Brevet FR3028263A1 — publié le 20160513

PROCEDE DE MESURE DE PARAMETRES DONNES PAR DIFFERENTS ECHANTILLONS DE CULTURE DE MICRO-ORGANISMES La présente invention concerne un procédé de mesure automatique de plusieurs paramètres donnés par différents échantillons de culture de micro- organismes, ainsi qu'un système de mesure mettant en oeuvre un tel procédé de mesure. Afin de réaliser des études concernant les cultures de micro- organismes, on peut utiliser des batteries de tubes de culture comprenant une circulation d'air forcé, sur lesquels on enregistre différents paramètres de respirométrie au cours de l'évolution de ces cultures, comprenant notamment le taux de gaz carbonique CO2, le taux d'humidité, la température et le débit gazeux. Une installation de culture connue, présentée notamment par le document CN-A-102586097, comporte des tubes maintenus à une température constante, ainsi que des vannes permettant de distribuer automatiquement l'air vers les différents tubes, et de récupérer les gaz sortants afin d'analyser la concentration en gaz carbonique. Avec ce système la respiration microbiologique peut être testée en continu. Toutefois, ce document ne présente pas de procédé permettant une acquisition simple et efficace des données donnant des garanties sur la fiabilité des valeurs mesurées. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. Elle propose à cet effet un procédé de mesure automatique de paramètres donnés par différents échantillons de culture de microorganismes dans des enceintes fermées, à partir de prélèvements des gaz venant d'une circulation d'air traversant ces enceintes, qui sont récupérés successivement sur ces échantillons en passant par une vanne automatique effectuant la sélection des enceintes, remarquable en ce qu'il comporte les étapes suivantes, la définition d'une période d'exploration pour l'acquisition des mesures par échantillon et pour chaque paramètre, puis l'acquisition d'une série de mesures de chaque paramètre pendant cette période avec une fréquence donnée, puis pour chaque paramètre le calcul d'une moyenne sur un lot de mesures finales de cette période d'exploration, qui donne un point acquis mémorisable. Un avantage de ce procédé de mesure est que le calcul de la moyenne sur le lot de mesures finales de la période d'exploration, permet de réaliser au début de cette période une purge des circuits qui élimine des mélanges de gaz venant de plusieurs échantillons. De plus l'acquisition des mesures de chaque paramètre pendant toute la période concernée permet de vérifier l'évolution des mesures, et la stabilité des mesures du lot retenu à la fin de cette période, pour obtenir la meilleure précision lors du calcul de la moyenne de ce lot. Le procédé de mesure selon l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, le procédé de mesure suit pendant la période complète l'évolution des valeurs de la série de mesure, pour vérifier la stabilisation de ces valeurs quand le système a atteint son fonctionnement nominal. On assure ainsi un contrôle du bon fonctionnement de l'installation. Avantageusement, le procédé de mesure retient pour le lot de mesures finales les dernières mesures de la période correspondant à environ 10% des mesures totales. Ce lot permet de donner une bonne précision à la valeur du point acquis. L'invention a aussi pour objet un système de mesure automatique de plusieurs paramètres donnés par différents échantillons de culture de microorganismes dans des enceintes fermées, à partir de prélèvements des gaz venant d'une circulation d'air traversant ces enceintes, qui sont récupérés successivement sur ces échantillons en passant par une vanne automatique effectuant la sélection des enceintes, remarquable en ce qu'il comporte des moyens mettant en oeuvre un procédé de mesure comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. En particulier le système de mesure peut comporter seize voies permettant de suivre un nombre correspondant d'échantillons. Le système de mesure peut aussi comporter un nombre maximal de points acquis mémorisables qui est de 2048 points. Avantageusement le système de mesure comporte un logiciel de mesure et de contrôle, comprenant une fonction de configuration des voies actives correspondant chacune à un échantillon, ainsi que de la durée totale du suivi des mesures et de la période d'échantillonnage, cette fonction de configuration transmettant des informations à une fonction de mesure réalisant l'affichage graphique des mesures, la mémorisation de l'historique