Brevet FR3084754A1 — publié le 20200207

Microscope portatif démontable et kit de construction d'un tel microscope 1. Domaine de l'invention La présente invention concerne, d'une manière générale, les microscopes, et a pour objet un microscope portatif, utilisé pour observer un échantillon. Elle a également pour objet un kit de construction pour la réalisation d'un tel microscope. 2. Arrière-plan technologique Dans les activités de découverte des écosystèmes marins, il est connu pour des élèves d'observer et d'étudier des végétaux minuscules en suspension dans l'eau, le phytoplancton. Le plancton correspond à l'ensemble des organismes (végétaux et animaux) dont le déplacement est gouverné par les courants. Il possède une importance écologique majeure, puisqu'il est à la base des chaînes alimentaires marines. Si des élèves souhaitent observer des planctons qui sont invisibles à l'oeil nu, un microscope apporte une aide pour l'observation. A l'heure actuelle, il est nécessaire pour les élèves de prélever de l'eau de mer et d'analyser l'échantillon en classe ou en laboratoire à l'aide d'un microscope classique ou électronique, par exemple. Cette observation nécessite toutefois de multiples manipulations de l'échantillon liquide (notamment le pipetage et sa préparation entre une lame et une lamelle). Typiquement, on dispose un volume d'eau sur une lame, représentant une goutte, puis on pose une lamelle sur l'échantillon, qui maintient l'échantillon sur la lame, par capillarité. Par ailleurs, les microscopes classiques et électroniques sont encombrants et coûteux du fait de la mise en oeuvre d'éléments optiques (lentilles) multiples. Outre leur coût relativement élevé, leur manipulation particulière et leur 5 fragilité de transport limitent leur utilisation aux laboratoires et à certaines écoles, dans lesquels les élèves ont rarement l'occasion de les manipuler. Aucun microscope utilisable directement sur le site où a été effectué le prélèvement n'a été commercialisé à ce jour. 10 3. Exposé de l'invention L'invention répond à ce besoin en proposant un microscope portatif démontable comprenant un boîtier creux délimitant un espace intérieur dans lequel sont disposés : - une chambre d'observation destinée à contenir un échantillon liquide à 15 observer, ladite chambre d'observation comprenant des moyens de raccordement à un premier tube d'aspiration/d'entrée de liquide dont une extrémité est destinée à être plongée dans un liquide à aspirer et à un deuxième tube d'évacuation/de sortie du liquide, - une pompe d'aspiration de liquide dans le premier tube vers le deuxième 20 tube via la chambre d'observation, - un dispositif d'éclairage de la chambre d'observation, et - un dispositif optique de grossissement de l'échantillon. Un tel microscope est de construction simple, de taille réduite et formé d'un petit nombre de pièces se prêtant à une construction peu coûteuse et permettant de le transporter aisément. 2 3 Le montage se réalise d'une manière très simple, les éléments étant assemblés par emboitement ou encliquetage. Un tel microscope est par ailleurs démontable. Un tel microscope peut être entièrement monté par un enfant d'une manière 5 extrêmement simple au moyen notamment de découpes, réalisé dans une matière peu coûteuse et facilement déformable et qui, tout en présentant des caractéristiques optiques suffisantes pour permettre des observations intéressantes, présente, grâce à sa simplicité de construction et au matériau utilisé, un prix de revient relativement faible. 10 Un tel microscope est économique et approprié pour le transport, et permet l'analyse visuelle d'échantillons de manière rapide, sur site. Un tel microscope peut être vendu comme un jouet scientifique ou un appareil de démonstration scolaire. Selon un aspect particulier de l'invention, la pompe d'aspiration est une 15 pompe de type péristaltique. Selon un aspect particulier de l'invention, ledit tube de sortie du liquide traverse ladite pompe péristaltique. Selon un aspect particulier de l'invention, ladite pompe péristaltique est configurée pour être actionnée par une molette rotative faisant saillie hors du 20 boîtier. Selon un aspect particulier de l'invention, le dispositif d'éclairage comprend une source