Brevet FR3002632A1 — publié le 20140829

- 1 - Domaine technique La présente invention concerne un dispositif pour l'analyse en continu de systèmes biologiques soumis à une percolation forcée dans une matrice. Résumé de l'invention La percolation de fluides à travers les couches géologiques est un phénomène courant. On peut citer, par exemple, la traversée lente des eaux pluviales vers les 10 nappes phréatiques. Cette percolation a le plus souvent lieu à la pression atmosphérique dans les couches superficielles. En profondeur, ces percolations se déroulent à de fortes pressions. C'est le cas, par exemple, pour les aquifères 15 salins profonds. Lors de la percolation, les micro-organismes présents dans le fluide percolant ou dans les couches géologiques induisent des modifications de leur environnement qui peuvent influer sur leurs paramètres physiques et 20 géochimiques. Toutefois il est difficile d'étudier ces modifications in situ et en temps réels. En effet, certaines couches géologiques sont difficilement atteignables par des moyens de prélèvement et il n'est pas toujours possible de pouvoir 25 contrôler les conditions de percolation avec précision. C'est plus particulièrement le cas dans des systèmes terrestres profonds : aquifères, sédiments océaniques, zones d'exploitations pétrolières et géothermiques... La présente invention propose donc un dispositif 30 permettant de reproduire en laboratoire les conditions de percolation d'un fluide à travers une matrice et ainsi d'analyser les interactions entre microorganismes et leur BRG002-FR-128_TEXTE DEPOSE_SO/ML - 2 - environnement physico-chimique dans des systèmes de percolation caractéristique d'une ou plusieurs matrices. Cette matrice peut reproduire la répartition et/ou la structuration d'une ou de plusieurs couches géologiques. Le dispositif permet également d'étudier les déplacements desdits micro-organismes à l'intérieur de la matrice. De plus le dispositif selon la présente invention, permet de maintenir l'échantillon de fluide utilisé à la pression et à la température souhaitée pendant toutes les 10 étapes de l'analyse. Le dispositif selon l'invention, permet plus particulièrement l'analyse en continu de systèmes biologiques soumis une percolation forcée dans une matrice choisit dans le groupe comprenant la roche broyée, 15 les sédiments et les matériaux de synthèse. Ainsi la présente invention concerne un dispositif d'analyse comprenant : - une première enceinte pressurisée, dite enceinte émettrice, 20 - une deuxième enceinte pressurisée, dite enceinte réceptrice, - une colonne de transfert, et un dispositif d'injection disposé de telle sorte qu'il peut prélever dans ladite enceinte émettrice et injecter 25 ledit prélèvement dans ladite colonne de transfert, caractérisée en ce que le volume interne de ladite colonne de transfert contient une matrice de percolation et que ladite colonne de transfert débouche dans ladite enceinte réceptrice. 30 La mise en série de deux enceintes pressurisées une colonne de transfert permet de conceptualiser d'isoler pour la chimie initiale, les analyses modélisations ultérieures des zones (ou réservoirs) avales BRG002-FR-128_TEXTE DEPOSE_SO/ML avec et et - 3 - et amonts (i.e. par rapport à un écoulement dans une zone ayant une activité biologique). Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, ladite enceinte émettrice à un volume compris entre 0.51 et 41. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, ladite colonne de transfert à un volume interne compris entre 10 et 1000cm3. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, ladite matrice de percolation est choisie dans le groupe comprenant les sédiments, les roches bruts, fracturés ou broyés, les billes calibrées de matériaux de synthèse avec ou non des composés fixés sur les surfaces. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, 15 ladite colonne de transfert est de type Hassler. Selon un mode de réalisation préféré, ladite matrice de percolation est constituée d'une carotte obtenue à partir du carottage du sous-sol. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, 20 ladite première enceinte pressurisée, ladite enceinte réceptrice et/ou ladite matrice de percolation contient des micro-organismes. Dans le cadre de la présente invention, le terme "micro-organisme" fait préférentiellement référence aux 25 bactéries, champignons, aux archéo-bactéries, aux plantes microscopiques, aux planctons, aux planaires et aux amibes. