Brevet FR3105297A1 — publié le 20210625

La présente invention concerne un dispositif de mesure (1) pour l’évaluation de l’intégrité d’un filtre à particules d’un pot d’échappement (3), comprenant : un moyen d’admission (2) de gaz d’échappement du pot d’échappement (3) dans le dispositif de mesure (1) ; une tête de prélèvement (4) comprenant une membrane (5), disposée en aval du moyen d’admission (2) ; une pompe de prélèvement (6) pour la circulation des gaz d’échappement au travers de la membrane (5), disposée en aval de la tête de prélèvement (4) ; des moyens de mesure du noircissement de la membrane (5) ; des moyens de détermination de la concentration en particules de carbone à partir de la mesure du noircissement de la membrane (5), et des moyens d’évaluation de l’intégrité du filtre à particules à partir de la concentration en particules de carbone. Figure pour l’abrégé : figure 1 Dispositif et procédé de mesure pour l’évaluation de l’intégrité d’un filtre à particules La présente invention invention concerne un dispositif de mesure pour évaluer l’intégrité d’un filtre à particules d’un pot d’échappement, en particulier d’un pot d’échappement en sortie de moteur diesel, par exemple un pot d’échappement d’un engin de chantier, ou un pot d’échappement d’un véhicule utilitaire. La présente invention concerne également un procédé d’évaluation de l’intégrité d’un filtre à particules d’un pot d’échappement. Les engins non routiers équipés de moteur diesel sont très largement utilisés dans l’industrie et les travaux publics. Ces moteurs présentent l’inconvénient de rejeter des polluants dans l’atmosphère sous forme gazeuse et particulaire. Les principaux produits concernés sont les oxydes d’azote, couramment appelés NOx, en particulier NO et NO2, le monoxyde de carbone, et les particules fines ou ultrafines carbonées sur lesquelles sont absorbés des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP). Ces polluants sont classés comme cancérigène 1 selon le Centre International de Recherche sur le Cancer (CIRC). La concentration dans l’atmosphère de ces composés se trouve renforcée dans certaines situations de confinement du fait de l’absence de ventilation naturelle. Ainsi, de nombreux salariés sont soumis à des expositions de substances toxiques et/ou cancérogènes tout au long de leur carrière. L’utilisation de plus en plus répandue de filtres à particules permet de filtrer les fumées d’échappement diesel et de limiter le risque d’exposition aux particules de carbone. Ces particules de carbone sont par la suite éliminées régulièrement par combustion catalysée ou par remplacement du filtre. Les filtres à particules sont des systèmes efficaces mais ils subissent, notamment sur les engins non routiers ou engins de chantier ou encore les véhicules utilitaires, des contraintes importantes ou connaissent des défauts de maintenance pouvant conduire à leur dégradation. Ces dégradations peuvent conduire à la perte totale de l’intégrité des filtres à particules générant alors une augmentation de la concentration en particules à l’émission du moteur. De fait, les filtres à particules n’assurent plus leur fonction d’épuration, générant un risque d’exposition des salariés. A ce jour, aucun indicateur embarqué destiné à l’évaluation de l’intégrité d’un filtre à particules n’est complètement satisfaisant. Certains systèmes, par exemple, ne détectent pas les micro-fissurations d’un filtre à particules, en plus d’être chers. Ainsi, un déplacement sur site est nécessaire pour effectuer le contrôle d’un filtre à particules. Toutefois, les appareils employés ne sont pas simple d’utilisation, sont très chers (plusieurs milliers d’euros), ou ne sont pas adaptés pour déterminer la concentration en particules de carbone dans la gamme de mesure. En effet, le réglage desdits appareils les moins coûteux n’est pas suffisamment sensible pour une mesure précise de la concentration en particule de carbone. Ainsi, il n’existe pas d’indicateur simple, à bas coût, efficace et précis, permettant d’indiquer qu’un filtre à particules a perdu son intégrité. Il est entendu par « perte d’intégrité d’un filtre à particules » que le filtre à particules n’est plus efficace, c’est-à-dire qu’il n’assure plus correctement sa fonction d’épuration, de filtre des particules de carbone. En d’autres termes, le filtre à particules ne fonctionne plus correctement. A l’heure actuelle, la pratique est plutôt de procéder au remplacement d’un filtre à particules au bout d’une certaine période, sans connaitre l’état d’intégrité du filtre à particules préalablement au démontage du filtre à particules. Ainsi, il existe un besoin pour surmonter les inconvénients mentionnés ci-avant. En particulier, un but de l’invention est de proposer un dispositif de mesure, pour l’évaluation de l’intégrité d’un filtre à particules d’un pot d’échappement, en particulier d’un pot d’échappement d’un moteur diesel, simple, à bas coût de fabrication, permettant de réaliser un diagnostic sur site de la concentration en particules de carbone. L’invention