lumineuse LED. 4 Selon un aspect particulier de l'invention, le microscope comprend un dispositif de réglage de mise au point comprenant des moyens de déplacement de la chambre d'observation par rapport au dispositif optique de grossissement. Selon un aspect particulier de l'invention, les moyens de déplacement 5 comprennent au moins une molette rotative. Selon un aspect particulier de l'invention, le boîtier comprend un couvercle dans lequel est monté une lentille optique de grossissement. Selon un aspect particulier de l'invention, la surface extérieure du couvercle présente un revêtement adhésif destiné à positionner un terminal portable de type 10 smartphone ou tablette en regard de ladite lentille optique de grossissement. Selon un aspect particulier de l'invention, le boîtier est en acrylique. L'invention concerne également un kit de construction comprenant un ensemble d'éléments permettant, lorsqu'ils sont montés/assemblés entre eux, de former un microscope portatif tel que décrit précédemment. 15 Un tel kit présente un ensemble d'éléments permettant de monter un microscope puis, si besoin, de le démonter aisément et sans détérioration pour une nouvelle utilisation ultérieure éventuelle. 4. Liste des figures 20 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels : la figure 1 montre le microscope selon l'invention dans sa 25 configuration assemblée ; 5 la figure 2 est une vue en éclatée du mécanisme de la pompe péristaltique mise en oeuvre dans le microscope selon l'invention, et la figure 3 est une vue en éclatée du dispositif de mise au point mis en oeuvre dans le microscope selon l'invention. 5 5. Description détaillée de l'invention L'invention concerne un microscope portatif démontable de dimensions réduites destiné notamment à l'observation des micro-organismes vivant du milieu aquatique. 10 Plusieurs éléments permettent par leur assemblage judicieux la réalisation d'un tel microscope. Il comprend une chambre d'observation destinée à contenir un échantillon liquide à observer, un dispositif d'éclairage de la chambre d'observation, un dispositif optique de grossissement de l'échantillon et une pompe d'aspiration de 15 liquide dans un tube souple relié à la chambre d'observation. Principalement destiné aux enfants, il est un microscope de terrain très pratique dans la mesure où il ne nécessite aucune manipulation (telle que le pipetage ou la préparation entre lame et lamelle) de l'échantillon liquide. Il offre un grossissement considérable, et peut être construit à très bon 20 marché. Son utilisation est en outre relativement simple. Il suffit de plonger une extrémité du tube souple dans le liquide (eau de mer, par exemple) que l'on souhaite observer puis d'actionner une molette pour faire circuler l'échantillon devant un objectif réduit à son minimum (une lentille sphérique). 6 L'observation est alors possible à l'oeil nu ou via un terminal portable de type smartphone ou tablette, et l'observateur peut ajuster le focus avec une autre molette. Au delà de cette simplicité d'utilisation, le microscope selon l'invention se 5 présente sous la forme d'un kit qu'il est nécessaire d'assembler avant usage. Cela permet aux enfants de comprendre les mécanismes internes de ce dernier. Le kit contient - un fascicule de montage illustré, 3 10 - deux planches de format A4 en acrylique d'épaisseur 3mm prédécoupées au laser, - un système fluidique comprenant deux tubes en silicone, une chambre d'observation Op-Slide I Luer de la société Ibidi en plastique de contenance égale à 50 p.1, 100 p.1, 150 pl, or 200 pi et des connecteurs 15 spécifiques, 3 - un système électrique minimaliste pré-assemblé (une pile plate 3V, un interrupteur et une LED) - une lentille sphérique de grossissement. El Le kit propose des dimensions intéressantes car il peut être expédié 20 dans une enveloppe de format A4. Les pièces restent solidaires des planches de jusqu'à ce qu'elles soient détachées. 