ainsi que la commutation des voies, cette fonction de mesure transmettant des informations à une fonction de constitution du tableau des points acquis. Avantageusement le système de mesure comporte un logiciel d'étalonnage de ce système de mesure, qui permet de calibrer et de linéariser la réponse des capteurs. Le logiciel d'étalonnage peut comprendre une première fonction de configuration des voies de travail et de choix des capteurs, qui transmet des informations à une fonction de mesure réalisant la stabilisation des mesures, l'acquisition de ces mesures, et le calcul de la valeur moyenne des mesures stabilisées afin d'établir un point acquis, cette fonction de mesure transmettant des informations à une fonction de stockage qui stocke 2 à 10 points acquis, et envoie des informations en retour à la fonction de mesure, ou à une fonction de calcul effectuant un calcul de régression par une méthode affine ou une méthode parabolique, afin d'établir des coefficients valables pour chaque capteur. Avantageusement, le système de mesure comporte des logiciels de simulation de mesure et d'étalonnage, utilisant des mesures fictives pour permettre aux utilisateurs un apprentissage sans risque pour le matériel. Avantageusement, le système de mesure comporte des amplificateurs recevant le signal des capteurs, qui sont équipés d'un filtre passe-bas à fréquence de coupure d'environ 15Hz. Avantageusement, le système de mesure comporte une cellule de 5 mesure comprenant des capteurs de mesure de paramètres, réalisée dans un matériau transparent. En particulier, la cellule de mesure peut comporter un capteur de CO2 et un capteur de débit, un capteur d'humidité et un capteur de température étant installés à l'extérieur de cette cellule. 10 L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple et de manière non limitative, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma général d'une installation de culture mettant 15 en oeuvre le procédé selon invention ; - la figure 2 est un schéma de détail de la cellule de mesure de cette installation ; - la figure 3 est un graphique présentant le procédé de mesure ; - la figure 4 présente les principales fonctions du logiciel de mesure et 20 de contrôle de cette installation ; et - la figure 5 présente les principales fonctions du logiciel d'étalonnage de cette installation. La figure 1 présente une installation de culture comportant des tubes 2 contenant des échantillons de matière sèche, qui sont disposés dans un bain 25 thermostatique 4 afin de maintenir une température constante. Un dispositif de circulation d'air 6 reçoit de l'air extérieur qui est conditionné, puis pulsé à travers les différents tubes 2 pour permettre la fermentation des cultures. Une vanne multivoie 8 recueille de manière sélective les flux de gaz sortant de chaque culture, par une canalisation individuelle débouchant au 30 sommet de chaque tube 2, pour suivant la voie sélectionnée envoyer le flux de gaz à une cellule de mesure 10. 302 82 63 La cellule de mesure 10 comporte en particulier un capteur de mesure du taux de CO2, un capteur du débit gazeux, un capteur de la température et un capteur du taux d'humidité. Les flux gazeux sont conduits par différents tuyaux souples, réalisés 5 avantageusement en élastomère de silicone. La cellule de mesure 10 envoie les signaux venant des différents capteurs à une unité d'acquisition numérique et de commande 12, qui pilote la vanne multivoie 8. L'unité d'acquisition et de commande 12 est alimentée en courant par une alimentation délivrant les différentes tensions nécessaires pour les capteurs, qui sont filtrées et stabilisées. Suivant les capteurs, les signaux analogiques issus de ces capteurs sont amplifiés et décalés en tension par une carte amplificatrice, de manière à couvrir au mieux la plage d'entrée du convertisseur analogique-numérique de l'unité d'acquisition et de commande 12. La sortie de l'unité d'acquisition et de commande 12 vers la vanne multivoie 8, utilise aussi un convertisseur analogique-numérique pour piloter cette vanne. La conversion de ce convertisseur se fait sur 12 bits minimum, avec une fréquence d'échantillonnage de 50kHz. Les données finales venant de l'unité acquisition et de commande 12, 20 sont transmises par une connexion du type USB à un ordinateur portable 14 utilisant des logiciels spécifiques. En particulier l'unité d'acquisition et de commande 12 peut comporter pour la récupération des signaux, un module d'acquisition du type « Data Translation 9812 », comportant huit