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, ledit dispositif comprend en outre au moins un moyen de prélèvement disposé de telle sorte qu'il permet de prélever 30 un échantillon liquide au niveau de ladite première enceinte et/ou de ladite deuxième enceinte. Selon un mode de réalisation encore plus préféré, ledit moyen de prélèvement comprend une seringue dont l'ouverture est reliée, via une première canalisation BRG002-FR-128_TEXTE DEPOSE_SO/ML - 4 - contrôlée par une première vanne, à l'enceinte dans laquelle le prélèvement doit être effectué, et est également reliée à une enceinte de recueil des gaz et/ou à l'extérieur, via une seconde canalisation contrôlée par au moins une quatrième vanne et une vanne tarée, et est également reliée à une enceinte de recueil des liquides, via une troisième canalisation contrôlée par une troisième vanne. Dans le cadre de la présente invention, le terme 10 "vanne tarée" fait référence à une vanne dont l'ouverture est déclenchée lorsque la pression du fluide à son entrée dépasse un niveau déterminée également appelé pression de déclenchement. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention 15 ladite deuxième canalisation est contrôlée par une série de vannes tarées dont la pression de déclenchement respective est décroissante de l'ouverture de ladite seringue vers l'enceinte de recueil des gaz et/ou l'extérieur. Selon un autre mode de réalisation préféré de 20 l'invention ladite deuxième canalisation comprend une canalisation principale, débouchant dans l'ouverture de ladite seringue, reliée à au moins deux canalisations secondaires, reliées chacune à une enceinte de recueil des gaz ou à l'extérieur, montées parallèlement et contrôlées 25 chacune par au moins une vanne tarée. Dans le cadre de la présente invention, le terme "contrôler" signifie que le passage du fluide à l'intérieur de la canalisation est rendue possible par l'ouverture de la vanne présente sur ladite canalisation. 30 Brève description des dessins La figure 1 présente une vue schématique d'un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention. BRG002-FR-128_TEXTE DEPOSE_SO/ML - 5 - La figure 2 présente une vue schématique d'un mode de réalisation d'un moyen de prélèvement selon l'invention. Description des modes de réalisation En référence à la figure 1, le dispositif d'analyse 1 selon l'invention comprend : - une première enceinte 2 pressurisée, dite enceinte émettrice, - une deuxième enceinte 3 pressurisée, dite enceinte 10 réceptrice, une colonne de transfert 4, et un dispositif d'injection 5. Ladite colonne de transfert 4 contient une matrice de percolation 6. Les premières et deuxièmes enceintes 2, 3 sont 15 constituées de telle sorte pouvoir résister à une pression interne de 200 à 250 bars et à une température de 150°C. Ce type d'enceinte est bien connu de l'homme du métier. Parmi ceux-ci on peut citer les réacteurs avec bride et goujons dont l'étanchéité est assurée par joint 20 PTFE. La pression à l'intérieur des différentes enceintes peut être contrôlée via des manomètres 7. Ladite première enceinte 2 peut être équilibrée vis-à-vis d'une phase gazeuse donnée et avoir une géochimie prédéfinie. Ladite deuxième enceinte 3 sert de collecteur 25 pour le fluide ayant traversé la matrice de percolation. La colonne de transfert comprend la matrice de percolation, avantageusement une carotte de forage. Les deux enceintes 2, 3 peuvent être échantillonnées pour les gaz et les liquides. Le prélèvement des différents 30 échantillons se fait via le moyen de prélèvement 8 décrit à la figure 2. Ledit moyen de prélèvement 8 comprend une seringue 9 dont l'ouverture est reliée, via une première canalisation 10 contrôlée par une première vanne 11, à l'enceinte 3 dans BRG002-FR-128_TEXTE DEPOSE_SO/ML - 6 - laquelle le prélèvement doit être effectué, et est également reliée à une enceinte de recueil des gaz 12 et/ou à l'extérieur, via une seconde canalisation 13 contrôlée par une série de vannes 18', 18", 18"' et une série de 5 vannes tarées 14', 14" et 14"' montée parallèlement, et est également reliée à une enceinte de recueil des liquides 15, via une troisième canalisation 16 contrôlée par une troisième vanne 17. Avantageusement, chacune des canalisations secondaires comprenant une vanne tarée peut 10 en outre être également contrôlée par une vanne supplémentaire. Ladite seringue 9, est avantageusement placée de telle sorte que son ouverture soit au dessus du reste du corps de la seringue. De cette façon, la phase gazeuse de 15 l'échantillon contenu dans ladite seringue 9 est toujours évacuée avant la phase liquide. Le prélèvement avec contrôle de la décompression se déroule suivant les étapes suivantes : - La première vanne 11 est ouverte. 