7 Le montage de ce kit se fait par l'assemblage des différentes pièces, qui sont dans cet exemple prédécoupées dans des panneaux de fibres de bois (comme des panneaux de fibres à densité moyenne ou MDF (pour "medium density fiberboard" en anglais) d'épaisseur égale à 3mm. 5 D'autres matériaux peuvent être utilisés dès lors qu'ils peuvent être découpés au laser et en présentant, de préférence, une épaisseur de 3mm. L'acrylique est ainsi une très bonne alternative par la variété des coloris existant et par sa plus grande résistance à l'abrasion et à l'humidité. L'utilisation de l'acrylique transparent permet de faciliter la visualisation de 10 l'échantillon liquide dans le microscope et de dépister plus facilement d'éventuels dysfonctionnement. L'assemblage des pièces du kit permet de créer la structure du microscope ainsi que les mécanismes internes au système. Aucun outil, adhésif, colle ou accessoire ne sont nécessaires durant le 15 montage car toutes les pièces formant le microscope sont assemblés mécaniquement de façon réversible sont reliées/assemblées mécaniquement encliquetage élastique réversible (clipsage). Ainsi, aucune étape d'assemblage n'est irréversible ce qui permet de démonter puis remonter le microscope à sa guise. 20 On décrit par la suite les figures 1 à 3 annexées en détail. La figure 1 est une vue d'un microscope 1 selon l'invention dans sa configuration assemblée. 8 Il comprend un boîtier 10 creux délimitant un espace intérieur et comprend un couvercle 101 et une plaque de fond 102 reliés par une paroi périphérique 103 incurvée. Le couvercle 101, la plaque de fond 102 et la paroi périphérique 103 sont 5 assemblés entre eux par encliquetage réversible. Cet encliquetage est réalisé classiquement par coopération d'éléments mâles et femelles. Deux ouvertures ménagées sur le couvercle 101 montrent en partie la chambre d'observation 21 du microscope, et en particulier les orifices d'entrée et de sortie 211 et 212 qui sont reliés fluidiquement à un canal de réception d'un 10 échantillon liquide à observer (c'est-à-dire soumis à l'examen microscopique). Un dispositif optique d'agrandissement comprenant une unique lentille 11 optique est disposée sur le couvercle 101 et permet d'observer l'échantillon liquide prélevé. Le boîtier porte une première molette 12 d'axe de rotation vertical agissant 15 sur une pompe péristaltique, décrite ci-après, et une deuxième molette 13 d'un système de mise au point, décrit ci-après, présentant un axe de rotation horizontal. Ces molettes 12, 13 crantées sont situées au niveau de la paroi périphérique 103, la molette 12 faisant saillie hors du boîtier. Comme cela est visible sur la figure 3, la chambre d'observation 21 prend la 20 forme d'une lamelle ou lame microscopique transparente présentant un canal 213 de réception d'un liquide, le canal 213 présentant une entrée 211 de liquide au niveau d'un premier orifice du canal 213 et une sortie 212 de liquide au niveau d'un second orifice du canal, communiquant respectivement avec un tube souple 9 d'entrée ou d'injection de liquide et d'autre part avec un tube souple de sortie ou d'évacuation de liquide. L'extrémité du premier tube, dit tube d'entrée, est destinée à être plongée dans le milieu que l'on souhaite observer. Le tube d'entrée se prolonge à l'intérieur 5 du boîtier 10 du microscope 1 et vient se brancher à l'entrée 211 de la chambre d'observation 21 grâce à un connecteur. Le deuxième tube, dit tube de sortie, 14 est destiné à expulser le liquide ayant déjà traversé le système fluidique. Le tube de sortie 14 vient lui se brancher à la sortie 212 de la chambre d'observation 21, traverse la pompe péristaltique décrite 10 ci-après et enfin ressort du boîtier 10 du microscope. La chambre d'observation 21 peut ainsi être remplie par écoulement et est éclairée par un dispositif d'éclairage 27 comprenant ici une source de lumière de type LED. A l'issue du montage, on obtient alors un boîtier 10 fermé duquel sortent les 15 deux tubes souples d'entrée et de sortie en silicone par une ouverture 1031 (seul le tube de sortie 14 est représenté sur les figures). Il n'y a donc pas d'axe X et Y comme il existe sur des microscopes conventionnels pour effectuer l'exploration d'un échantillon. L'utilisation du microscope selon l'invention est, par conséquent, 20 relativement simple et particulièrement adaptée aux enfants. La figure 2 est une vue en éclatée du mécanisme de la pompe péristaltique 30 mise en oeuvre dans le microscope 1 selon l'invention, montrant le corps 31 de pompe qui présente une ouverture