entrées analogiques multiplexées sur un 25 convertisseur-analogique numérique 12 bits, ainsi que des ports d'entrée- sortie numériques. On peut alors affecter quatre entrées analogiques pour recevoir les signaux issus des capteurs, et des sorties numériques pour commander la vanne multivoie 8. On réalise ainsi sur un nombre d'échantillons qui peut en particulier aller 30 jusqu'à seize, des suivis de fermentation sur des longues durées, notamment pendant des périodes de 30 à 45 jours, avec des possibilités de mesure au long de cette période des principaux paramètres permettant de suivre l'évolution de ces cultures. La figure 2 présente la cellule de mesure 10 comprenant une chambre de mesure 24 réalisée en matière transparente, qui peut être du verre, ou une matière plastique comme du polycarbonate PC, ou du poly-méthacrylate de méthyle PMMA, appelé aussi plexiglas, comprenant une entrée 22 dans la chambre de mesure recevant les gaz envoyés par la vanne multivoie 8, et une sortie 34 après un capteur de débit 32. L'entrée de l'effluent gazeux dans la chambre de mesure 24 se fait par un filtre 20 de porosité 3pm pour ne pas admettre dans cette chambre de particules venant des échantillons 2, la sortie 34 étant aussi équipée d'un même filtre pour ne pas laisser entrer de poussière par cette sortie, afin de protéger les capteurs sensibles aux particules qui pourraient les endommager. Il faut éviter aussi une condensation d'eau au niveau des capteurs, qui peut perturber les mesures. Il faut dans ce cas faire circuler un flux d'air frais afin de sécher la chambre de mesure 24. La chambre de mesure 24 ainsi que les différents tuyaux de circulation des flux gazeux, sont réalisés de manière à minimiser le volume total du circuit afin de faciliter la purge de ce circuit, en particulier lors des changements de sélection des tubes 2. On trouve dans la chambre de mesure 24 d'abord un capteur d'humidité 26, basé sur la variation de capacité d'un condensateur à diélectrique poreux, délivrant un signal couvrant une plage de variation allant de 0 à 100% d'humidité relative. On trouve ensuite dans cette chambre de mesure 24 un capteur de température 28, qui peut être une sonde à résistance de platine, ou un thermocouple. La gamme de température mesurée va de 0 à 100°C. On trouve ensuite un capteur de CO2 30 disposé en série dans lequel 30 transite l'ensemble du flux gazeux, capable de mesurer un taux de gaz carbonique allant de 0 à 5 ou 10%. On trouve enfin le capteur de débit 32 capable de mesurer un débit allant de 0 à 200 cm3/min, puis la sortie 34. En variante, la mesure de l'humidité et de la température dans la chambre de mesure 24 étant d'un intérêt réduit, et présentant des inconvénients concernant la durabilité des capteurs 26, 28, ces capteurs peuvent être délocalisés à l'extérieur de cette chambre de mesure. La figure 3 présente en fonction du temps t des mesures M des différents capteurs, chaque mesure étant présentée par un trait vertical. Le procédé d'acquisition de mesures comporte d'abord la définition d'une cadence de commutation Tc correspondant à une période d'exploration par échantillon. Le nombre d'échantillons à suivre étant défini au préalable, soit seize échantillons au maximum dans cet exemple, et les différents capteurs à suivre étant aussi définis au préalable, on va d'abord pour le premier échantillon (1) commuter la vanne multivoie 8 sur cet échantillon, puis réaliser pour chaque capteur une série de Nm mesures réparties pendant la période Tc. On peut suivre ainsi pendant cette série de mesures l'évolution de la valeur, comprenant en principe d'abord une variation correspondant à la purge du circuit de gaz et à la mise en route des capteurs, puis ensuite à une stabilisation de cette valeur quand le système a atteint son fonctionnement nominal. On retient alors les dernières mesures de cette période correspondant à 10% des mesures totales, qui donnent les valeurs les plus stabilisées, puis on réalise une moyenne de ce lot de mesures pour obtenir un point acquis qui est stocké en mémoire dans l'ordinateur. On réalise en parallèle la même série de mesures Nm pour les quatre capteurs avec le même échantillon (1), ce qui donne quatre points acquis pour ce premier échantillon. La vanne multivoie 8 passe alors au deuxième échantillon (2), pour établir à nouveau quatre points acquis pour ce deuxième échantillon jusqu'au temps 2Tc. On continue ensuite de la même manière pour les échantillons suivants. Quand les mesures pour l'ensemble complet d'échantillons