pour objet une utilisation d'une sonde telle que définie ci-dessus, pour mesurer la teneur en oxygène dissout d'une eau. En outre, l'invention a pour objet un procédé pouvant être utilisé pour une sonde telle que définie ci-dessus, et plus particulièrement un procédé de nettoyage d'une membrane d'une sonde pour mesurer la teneur en un gaz dissout d'un liquide, cette sonde comprenant : - la membrane, qui est imperméable au liquide et perméable au gaz dissout, - une chambre étanche, pour partie délimitée par la membrane et contenant un électrolyte, et - une anode et une cathode disposées dans la chambre, à l'écart l'une de l'autre, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on soumet à des ultrasons la membrane de la sonde qui est en place pour effectuer une détection ou une mesure dans le liquide, la membrane séparant alors l'électrolyte du liquide. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de ce procédé, il est mis en oeuvre en même temps qu'on utilise la sonde pour effectuer une détection ou une mesure dans le liquide. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant à la figure unique annexée qui est une vue schématique, en coupe axiale, d'une sonde conforme l'invention. Cette sonde est prévue pour mesurer la teneur en oxygène dissout d'une eau telle qu'une eau de pisciculture. Le principe et la structure de base d'une telle sonde étant connus en soi, la sonde représentée a pu être simplifiée, dans un soucis de clarté uniquement. Cette sonde comporte un corps 1, dont les parois délimitent presque entièrement deux chambres attenantes 2 et 3, étanches à l'eau et séparées l'une de l'autre par une paroi commune 4. La chambre 3, qui contient de l'air, est prévue pour abriter, sensiblement au sec, divers appareillages qui seront détaillés par la suite. La chambre 2 est pour partie délimitée par une membrane 5 et par une paroi d'extrémité 6 en regard de la paroi de séparation 4. La paroi d'extrémité 6 comporte une ouverture centrale 7, qui forme un passage mettant en communication l'intérieur de la chambre 2 avec l'extérieur de la sonde. Ce passage est fermé de manière étanche par la membrane 5, tendue en travers. Cette dernière est imperméable à l'eau et perméable à l'oxygène dissout dedans et, dans l'exemple illustré, elle est réalisée en polytétrafluoroéthylène ou en polypropylène. Une cathode 8, en contact avec la membrane 5, et une anode 9 sont disposées à l'écart l'une de l'autre, à l'intérieur de la chambre 2, laquelle contient un électrolyte liquide. Un fil électrique 10a et un fil électrique lOb sont respectivement connectés à l'anode 9 et à la cathode 8. L'ensemble qui vient d'être décrit est globalement symétrique par rapport à un axe central A. La sonde représentée est en outre équipée d'un dispositif 11 de nettoyage par ultrasons de la membrane 5. Ce dispositif de nettoyage 11 comporte un circuit électronique 12 implanté sur une carte 13 et prévu pour générer une fréquence d'ultrasons, ainsi qu'un émetteur d'ultrasons 14, qui est connecté au circuit 12. Cet émetteur d'ultrasons 14 est du type à électrostriction d'une céramique, c'est-à-dire comporte deux éléments conducteurs, non représentés, destinés à créer entre eux un champ électrique variable, ainsi qu'une céramique appropriée, également non représentée, disposée entre les deux éléments conducteurs, là où le champs électrique est destiné à régner. La fréquence générée par le circuit 12 est délivrée sous la forme d'une tension alternative qui alimente l'émetteur d'ultrasons : cette tension est appliquée entre les deux éléments conducteurs et, de ce fait, elle est à l'origine du champ électrique précité. L'électrostriction de la céramique à la fréquence d'alimentation par le circuit électronique 12 se traduit par des vibrations qui donnent naissance aux ultrasons émis par l'émetteur 14. Le circuit électronique 12 est monté à l'intérieur de la chambre 3. L'émetteur d'ultrasons 14 est quant à lui monté à joint étanche dans une ouverture prévue dans la paroi 4, si bien qu'il est en partie dans la chambre 2, et en contact avec l'électrolyte. A l'opposé de la membrane 5, un presse-étoupe 15 assure le raccordement étanche d'un tuyau 16 sur la chambre 3. A l'intérieur de ce tuyau 16, des fils non représentés, prévus les uns pour la transmission d'un signal contenant la mesure de la teneur en oxygène dissout et les autres pour l'alimentation électrique du circuit électronique 12 et d'autres dispositifs qui peuvent être installés dans la chambre 3, cheminent à l'abri de l'eau, jusqu'à cette chambre 3. Pour ce qui concerne la mesure de la teneur en oxygène dissout, le fonctionnement de la sonde est connu en soi, et seules les grandes lignes de ce fonctionnement sont rappelées dans ce qui suit. Cette sonde est plongée dans l'eau, par exemple d'une pisciculture, dont on veut mesurer la teneur en oxygène dissout. La membrane 5, en contact direct avec l'eau et l'électrolyte qu'elle sépare l'un de l'autre, est traversée par de l'oxygène dissout qui migre depuis l'eau vers l'électrolyte, ce qui est matérialisé par les flèches F sur la figure unique. Les fils 10a et lOb permettent de récupérer un signal électrique qui est généré entre l'anode 9 et la cathode 8, se présente sous la forme d'un courant ou d'une tension et dépend de la quantité d'oxygène qui traverse la membrane 5. Pour ce qui est du nettoyage de la membrane 5, il est effectué par le dispositif de nettoyage 11, lorsque la sonde est immergée, par exemple quand elle est en place pour effectuer des mesures. En effet, il est tiré parti du fait que lorsque la sonde est en position d'utilisation, les deux faces de la membrane 5 sont baignées par un liquide, ce qui permet le nettoyage de cette membrane 5 à l'aide d'ultrasons. Comme l'émetteur d'ultrasons 