centrale circulaire dans laquelle sont logés deux galets 32 de compression et deux roulements 34. Les galets 32 et roulements 34 10 sont traversés par un axe 33. Le tuyau 14 souple de sortie s'enroule autour des galets 32 de compression contre la paroi circulaire de l'ouverture circulaire du corps 31 de pompe (il fait une boucle dans le corps 31 de pompe). La pompe péristaltique 30 est une pompe à déplacement positif, qui est basé 5 sur la compression et la décompression en alternance du tube 14 souple où progresse le liquide à pomper, en l'occurrence le tube de sortie, similaire au fonctionnement de la gorge ou de l'intestin humain. Le rotor formé par les galets 32 de compression rotatifs prend appui le long de la longueur du tube 14, en le comprimant contre les parois de l'ouverture 10 circulaire du corps 31 de pompe, de sorte à créer un vide poussé qui a pour effet l'aspiration du liquide vers la chambre d'observation par le tube d'entrée (non visible) et son expulsion en dehors de la chambre d'aspiration par le tube 14 de sortie. Les galets 32 qui obturent des portions du tuyau 14 de sortie durant leur 15 rotation vont déplacer le fluide retenu dans le même sens. L'aspiration du fluide à l'entrée de la pompe est possible du fait de l'élasticité du tuyau 14. L'échantillon liquide prélevé dans la mer est entraîné dans ce système fluidique par la mise en mouvement de la pompe péristaltique 30 manuelle. Il suffit de faire pivoter une molette 12, reliée à la pompe, dans un sens ou dans l'autre pour 20 faire avancer ou reculer le liquide dans le système fluidique. On note qu'une pièce de jonction 35 relie de façon réversible le corps 31 de la pompe péristaltique 30 au boîtier 10 du microscope 1. La figure 3 est une vue en éclatée du dispositif de mise au point mis en oeuvre dans le microscope selon l'invention, montrant la plaque arrière 24 du boîtier 11 10, la plaque avant 25 dans laquelle sont ménagées des encoches 251 de passage du tube, la lame 21 formant la chambre d'observation, et un support de lame 22 qui vient prendre appui sur le bord supérieur des plaques avant et arrière 25, 24 par le biais de languettes 221 coopérant avec des encoches 252 ménagées sur lesdites 5 plaques 24, 25. Une plaque 23 portant la source lumineuse est solidarisée aux plaques avant et arrière 25, 24 par le biais de languettes 231 coopérant avec des lumières 253 de forme rectangulaire ménagées sur lesdites plaques 24, 25. Sous la plaque 23 est disposée une tige 33 qui est reliée à chacune de ses 10 extrémités à une molette 131 et un excentrique 132 juxtaposés qui viennent s'emmancher sur la tige 33. Les deux extrémités de la plaque 23 portent un axe 232 qui vient se loger dans une lumière 1321 en arc de cercle ménagée dans la molette 132. Ainsi, lorsque les molettes 13 constituées des molettes 131 et 132 sont 15 déplacées en rotation, l'axe 232 se déplace dans la lumière 1321 ce qui entraîne le déplacement vers le haut ou le bas de la plaque 23, des plaque arrière 24 et avant 25, du support de lame 22, et donc de l'échantillon situé dans la lame 21. Ce mécanisme permet un réglage du focus ou de la mise au point (ou netteté) nécessaire pour réaliser des observations de qualité. 20 II est ainsi possible de modifier la distance entre la chambre d'observation 21 et la lentille 11 qui est solidaire du couvercle 101. La mise au point s'obtient en rapprochant plus ou moins l'objet examiné de l'objectif (lentille 11). Pour cela, il suffit de faire pivoter les molettes 131 latérales qui sont solidarisées à des excentriques 132. Dans ces excentriques 132 sont enclenchées de part et d'autres les axes 232 d'une plaque 23 de support coulissante qui soutient la chambre d'observation 21 et qui peut monter et descendre. 