sont terminées, on reprend à nouveau les mêmes mesures en repartant du premier échantillon (1) pour établir une nouvelle série de mesures pour cet ensemble complet. Ces mesures se continuent pour toute la durée totale du suivi qui a été déterminée au préalable, afin d'obtenir un nombre de points acquis suffisant. Le choix du nombre de mesures Nm à effectuer pour acquérir un point impose la période d'échantillonnage Tc, qui dépend de la vitesse de réponse 10 de la vanne multivoie 8, et du temps de purge du volume représenté par la cellule de mesure 10 et les canalisations de liaison. En particulier avec un nombre maximal de points acquis mémorisables qui est de 2048, un nombre de paramètres mesurés de 4 et un nombre d'échantillons suivis de 16, on peut mémoriser 32 points acquis par 15 échantillon et par paramètre. Compte tenu de la faible fréquence d'échantillonnage utilisée, chaque amplificateur recevant le signal d'un capteur est équipé d'un filtre passe-bas à fréquence de coupure de 15Hz, qui permet de réduire le bruit de ce signal. La figure 4 présente les principales fonctions du logiciel de mesure et 20 de contrôle, qui permet l'acquisition des mesures et le contrôle de l'appareillage. Le logiciel de mesure et de contrôle comprend une fonction de configuration des voies actives 40 correspondant chacune à un échantillon, ainsi que de la durée totale du suivi des mesures et de la période 25 d'échantillonnage Tc. Cette fonction de configuration 40 reçoit des informations d'un fichier d'étalonnage 42. La fonction de configuration des voies actives 40 transmet les informations à une fonction de mesure 44 réalisant l'affichage graphique instantané des mesures, la mémorisation de l'historique ainsi que la 30 commutation des voies. Une fonction de constitution du tableau des points acquis 46 reçoit des informations de la fonction de mesure 44, et les transmet à un système de visualisation 48, qui les transmet à son tour à une fonction de sauvegarde 50. La fonction de sauvegarde 50 établit un fichier pour tableur 52 au format « csv » qui est un format standard utilisable par la plupart des tableurs, ce qui permet une mise en oeuvre externe de ces données. Cette fonction de sauvegarde 50 établit aussi un fichier 54 au format « pne », qui est un format spécifique pour ce logiciel. La figure 5 présente les principales fonctions du logiciel d'étalonnage du système de mesure, qui permet de calibrer et de linéariser la réponse des capteurs. Le logiciel d'étalonnage comprend une première fonction de configuration des voies de travail et de choix des capteurs 60, qui transmet des informations à une fonction de mesure 62 réalisant la stabilisation des mesures, l'acquisition de ces mesures, et le calcul de la valeur moyenne des mesures stabilisées afin d'établir un point acquis. Une fonction de stockage 64 reçoit les informations de la fonction de mesure 62, et stocke 2 à 10 points acquis. Cette fonction de stockage 64 envoie des informations en retour à la fonction de mesure 62, et à une fonction de calcul 66 effectuant un calcul de régression par une méthode affine ou une méthode parabolique, afin d'établir des coefficients 68 valables pour chaque capteur. Les coefficients 68 permettent d'établir le fichier étalonnage 42 au format « cfg », qui est délivré à la fonction de configuration 40 du logiciel de mesure et de contrôle. Le système de mesure comporte de plus deux logiciels de simulation de mesure et d'étalonnage, semblables aux précédents, utilisant des mesures fictives pour permettre aux utilisateurs un apprentissage sans risque pour le 30 matériel. Une telle installation de culture permet notamment de résoudre des problèmes de trop forte production de chaleur métabolique lors de la fermentation. Une augmentation de température constatée permet à un opérateur d'augmenter le débit d'air, afin de diminuer la température. De même il est possible de pallier une trop forte accumulation de CO2 dans le milieu. De plus en contrôlant tous ces paramètres, un opérateur peut connaître la phase exacte du cycle de vie du micro-organisme utilisé. Ceci permet d'appliquer un stress hydrique par exemple, à un moment opportun de la 10 fermentation. REVENDICATIONS1 - Procédé de mesure automatique de paramètres donnés par différents échantillons de culture de micro-organismes dans des enceintes fermées (2), à partir de prélèvements des gaz venant d'une circulation d'air (6) traversant ces enceintes, qui sont récupérés successivement sur ces échantillons en passant par une vanne automatique (8) effectuant la sélection des enceintes, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes, la définition d'une période d'exploration (Tc) pour l'acquisition des mesures par échantillon et pour chaque paramètre, puis l'acquisition d'une série de mesures de chaque paramètre (Nm) pendant cette période avec une fréquence donnée, puis pour chaque paramètre le calcul d'une moyenne sur un lot de mesures finales de cette période d'exploration, qui donne un point acquis mémorisable. 