14 est en partie immergé dans l'électrolyte, il émet directement les ultrasons dans cet électrolyte. En outre, il est disposé pour que les ultrasons émis, symbolisés par les arcs US, se propagent essentiellement dans la direction de la membrane 5. Le fonctionnement du dispositif de nettoyage 11 peut être intermittent. Toutefois, il se peut que le fait de soumettre la membrane 5 à des ultrasons améliore la sensibilité et le temps de réponse de la sonde, parce que cela pourrait favoriser la migration de l'oxygène à travers cette membrane 5. En outre, le bon fonctionnement de la sonde requiert de placer celle-ci là où un courant minimal existe dans l'eau. La présence des ultrasons pourrait également se traduire par un abaissement du seuil au-dessus duquel la vitesse de ce courant doit se situer pour que la mesure effectuée par la sonde soit correcte. Par conséquent, il pourrait s'avérer avantageux de faire fonctionner le dispositif de nettoyage 11 de manière continue, en même temps que la sonde est utilisée pour effectuer une mesure de concentration. Conformément au but que l'invention entend atteindre, la sonde représentée à la figure unique est notablement moins coûteuse que la sonde de l'art antérieur. En outre, sa consommation est de l'ordre de quelques dizaines de milliWatts, à comparer à la consommation de plusieurs Watts de la sonde de l'art antérieur précité. Parmi les avantages de la sonde représentée à la figure unique, on notera qu'elle est particulièrement simple. De plus, elle ne comporte pas de pièce en mouvement. Or, de telles pièces en mouvement requièrent généralement un entretien particulier et sont susceptibles de se coincer, de se gripper et, de manière générale, de provoquer une panne. En outre, l'usage d'ultrasons pour le nettoyage de la membrane 5 conduit à une réduction de la vitesse de progression d'un phénomène causant une dégradation progressive des sondes classiques, voire il conduit à l'élimination de ce phénomène qui est la fixation sur l'anode 9 d'oxyde du matériau dans lequel est réalisée cette anode 9. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit précédemment. En particulier, la génération des ultrasons peut être obtenue à l'aide d'un dispositif autre que celui qui est référencé 11, par exemple au moyen d'un générateur piézoélectrique ou magnétostrictif. De plus, ce dispositif apte à émettre des ultrasons peut également être placé en dehors de la sonde, auquel cas il peut soit encore constituer un équipement de cette sonde, soit être distinct d'elle. En outre, bien que l'exemple décrit précédemment se rapporte à une sonde à oxygène dissout dans de l'eau, des sondes prévues pour des gaz dissouts autres que de l'oxygène et/ou des solvants autres que de l'eau ne sortent pas du cadre de l'invention. De même, les sondes pour détecter la présence d'une substance dissoute ne sortent pas du cadre de l'invention, puisqu'elles aussi effectuent une mesure correspondant à une teneur, afin de pouvoir la comparer à un seuil. REVENDICATIONS 1. Sonde pour mesurer la teneur en un gaz dissout d'un liquide, cette sonde comprenant : une membrane (5) imperméable au liquide et perméable au gaz dissout, une chambre étanche (2), contenant un électrolyte et pour partie délimitée par la membrane (5) qui sépare l'intérieur de la chambre (2) d'une région destinée à être occupée par le liquide, et - une anode (9) et une cathode (8) disposées dans la chambre (2), à l'écart l'une de l'autre, cette sonde étant caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif (11) apte à émettre des ultrasons (US) de nettoyage de la membrane (5). 2. Sonde selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif (11) apte à émettre des ultrasons (US) est disposé pour émettre les ultrasons en direction de la membrane (5), directement dans au moins l'un des deux milieux que sont l'électrolyte et le liquide. 3. Sonde selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le dispositif (11) apte à émettre des ultrasons (US) comporte un générateur (12) d'au moins une fréquence d'ultrasons (14), ainsi qu'un émetteur d'ultrasons destiné à être excité par le générateur (12). 4. Sonde selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'émetteur d'ultrasons (14) est du type à électrostriction d'une céramique. 5. Sonde selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que l'émetteur d'ultrasons (14) est au moins en partie dans ladite chambre (2). 6. Sonde selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que l'émetteur d'ultrasons (14) est monté à joint étanche dans une ouverture prévue dans une paroi (4) délimitant pour partie la chambre (2). 7. Sonde selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisée en ce qu'elle comporte une deuxième chambre étanche (3), dans laquelle est disposé le générateur (12) d'au moins une fréquence d'ultrasons. 8. Utilisation d'une sonde selon l'une quelconque des revendications précédentes pour mesurer la teneur en oxygène dissout d'une eau. 9. Procédé de nettoyage d'une membrane (5) d'une sonde pour mesurer la teneur en un gaz dissout d'un liquide, cette sonde comprenant : - la membrane (5), qui est imperméable au liquide et perméable au gaz dissout, - une chambre étanche (2), pour partie délimitée par la membrane (5) et contenant un électrolyte, et - une anode (9) et une cathode (8) disposées dans la chambre (2), à l'écart l'une de l'autre, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on soumet à des ultrasons (US) la membrane (5) de la sonde qui est en place pour effectuer une détection ou une mesure dans le liquide, la membrane (5) séparant alors l'électrolyte du liquide. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre en même temps qu'on utilise la sonde pour effectuer une détection ou une mesure dans le liquide.