Brevet FR2851657A1 — publié le 20040827

i Coupelle d'échantillonnage de particules microbiologiques en suspension dans une atmosphère et dispositif portatif d'échantillonnage pourvu d'une telle coupelle L'invention concerne l'échantillonnage de polluants atmosphériques, et en particulier de particules microbiologiques. Plus particulièrement, l'invention porte sur une coupelle d'échantillonnage de particules en suspension dans une atmosphère ainsi que sur un dispositif portatif d'échantillonnage de particules 10 pourvu d'une telle coupelle. Il existe, dans l'état de la technique, différents types de dispositifs d'échantillonnage de particules en suspension dans une atmosphère. De tels dispositifs comportent une coupelle d'échantillonnage montée sur un boîtier pourvu de moyens 15 d'entraînement de la coupelle en rotation. La coupelle communique avec l'atmosphère ambiante à analyser par l'intermédiaire d'un sélecteur pour l'échantillonnage d'une fraction de l'aérosol à analyser, c'est-à-dire soit la fraction inhalable, soit la fraction thoracique, soit la fraction alvéolaire. On pourra à cet égard se référer au document FR-A-2 585 832 qui décrit un dispositif d'échantillonnage permettant l'analyse de la fraction alvéolaire d'un aérosol. Dans le dispositif décrit dans ce document, la coupelle est pourvue d'un fond et d'une paroi périphérique cylindrique qui s'étend à 25 partir du fond et qui délimite avec celui-ci un volume de piégeage des particules d'un aérosol à analyser. Une couronne en mousse filtrante pourvue d'un canal central est disposée dans la coupelle de sorte qu'elle soit en contact avec l'aérosol. En fonctionnement, la coupelle, qui est entraînée à une vitesse de rotation relativement élevée, pouvant aller jusqu'à 7000 tr/mn, provoque une aspiration d'un flux d'air à travers le sélecteur, puis à travers la mousse filtrante, laquelle retient les particules sélectionnées dont il convient de procéder à l'analyse. Ce type de dispositif d'échantillonnage est adapté pour l'analyse d'aérosols inertes, c'est-à-dire de type poussière, mais n'est pas adapté pour l'échantillonnage d'aérosols microbiologiques. En effet, en raison de la nature du milieu de piégeage utilisé, la restitution des particules microbiologiques en vue de leur analyse ultérieure serait relativement délicate et fastidieuse à mettre en oeuvre. En outre, avec cette technique d'échantillonnage, les particules à 10 analyser ne se présentent pas sur un support facilitant l'analyse microbiologique de l'aérosol. Le but de l'invention est d'accroître les possibilités d'échantillonnage aux particules microbiologiques. A cet effet, selon l'invention, il est proposé une coupelle 15 d'échantillonnage de particules en suspension dans une atmosphère, comprenant un corps de coupelle rotatif muni d'un fond et d'une paroi périphérique généralement cylindrique s'étendant à partir dudit fond et délimitant avec ce fond un volume empli d'un milieu de piégeage des particules de la suspension, le corps de la coupelle comportant une 20 couronne fermant partiellement la tranche d'extrémité de la paroi périphérique du corps et délimitant un passage pour les particules, et la couronne étant pourvue de canaux s'étendant de manière radialement externe en direction de la périphérie du corps et adaptés pour engendrer, lors de la rotation du corps dans un carter, un flux d'air 25 vers le milieu de piégeage, à travers ledit passage. En outre, il devient possible d'utiliser un milieu de piégeage adapté pour l'analyse microbiologique des particules. Selon un mode de réalisation, les canaux sont constitués par un rainurage radial de la couronne, ce rainurage étant formé sur une face 30 de la coupelle tournée vers l'extérieur du corps. Avantageusement, le milieu de réception est un liquide de collecte. Selon une autre caractéristique de la coupelle selon l'invention, le corps rotatif est destiné à être entraîné en rotation à une vitesse suffisante pour appliquer le fluide de collecte dans un volume annulaire délimité par la paroi périphérique, une portion du fond et par 5 la couronne et entraîner le flux d'air selon un mouvement hélicodal vers