a donc pour objet un dispositif de mesure pour l’évaluation de l’intégrité d’un filtre à particules d’un pot d’échappement, comprenant : un moyen d’admission de gaz d’échappement du pot d’échappement dans le dispositif de mesure ; une tête de prélèvement comprenant une membrane, disposée en aval du moyen d’admission ; une pompe de prélèvement pour la circulation des gaz d’échappement au travers de la membrane, disposée en aval de la tête de prélèvement ; des moyens de mesure du noircissement de la membrane ; des moyens de détermination de la concentration en particules de carbone à partir de la mesure du noircissement de la membrane, et des moyens d’évaluation de l’intégrité du filtre à particules à partir de la concentration en particules de carbone. De préférence, la membrane présente un diamètre de 25 mm. Préférentiellement, la tête de prélèvement est un support de membrane en inox. Selon un mode de réalisation particulier, le moyen d’admission est coudé, de préférence coudé à 90°. Lorsque le moyen d’admission est coudé, la tête de prélèvement ne se situe pas dans le flux des gaz d’échappement. En effet, la température des gaz d’échappement peut être élevée, par exemple de l’ordre de 90/100°C. La température peut être même plus élevée, par exemple jusqu’à 300°C. Lorsque la tête de prélèvement ne se situe pas dans le flux des gaz d’échappement, elle est ainsi protégée car, dans ce cas, elle n’est pas exposée à une température élevée. De préférence, le dispositif de mesure comprend des moyens de fixation pour la fixation dudit dispositif sur le pot d’échappement. De manière préférée, les moyens de mesure du noircissement de la membrane comportent des capteurs infra-rouges disposés dans la tête de prélèvement. Lesdits capteurs infra-rouges comprennent, de manière classique, au moins une LED et au moins un phototransistor. Comme indiqué précédemment, le dispositif de mesure selon l’invention comprend des moyens de détermination de la concentration en particules de carbone à partir de la mesure du noircissement de la membrane, et des moyens d’évaluation de l’intégrité du filtre à particules à partir de la concentration en particules de carbone. De manière préférée, les moyens de détermination de la concentration en particules de carbone à partir de la mesure du noircissement de la membrane et d’évaluation de l’intégrité du filtre à particules à partir de la concentration en particules de carbone sont regroupés dans un boîtier de mesure. Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, la mesure de noircissement peut permettre de déterminer la concentration en particules de carbone à partir d’une variation de tension d’une mesure optique. Une correspondance entre la mesure de noircissement et la concentration en particules de carbone peut être réalisée à travers l’élaboration d’une corrélation. Avantageusement, cette correspondance peut être effectuée et indiquée à l’aide d’un boîtier de mesure, pouvant être connecté à la tête de prélèvement du dispositif de mesure selon l’invention. Puis, à partir de la concentration en particules de carbone, l’état d’intégrité du filtre à particules du pot d’échappement peut être évalué et indiqué, par exemple grâce au boitier de mesure. Ainsi, le dispositif de mesure selon l’invention est apte à évaluer l’intégrité du filtre à particules à partir de la concentration en particules de carbone. L’invention porte également sur un procédé d’évaluation de l’intégrité d’un filtre à particules d’un pot d’échappement, en particulier d’un pot d’échappement d’un moteur diesel, comprenant les étapes suivantes : (a) Mettre en place un moyen d’admission d’un dispositif de mesure pour l’admission de gaz d’échappement d’un pot d’échappement au travers d’une membrane disposée dans une tête de prélèvement du dispositif de mesure ; (b) Prélever les gaz d’échappement à l’aide d’une pompe de prélèvement du dispositif de mesure ; (c) Réaliser une mesure de noircissement de la membrane ; (d) Déterminer la concentration en particules de carbone à partir de la valeur de la mesure de noircissement ; (e) Déterminer l’intégrité du filtre à particules d’un pot d’échappement à partir de la concentration en particules de carbone. Avantageusement, l’étape b) est réalisée à l’aide d’une pompe de prélèvement délivrant un débit de prélèvement de l’échappement à un débit allant de 2 à 6 L/min, de préférence de 4 L/min. Selon l’étape c), une mesure de noircissement de la membrane est réalisée. Selon un mode de réalisation particulier, la mesure est réalisée à l’aide de capteurs infra-rouges disposés dans la tête de prélèvement. Dans ce mode de réalisation, la mesure est directement réalisée dans la tête de prélèvement grâce aux capteurs infra-rouges. La mesure repose alors sur les propriétés d’adsorption des particules de carbone dans l’infrarouge à une longueur d’onde allant de 940 à 880 nm. Cette technique présente l’avantage de ne pas manipuler la membrane. La mesure de noircissement est réalisée sur la surface de la membrane. Différents niveaux de gris peuvent