5 La chambre d'observation 21 contenant l'échantillon prélevé est ainsi disposée mobile en translation le long de l'axe optique du microscope 1. On peut ainsi régler la netteté de l'image en réglant la position de l'échantillon le long de l'axe optique. Un dispositif optique à une seule lentille présente l'avantage que le réglage 10 de l'image peut se faire par ce seul mouvement, sans nécessité d'adaptation des positions des autres éléments. Cela facilite nettement à la fois la conception du microscope 1, et le réglage du microscope 1, qui est ainsi à la portée de tous, et ne nécessite pas la présence d'un opérateur spécialisé. Pour procéder à l'observation d'un échantillon, l'utilisateur procède comme 15 suit. Après avoir entraîné l'échantillon liquide jusque devant le trajet optique en actionnant la molette 12 d'entraînement de la pompe péristaltique 30, il est nécessaire d'actionner un interrupteur afin d'illuminer et observer l'échantillon, en réglant le focus si besoin à l'aide des molettes 13. 20 L'observation peut se faire à l'ceil nu en regardant à travers la lentille 11 située sur le couvercle 101 ou bien en positionnant un terminal portable de type smartphone ou tablette à plat sur le couvercle 101 du microscope' en regard de la lentille 11. 12 Selon une mise en oeuvre particulière, un revêtement adhésif réutilisable et 13 nettoyable disposé sur le dessus du couvercle permet au terminal portable de type smartphone ou tablette d'être maintenu en position sur le dessus du couvercle en regard de la lentille 11. Un rinçage du système fluidique peut être effectué après utilisation en 5 faisant tremper les deux tubes dans de l'eau claire et en actionnant durant une certaine durée la molette 12 d'entraînement de la pompe péristaltique 30. Le microscope 1 ainsi constitué est portatif et aisément transportable (il peut être glissé dans la poche d'un vêtement. Bien qu'il soit de structure extrêmement simple, il peut être utilisé pour faire 10 des examens scientifiques, soit dans le cadre de travaux scolaires, soit au cours de travaux scientifiques en extérieur, lorsque l'on ne peut envisager d'emporter avec soi un microscope lourd, à condition bien entendu qu'on n'ait pas besoin d'un fort grossissement optique. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution 15 de ce microscope qui vient d'être décrite ci-dessus à titre d'exemple. REVENDICATIONS1. Microscope (1) portatif démontable comprenant un boîtier (10) creux délimitant un espace intérieur dans lequel sont disposés : - une chambre d'observation destinée à contenir un échantillon liquide à observer, ladite chambre d'observation comprenant des moyens de raccordement à un premier tube d'aspiration/d'entrée de liquide dont une extrémité est destinée à être plongée dans un liquide à aspirer et à un deuxième tube d'évacuation/de sortie du liquide, - une pompe d'aspiration de liquide dans le premier tube vers le deuxième tube via la chambre d'observation, - un dispositif d'éclairage de la chambre d'observation, et - un dispositif optique de grossissement de l'échantillon. 2. Microscope (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pompe d'aspiration est une pompe de type péristaltique. 3. Microscope (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit tube de sortie du liquide traverse ladite pompe péristaltique. 4. Microscope (1) selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ladite pompe péristaltique est configurée pour être actionnée par une molette rotative faisant saillie hors du boîtier. 15 5. Microscope (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif d'éclairage comprend une source lumineuse LED. 6. Microscope (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il 5 comprend un dispositif de réglage de mise au point comprenant des moyens de déplacement de la chambre d'observation par rapport au dispositif optique de grossissement. 7. Microscope (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de 10 déplacement comprennent au moins une molette rotative. 8. Microscope (1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le boîtier comprend un couvercle dans lequel est monté une lentille optique de grossissement. 9. Microscope (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que la surface extérieure du couvercle présente un revêtement adhésif destiné à positionner un terminal portable de type smartphone ou tablette en regard de ladite lentille optique de grossissement. 10. Microscope (1) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le boîtier est en acrylique. 11 Kit de construction comprenant un ensemble d'éléments permettant, 25 lorsqu'ils sont montés/assemblés entre eux, de former un microscope (1) portatif selon l'une des revendications 1 à 10. 15 20