le milieu de piégeage. On évite ainsi toutes contraintes mécaniques sur les particules à retenir, lors de leur piégeage, en raison, en particulier du dépôt tangentiel des particules. Selon une autre caractéristique de la coupelle, le fond du corps comporte une saillie centrale généralement conique délimitant une rampe de guidage du flux d'air issu dudit passage vers le milieu de piégeage. La face de la couronne tournée vers le volume est généralement 15 troncônique. On facilite ainsi le vidage de la coupelle. Un carter est en outre prévu, dans lequel est placé le corps rotatif. Ce carter est pourvu d'un orifice d'admission d'air coaxial audit passage et d'un ou de plusieurs orifices d'échappement d'air. De préférence, la coupelle est réalisée en matériau stérilisable 20 à chaud ou à froid. Selon l'invention, il est également proposé un dispositif d'échantillonnage portatif de particules en suspension dans une atmosphère, comprenant un boîtier dans lequel sont placés des moyens moteurs, une coupelle d'échantillonnage montée sur le boîtier et 25 destinée à être entraînée en rotation dans un carter par les moyens moteurs et un sélecteur de particules en suspension monté sur le carter et en communication avec la coupelle d'échantillonnage. Selon une caractéristique générale de ce dispositif d'échantillonnage, la coupelle est constituée par une coupelle 30 d'échantillonnage telle que définie ci-dessus. Une application particulièrement intéressante d'un tel dispositif concerne l'échantillonnage de la fraction inhalable de particules en suspension dans l'atmosphère. Cependant ce dispositif peut également être utilisé de manière performante pour d'autres fractions ou pour un aérosol total. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention 5 apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un dispositif d'échantillonnage conforme à l'invention; 10 - la figure 2 est une vue en coupe axiale de la coupelle du dispositif de la figure 1; - la figure 3 est une vue de dessus de la coupelle de la figure 2; et - la figure 4 est une vue en coupe axiale du sélecteur du 15 dispositif d'échantillonnage de la figure 1. Sur la figure 1, on a représenté un dispositif d'échantillonnage de particules en suspension dans une atmosphère, désigné par la référence numérique générale 10. Le dispositif d'échantillonnage représenté sur cette figure est 20 destiné à échantillonner la fraction inhalable de l'aérosol, c'est-à-dire d'une suspension de particules dans l'air, y compris des microorganismes tels que des bactéries, spores, etc.. .et leurs fragments, et les pollens et leurs fragments. Comme on le sait, la fraction inhalable d'un aérosol est définie 25 par une courbe, généralement admise au niveau international, qui indique la probabilité pour une particule de cet aérosol d'être retenue par la partie du système respiratoire concernée en fonction de la taille de cette particule, et donc d'y créer un trouble. Le but du dispositif d'échantillonnage 10 est donc de 30 sélectionner les particules incriminées et de les restituer en vue d'une analyse ultérieure, notamment quantitative. Le dispositif 10 visible sur la figure 1 est représenté dans une position supposée verticale et comporte un axe général de symétrie XX'. Il comporte un boîtier 12 sur lequel sont montés des moyens d'échantillonnage 14 constitués par une coupelle d'échantillonnage 16 5 enfermée dans un carter 18, ainsi qu'un sélecteur 20 destiné à la sélection des particules à analyser, en fonction de leur taille, en l'espèce la fraction inhalable. Le boîtier 12 comporte un moteur électrique M associé à une source d'énergie électrique d'alimentation 22 et à des circuits de 10 régulation 24. En fonction du matériau entrant dans la constitution de la coupelle 16, un palier 26 peut être interposé entre l'arbre du moteur 28 et le matériau constitutif de la coupelle 16. En se référant aux figures 2 et 3, la coupelle 16 comporte un 15 corps de coupelle comprenant un fond 30 et un bord périphérique 32 généralement cylindrique dressé sensiblement verticalement à partir du bord périphérique du fond 30. L'extrémité supérieure du bord 32, c'est-à-dire