être alors mesurés. La mesure de noircissement peut permettre alors de déterminer la concentration en particules de carbone à partir d’une variation de tension d’une mesure optique. Plus particulièrement, dans un mode de réalisation, la LED des capteurs infra-rouges émet de la lumière en direction de la membrane. Puis, la lumière est réfléchie par la membrane et le phototransistor reçoit cette lumière réfléchie, ledit phototransistor permettant la conversion optique en tension. La membrane se charge en particules de carbone au fur et à mesure du prélèvement. Plus les particules de carbone sont nombreuses, plus elles absorbent la lumière envoyée, plus la lumière réfléchie est atténuée, et donc plus la tension mesurée est faible. Ainsi, la mesure de noircissement peut être une mesure de noircissement par atténuation de la lumière réfléchie par la membrane, ladite membrane étant progressivement chargée en particules au cours du prélèvement. Une correspondance entre la mesure de noircissement et la concentration en particules de carbone peut être réalisée à travers l’élaboration d’une corrélation. D’autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront encore plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence au dessin annexé sur lequel : est une vue schématique d’un mode de réalisation d’un dispositif de mesure selon l’invention ; est une autre vue schématique d’un mode de réalisation d’un dispositif de mesure selon l’invention ; est une autre vue schématique d’un mode de réalisation d’un dispositif de mesure selon l’invention. Le dispositif de mesure selon l’invention est destiné à l’évaluation de l’intégrité d’un filtre à particules d’un pot d’échappement. Ledit dispositif permet de réaliser un contrôle ponctuel sur site de l’état d’intégrité du filtre à particules de manière simple. On se réfèrera aux figures 1 à 3 qui illustrent plusieurs modes de mise en œuvre d’un dispositif de mesure selon l’invention. Comme on le voit sur la figure 1, le dispositif de mesure 1 comprend un moyen d’admission 2 de gaz d’échappement du pot d’échappement 3 dans le dispositif de mesure 1. De préférence, le moyen d’admission 2 est un tube 2 en inox. Le dispositif de mesure 1 comprend également une tête de prélèvement 4 comprenant une membrane 5, ladite tête de prélèvement 4 étant disposée en aval du moyen d’admission 2, en aval par rapport à la direction du flux du gaz d’échappement. Ladite membrane 5 permet de collecter les particules de carbone à sa surface. Le dispositif de mesure 1 comprend aussi une pompe de prélèvement 6 pour la circulation des gaz d’échappement au travers de la membrane 5. La pompe de prélèvement 6 est disposée en aval de la tête de prélèvement 4. La pompe de prélèvement 6 est reliée à la tête de prélèvement 4 grâce à un tuyau 7. Avantageusement, la tête de prélèvement 4 peut être munie d’une enveloppe de protection 9, comme on le voit sur la figure 3. Cette enveloppe de protection peut être un boîtier de maintien formé par deux demi-coquilles (9a, 9b) assemblées l’une à l’autre. Selon un mode de réalisation particulier, le moyen d’admission 2 peut être coudé, comme on le voit sur la figure 2. De préférence, la pompe de prélèvement 6 délivre un débit de prélèvement de l’échappement de 4 L/min. Par ailleurs, le dispositif de mesure 1 est fixé au pot d’échappement 3 à l’aide d’un support de fixation 8. Le prélèvement des gaz d’échappement peut être effectué à une température des gaz de 90/100°C ou à une température supérieure, allant de 100 à 300°C. Selon un mode de réalisation, la tête de prélèvement 4 comprend des capteurs infra-rouges. Dans ce mode de réalisation, la mesure de noircissement peut être directement effectuée dans la tête de prélèvement 4. Après installation du dispositif de mesure 1, le prélèvement peut démarrer. Les particules de carbone présentes dans les gaz d’échappement du pot d’échappement 3 sont collectées sur la surface de la membrane 5 pendant de préférence 4 minutes. Comme cela a été indiqué précédemment, la mesure repose sur les propriétés d’adsorption des particules de carbone dans l’infrarouge à une longueur d’onde allant de 940 à 880 nm. Ce principe est bien connu de l’homme du métier. Des mesures optiques sont réalisées tout au long des 4 minutes de prélèvement et qui donnent des mesures de tensions électriques. Un traitement du signal spécifique est réalisé pour obtenir une sensibilité nécessaire. Ce traitement du signal spécifique est une opération classique pour l’homme du métier. Préalablement au prélèvement, une courbe d’étalonnage est réalisée dans laquelle l’évolution de la tension est évaluée en fonction de la concentration en particules de carbone. En effet, un appareil de référence pour la mesure du carbone suie est utilisé. Des quantités connues de particules de carbone émises par un moteur diesel sont envoyées à travers l’appareil de référence. Pour chacune des quantités, une tension électrique est mesurée. Ainsi, une courbe d’étalonnage peut être tracée dans laquelle l’évolution de la tension est évaluée en