2 - Procédé de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il suit pendant la période complète (Tc) l'évolution des valeurs de la série de mesure, pour vérifier la stabilisation de ces valeurs quand le système a atteint son fonctionnement nominal. 3 - Procédé de mesure selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il retient pour le lot de mesures finales les dernières mesures de la période correspondant à environ 10% des mesures totales. 4 - Système de mesure automatique de plusieurs paramètres donnés par différents échantillons de culture de micro-organismes dans des enceintes fermées (2), à partir de prélèvements des gaz venant d'une circulation d'air (6) traversant ces enceintes, qui sont récupérés successivement sur ces échantillons en passant par une vanne automatique (8) effectuant la sélection des enceintes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens mettant en oeuvre un procédé de mesure réalisé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 5 - Système de mesure selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte seize voies permettant de suivre un nombre correspondant d'échantillons (4). 6 - Système de mesure selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comporte un nombre maximal de points acquis mémorisables qui est de 2048 points. 7 - Système de mesure selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un logiciel de mesure et de contrôle comprenant une fonction de configuration des voies actives (40) correspondant chacune à un échantillon (2), ainsi que de la durée totale du suivi des mesures et de la période d'échantillonnage (Tc), cette fonction de configuration transmettant des informations à une fonction de mesure (44) réalisant l'affichage graphique des mesures, la mémorisation de l'historique ainsi que la commutation des voies, cette fonction de mesure transmettant des informations à une fonction de constitution du tableau des points acquis (46). 8 - Système de mesure selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un logiciel d'étalonnage de ce système de mesure, qui permet de calibrer et de linéariser la réponse des capteurs. 9 - Système de mesure selon la revendication 8, caractérisé en ce que le logiciel d'étalonnage comprend une première fonction de configuration des voies de travail et de choix des capteurs (60), qui transmet des informations à une fonction de mesure (62) réalisant la stabilisation des mesures, l'acquisition de ces mesures, et le calcul de la valeur moyenne des mesures stabilisées afin d'établir un point acquis, cette fonction de mesure transmettant des informations à une fonction de stockage (64) qui stocke 2 à 10 points acquis, et envoie des informations en retour à la fonction de mesure (62), ou à une fonction de calcul (66) effectuant un calcul de régression par une méthode affine ou une méthode parabolique, afin d'établir des coefficients (68) valables pour chaque capteur. 10 - Système de mesure selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte des logiciels de simulation de mesure et d'étalonnage, utilisant des mesures fictives pour permettre aux utilisateurs un apprentissage sans risque pour le matériel. 11 - Système de mesure selon l'une quelconque des revendications 4 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte des amplificateurs recevant le signal des capteurs (26, 28, 30, 32), qui sont équipés d'un filtre passe-bas à fréquence de coupure d'environ 15Hz. 12 - Système de mesure selon l'une quelconque des revendications 4 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte une cellule de mesure (10) comprenant des capteurs de mesure de paramètres (26, 28, 30, 32), réalisée dans un matériau transparent. 13 - Système de mesure selon l'une quelconque des revendications 4 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte une cellule de mesure (10) comprenant un capteur de CO2 (30) et un capteur de débit (32), un capteur d'humidité (26) et un capteur de température (28) étant installés à l'extérieur de cette cellule.