20 - Le liquide pénètre la seringue 9 via la première canalisation 10. - La première vanne 11 est fermée. - Le liquide à l'intérieur de la seringue 9 est détendu par déplacement du piston. Il se forme à 25 l'intérieur de la seringue 9 une phase gazeuse et une phase liquide. - A une pression seuil pré-établie (eg 10 bars), la détente est stoppée et on ouvre la vanne 18'. - Le piston remonte pour évacuer le ciel gazeux dans 30 la vanne 14' tarée à 10 bars. - Une fois l'évacuation terminée la 18' est refermée et la décompression peut recommencer. On peut répéter cette étape plusieurs fois avec les vannes tarées BRG002-FR-128_TEXTE DEPOSE_SO/ML - 7 - 14', 14" et 14"' à différents niveaux de pressions (utile s'il y a une grande quantité de gaz dissout). - Une fois la pression désirée atteinte, on ouvre la troisième vanne 17 et l'échantillon est recueilli dans l'enceinte de recueil des liquides 15. Ce moyen de prélèvement présente l'avantage de permettre un contrôle de la vitesse et du niveau de décompression de façon très fine et continue. Il permet également l'évacuation progressive et séquentielle de la phase gazeuse de la seringue 9 ce qui évite de limiter la décompression par le volume maximale de la seringue. BRG002-FR-128_TEXTE DEPOSE_SO/ML REVENDICATIONS1. Dispositif (1) d'analyse comprenant : une première enceinte pressurisée(2), dite enceinte émettrice, une deuxième enceinte pressurisée (3), dite enceinte réceptrice, - une colonne de transfert (4), et un dispositif d'injection (5) disposé de telle sorte qu'il peut prélever dans ladite enceinte émettrice (2) et injecter ledit prélèvement dans ladite colonne de transfert (4), caractérisé en ce que le volume interne de ladite colonne de transfert contient une matrice de percolation (6) et que ladite colonne de transfert (4) débouche dans ladite enceinte réceptrice (3). 2. Dispositif (1) d'analyse selon la revendication précédente caractérisé en ce que ladite enceinte émettrice (2) à un volume compris entre 0.5 et 4 1. 3. Dispositif (1) d'analyse selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite colonne de transfert (4) à un volume interne compris entre 10 et 1000 cm3. 4. Dispositif (1) d'analyse selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite matrice de percolation (6) est choisie dans le groupe comprenant les sédiments, les roches bruts, fracturés ou broyés, les billes calibrées de matériaux de synthèse avec ou non des composés fixés sur les surfaces. BRG002-FR-128_TEXTE DEPOSE_SO/ML- 9 - 5. Dispositif (1) d'analyse selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite première enceinte pressurisée (2) contient des microorganismes. 6. Dispositif (1) d'analyse selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit dispositif (1) comprend en outre au moins un moyen de prélèvement (8) disposé de telle sorte qu'il permet de prélever un échantillon liquide au niveau de ladite première enceinte (2), de ladite colonne de transfert (4) et/ou de ladite deuxième enceinte (3). 7. Dispositif (1) d'analyse selon la revendication précédente caractérisé en ce que ledit moyen de prélèvement (8) comprend une seringue (9) dont l'ouverture est reliée, via une première canalisation (10) contrôlée par une première vanne (11), à l'enceinte (3) dans laquelle le prélèvement doit être effectué, et est également reliée à une enceinte de recueil des gaz (12) et/ou à l'extérieur, via une seconde canalisation (13) contrôlée par au moins une quatrième vanne (18') et une vanne tarée (14'), et est également reliée à une enceinte de recueil des liquides (15), via une troisième canalisation (16) contrôlée par une troisième vanne (17). 8. Dispositif (1) d'analyse selon la revendication précédente caractérisé en ce que ladite deuxième canalisation (13) est contrôlée par une série de vannes tarées dont la pression de déclenchement respective est décroissante de l'ouverture de ladite seringue (9) vers l'enceinte de recueil des gaz (12) et/ou l'extérieur. BRG002-FR-128_TEXTE DEPOSE_SO/ML- 10 - 9. Dispositif (1) d'analyse selon la revendication précédente caractérisé en ce que ladite deuxième canalisation (13) comprend une canalisation principale, débouchant dans l'ouverture de ladite seringue (9), reliée à au moins deux canalisations secondaires, reliées chacune à une enceinte de recueil des gaz (12) ou à l'extérieur, montées parallèlement et contrôlées chacune par au moins une vanne tarée '14', 14", 14"'). BRG002-FR-128_TEXTE DEPOSE_SO/ML