fonction de la concentration en « équivalent de particules de carbone », avec une pente de la droite d’étalonnage qui a pu être déterminée. En effet, une relation linéaire entre la variation de tension électrique d’une mesure optique et la concentration en « équivalent de particules de carbone » a pu être déterminée. Une concentration de référence connue a pu être créée. Ainsi, au bout des, de préférence, 4 minutes de prélèvement, une correspondance entre la variation de tension électrique d’une mesure optique et la concentration en particules de carbone peut être élaborée. Un boîtier de mesure peut être configuré pour effectuer la correspondance. Ledit boîtier de mesure peut être connecté à la tête de prélèvement du dispositif de mesure 1. Puis, la concentration en particules de carbone déduite à partir de la variation en tension électrique est comparée à des seuils d’état d’intégrité des filtres à particules, qui peuvent correspondre à certaines gammes de concentration en particules de carbone. En particulier, trois niveaux indiquant l’état d’intégrité d’un filtre à particules peuvent être mis en place. Par exemple, un premier niveau peut indiquer un bon état d’intégrité, un second un état d’intégrité à surveiller, et un troisième un mauvais état d’intégrité. Par ailleurs, il est question ci-avant de la possibilité de mettre en place trois niveaux pour indiquer l’état d’intégrité d’un filtre à particules. Toutefois, il est tout à fait possible de mettre en place plus de trois niveaux. Le boîtier de mesure peut être aussi configuré pour évaluer l’état d’intégrité du filtre à particules du pot d’échappement, en particulier du pot d’échappement d’un moteur diesel, à partir de la concentration en particules de carbone. Ainsi, une fois la mesure de noircissement effectuée, le boîtier de mesure peut comprendre des moyens d’affichage pour indiquer l’état d’intégrité du filtre à particules. Par ailleurs, une même membrane peut être utilisée pour réaliser plusieurs mesures successives. Toutefois, avant chaque utilisation, la tension initiale est mesurée. Si la tension est supérieure à un seuil prédéfini, l’utilisateur peut être informé via le boîtier de mesure du fait qu’il est nécessaire de changer la membrane. Cela signifie que la membrane contient trop de particules en surface. Cette dernière est donc retirée par l’utilisateur et ce dernier la remplace par une nouvelle membrane. Une nouvelle évaluation peut alors être effectuée sur un nouveau pot d’échappement. Dispositif de mesure (1) pour l’évaluation de l’intégrité d’un filtre à particules d’un pot d’échappement (3), comprenant : un moyen d’admission (2) de gaz d’échappement du pot d’échappement (3) dans le dispositif de mesure (1) ; une tête de prélèvement (4) comprenant une membrane (5), disposée en aval du moyen d’admission (2) ; une pompe de prélèvement (6) pour la circulation des gaz d’échappement au travers de la membrane (5), disposée en aval de la tête de prélèvement (4) ; des moyens de mesure du noircissement de la membrane (5) ; des moyens de détermination de la concentration en particules de carbone à partir de la mesure du noircissement de la membrane (5), et des moyens d’évaluation de l’intégrité du filtre à particules à partir de la concentration en particules de carbone Dispositif de selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tête de prélèvement est un support de membrane en inox. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen d’admission (2) est coudé. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens de fixation pour la fixation dudit dispositif (1) sur le pot d’échappement (3). Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de mesure du noircissement de la membrane (5) comportent des capteurs infrarouge disposés dans la tête de prélèvement (4). Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de détermination de la concentration en particules de carbone à partir de la mesure du noircissement de la membrane (5) et d’évaluation de l’intégrité du filtre à particules à partir de la concentration en particules de carbone sont regroupés dans un boîtier de mesure. Procédé d’évaluation de l’intégrité d’un filtre à particules d’un pot d’échappement, comprenant les étapes suivantes : Mettre en place un moyen d’admission (2) d’un dispositif de mesure (1) pour l’admission de gaz d’échappement d’un pot d’échappement (3) au travers d’une membrane (5) disposée dans une tête de prélèvement (4) du dispositif de mesure (1) ; Prélever les gaz d’échappement à l’aide d’une pompe de prélèvement (6) du dispositif de mesure (1) ; Réaliser une mesure de noircissement de la membrane (5) ; Déterminer la concentration en particules de carbone à partir de la valeur de la mesure de noircissement ; Déterminer l’intégrité du filtre à particules du pot d’échappement (3) à partir de la concentration en particules de carbone. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la mesure de noircissement de la membrane est réalisée à l’aide de capteurs infra-rouges disposés dans la tête de prélèvement (4)