l'extrémité tournée vers le sélecteur 20 est pourvue d'une couronne 34 munie d'un 20 orifice central 36 circulaire centré sur l'axe X-X' général du dispositif 10. Ainsi, la couronne 34 obture partiellement la tranche d'extrémité libre de la coupelle 16 et délimite ainsi un passage pour un flux d'air prélevé de l'atmosphère ambiant et véhiculant des particules sélectionnées. Comme on le voit sur la figure 3, la face supérieure de la couronne 34, c'est-à-dire la face tournée vers le sélecteur 20 est pourvue d'un certain nombre de canaux, tels que 38 s'étendant de manière radialement externe et obtenus par rainurage de la couronne 34. Ces canaux 38 sont conformés de manière à obtenir, sur la face 30 supérieure de la coupelle 16, un ventilateur centrifuge de manière à créer un flux d'air radial sur cette surface. Comme on le voit sur la figure 2, en raison de la rotation à haute vitesse de la coupelle 16, à une vitesse de l'ordre de 7000 tr/mn, le flux de particules issu du sélecteur 20 est entraîné, dans la coupelle 16, selon une trajectoire majoritairement hélicodale, et, dans le plan de la figure 2, selon la trajectoire représentée par les flèches F. Ce mouvement est facilité par la présence d'une saillie 39 dans le fond 30, centré sur l'axe X-X' et qui délimite une rampe 40 de guidage du flux d'air issu du passage 36 vers la paroi périphérique. Pour procéder au piégeage des particules, le volume interne de la coupelle 16 est empli d'un milieu liquide de piégeage 42. Différents 10 types de liquide de piégeage peuvent être utilisés dans le cadre de la présente invention, un microbiologiste sachant sélectionner un liquide de piégeage approprié pour retenir des particules prédéterminées. On notera cependant que de l'eau pure distillée peut convenir pour l'échantillonnage d'un aérosol biologique. Comme indiqué précédemment, la coupelle 16 est disposée dans un carter 18, lui-même monté sur le boîtier 12. Le carter 18 est pourvu d'un orifice supérieur 44, centré sur l'axe X- X', par lequel il communique avec le sélecteur 20 et par lequel le flux de particules sélectionnées est fourni à la coupelle 16. Une ou plusieurs fentes d'échappement, ménagées sur sa 20 paroi périphérique (non représentées), sont utilisées pour conduire l'air, déchargé de particules, vers l'extérieur du dispositif d'échantillonnage 10. Le sélecteur 20 comporte, quant à lui, un corps de sélecteur 46, par exemple réalisé en matière plastique chargée de graphite ou en 25 métal et un chapeau 48. Le chapeau 48 et le corps 46 délimitent entre eux un passage 50 calibré assurant la sélection des particules de l'aérosol à analyser. Le corps de sélecteur 46 a une forme générale cylindrique à section horizontale annulaire et délimite intérieurement un puits axial 30 52 qui s'étend du passage 50 jusqu'à l'orifice 44 du carter 18 des moyens d'échantillonnage 14. Les surfaces en regard 54 et 56 du corps de sélecteur 46 et du chapeau 48 sont généralement planes et s'étendent parallèlement entre elles, perpendiculairement à l'axe X-X' du dispositif 10, et donc perpendiculairement au puits 52. De préférence, afin d'éviter tout dépôt de particules prélevées dans le puits 52, sur la face supérieure du corps 46 tournée vers le chapeau 48 5 et sur la surface 56 du chapeau 48, toutes les surfaces du corps de sélecteur 46 et du chapeau susceptibles d'être en contact avec les particules, à savoir le puits 52, la surface supérieure 54 et la surface 56 du chapeau 48, sont réalisées en acier inoxydable poli ou en plastique non électrostatique. De même, la zone de jonction entre la 10 surface d'extrémité libre du corps de sélecteur et du puits est arrondie. Comme on le voit sur la figure 4, le chapeau 48 présente une section inférieure de dimension supérieure à la section supérieure du corps de sélecteur 46 de sorte que le chapeau s'étende, dans la zone du passage 50, en saillie radiale au-delà de la surface périphérique du 15 corps de sélecteur. Dans la zone en saillie, le chapeau comporte un bord périphérique 58 qui s'étend en regard de l'entrée du passage de manière à délimiter avec celui-ci une chicane évitant toute entrée naturelle de particules dans le passage 50. On voit enfin sur la figure 4 que le chapeau 48 et le corps de 20 sélecteur 46 sont solidarisés au moyen d'ergots 60, ces ergots étant disposés au voisinage de la zone périphérique du chapeau 48 et du corps de sélecteur 46, c'est-à-dire dans une zone dans laquelle la vitesse radiale du flux de particules est moindre, de manière à limiter les pertes. En fonctionnement, comme indiqué précédemment, le moteur M entraîne en rotation la coupelle 16 qui, grâce à l'utilisation des rainures ou canaux 38, crée un effet centrifuge d'aspiration pour l'atmosphère extérieure qui entre alors dans le dispositif par le passage 50 de sélection par aspiration omnidirectionnelle, qui en raison de 30 l'écoulement créé -ne permet que le passage des particules de la fraction inhalable. L'aérosol ainsi prélevé est forcé à suivre un écoulement concentrique horizontal convergent vers le puits central 52, lequel débouche dans la coupelle rotative 16. A l'intérieur de la coupelle, en raison de sa rotation, comme représentés par les tirets, le liquide de piégeage s'étend dans un 5 volume à section annulaire délimité par la paroi périphérique 32 de la coupelle, une portion du fond 30 et une portion de la couronne 34. Dans cette coupelle, comme indiqué précédemment, l'aérosol est entraîné selon un mouvement majoritairement hélicodal et vient en contact tangent avec la surface du liquide 42. Le dépôt s'effectue de 10 manière à éviter ainsi tout choc mécanique ou tout choc d à des variations brusques de pression (chocs barométriques et thermiques), lesquels peuvent être traumatisants pour les microorganismes et porter atteinte à leur intégrité physique, à leur viabilité ou à leur capacité à se multiplier, le mouvement centrifuge des particules étant néanmoins 15 suffisant pour assurer leur dépôt sur le liquide 42. Après dépôt des particules, le flux d'air est forcé vers l'extérieur du dispositif. Comme indiqué précédemment, l'acheminement intérieur des particules aspirées dans le sélecteur a été prévu de manière à 20 minimiser le dépôt des particules sur les parois internes du dispositif de sorte que la totalité des particules soit restituée au moyen d'échantillonnage. On notera également que dans le passage 50, le dépôt des particules par sédimentation est empêché grâce à l'accélération radiale de l'écoulement d à une diminution progressive 25 de la section d'aspiration dans ce passage 50. En outre, le nombre, le diamètre et l'emplacement des ergots 60 de maintien du chapeau 48 ont été choisis d'une part, pour assurer la tenue mécanique nécessaire à la rigidité et la robustesse du dispositif et, d'autre part, pour présenter une obstruction minimale pour l'écoulement de manière à ne pas 30 entraver l'accélération constante de l'écoulement dans le sens radial. Afin de faciliter le vidage de la coupelle, on réalise la face de la couronne 34 tournée vers le volume empli de liquide de piégeage sous une forme tronconique, c'est-à-dire convergeant vers l'orifice central. Les dimensions du dispositif d'échantillonnage qui vient d'être décrit ainsi que ses caractéristiques aérauliques ont été choisies de manière à obtenir un prélèvement correct des particules. A titre d'exemple, pour la réalisation d'un dispositif aisément portable, pour obtenir un débit d'ordre de 10 litres par minute, on choisira les dimensions du corps de la coupelle à 25 mm au niveau de l'orifice 36 pour une vitesse de rotation d'environ 7000 tours par 10 minute. Pour obtenir au niveau du sélecteur une vitesse suffisante de l'air en entrée du passage 50, le chapeau et le corps de sélecteur sont espacés d'une distance de l'ordre du millimètre, par exemple 1,4 mm, et le diamètre du corps du sélecteur est de l'ordre de 30 mm, par 15 exemple comprise entre 30,4 et 30,6 mm. En ce qui concerne la vitesse du jet de l'orifice 44 vers la coupelle rotative, pour assurer le passage de l'air à l'intérieur de la coupelle, pour une vitesse par exemple de l'ordre de 6 mètres par seconde on prévoira un diamètre de l'orifice de 6 mm. De manière générale, le dispositif est conçu de façon que sa sélectivité globale soit la plus représentative de celle des orifices nasaux et de l'orifice buccal. Comme indiqué précédemment, la coupelle représentée peut également être associée à un sélecteur d'une autre nature. De même, le 25 sélecteur peut être associé à une coupelle d'une autre nature. On notera que le milieu de collecte utilisé est un liquide et donc un milieu pouvant assurer les fonctions de collecte, de stabilisation ou conservation, et de restitution pour analyse. Il permet donc d'éviter la déshydratation des particules, et de conserver leur 30 viabilité, et permet également d'éviter la saturation du milieu. On pourra cependant utiliser un autre milieu adapté pour l'utilisation envisagée, par exemple une gélose, qui est également un milieu de culture. En outre, l'utilisation d'une coupelle pourvue d'une couronne entraînée en rotation à haute vitesse permet d'utiliser le dispositif d'échantillonnage dans toutes les positions. il REVENDICATIONS 1 Coupelle d'échantillonnage de particules en suspension dans une atmosphère, comprenant un corps de coupelle rotatif muni d'un fond (30) et d'une paroi périphérique (32) généralement 5 cylindrique s'étendant à partir dudit fond et délimitant avec ce fond un volume empli d'un milieu (42) de piégeage des particules de la suspension, caractérisée en ce que le corps de coupelle comporte une couronne (34) fermant partiellement la tranche d'extrémité de la paroi périphérique du corps et délimitant un passage (36) pour les particules, 10 la couronne étant pourvue de canaux (38) s'étendant de manière radialement externe en direction de la périphérie du corps et adaptés pour engendrer, lors de la rotation du corps dans un carter (18), un flux d'air vers le milieu de piégeage, à travers ledit passage. 2 Coupelle selon la revendication 1, caractérisée en ce que 15 les canaux (38) sont constitués par un rainurage radial de la couronne. 3 Coupelle selon la revendication 2, caractérisé en ce que le rainurage est formé sur une face de la coupelle tournée vers l'extérieur du corps. 4 Coupelle selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, 20 caractérisé en ce que le milieu de réception est un liquide de collecte. Coupelle selon la revendication 4, caractérisé en ce que le corps rotatif est destiné à être entraîné en rotation à une vitesse suffisante pour appliquer le fluide de collecte dans un volume annulaire délimité par la paroi périphérique (32), par une portion du 25 fond (30) et par la couronne (34) et entraîner le flux d'air selon un mouvement hélicodal vers le milieu (42) de piégeage. 6 Coupelle selon l'une quelconque des revendications i à 5, caractérisée en ce que le fond du corps comporte une saillie centrale (39) généralement conique délimitant une rampe (40) de guidage du 30 flux d'air issu dudit passage vers le milieu de piégeage. 7 Coupelle selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la face de la couronne (34) tournée vers le volume est généralement tronconique. 8 Coupelle selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, 5 caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un carter (18) dans lequel est placé le corps rotatif, le carter étant pourvu d'un orifice d'admission d'air coaxial audit passage et d'un ou de plusieurs orifices d'échappement d'air. 9 Coupelle selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, 10 caractérisée en ce qu'elle est réalisée en matériau stérilisable à chaud ou à froid. Dispositif portatif d'échantillonnage de particules en suspension dans une atmosphère, comprenant un boîtier (12) dans lequel sont placés des moyens moteurs (M), une coupelle 15 d'échantillonnage (16) montée sur le boîtier et destinée à être entraînée en rotation dans un carter par les moyens moteurs et un sélecteur de particules (20) en suspension monté sur le carter (18) et en communication avec la coupelle d'échantillonnage, caractérisé en ce que la coupelle est constituée par une coupelle d'échantillonnage 20 selon l'une quelconque des revendications 1 à 9. Il Utilisation d'un dispositif selon la revendication 10 pour l'échantillonnage de la fraction inhalable, thoracique ou alvéolaire de particules en suspension dans l'atmosphère.