Brevet FR3129103A1 — publié le 20230519

L’invention concerne un procédé (200) de contrôle de fabrication de produits caoutchouteux réalisé par un système (100) de fabrication de produits caoutchouteux, de sorte que la sortie d’un modèle de profils olfactifs sera l’identification des propriétés physico-chimiques du mélange caoutchouteux en cours de production à une installation de production (110). L’invention concerne aussi un système (100) de fabrication de produits caoutchouteux qui réalise un procédé (200) de contrôle de fabrication de produits caoutchouteux, le système comprenant une installation de production (110) qui met en œuvre des étapes successives de mélangeage, un dispositif (120) de détection d’odeur qui capture d’un air ambient autour de l’installation de production pour obtenir au moins un échantillon gazeux pendant le cycle de mélangeage, et un sous-système de contrôle (130) qui emploie un modèle de profils olfactifs à partir des physico-chimiques des mélanges caoutchouteux reconnus par résonance plasmonique de surface (SPR). Figure pour l’abrégé : Fig 2 Procédé et Système de Contrôle de Fabrication de Produits Caoutchouteux en Réponse aux Propriétés Physico-Chimiques d’un Mélange Caoutchouteux L’invention concerne l’utilisation des mesures sensiblement « olfactives » dans les installations où des produits caoutchouteux (y compris des pneumatiques) sont fabriqués à partir des mélanges caoutchouteux. Plus particulièrement, l’invention concerne des systèmes et des procédés pour déterminer des corrélations entre un ou des phénomènes physiques liés à un caoutchouc (par exemple, le collant) et les évolutions des composés organo-volatiles provenant des mélanges caoutchouteux. Contexte Le domaine de fabrication des produits caoutchouteux (y compris des pneumatiques) à partir de mélanges caoutchouteux implique des procédés comprenant multiples étapes de transformation des matières premières, y compris, sans limitation, des étapes de broyage et de lavage, des étapes de convection chaude pour le séchage des miettes de caoutchouc humide, l'emballage du caoutchouc séché, et le stockage de caoutchouc fabriqué. Les émissions de des composés organiques volatils (ou « COV ») des caoutchoucs différents exposent un nombre d'odorants en termes de concentrations ainsi que de type d'odorant. Pendant ces procédés, la surveillance des COV présente une opportunité importante pour évaluer les changements dans la composition des COV émis pendant le traitement du caoutchouc. Dans une étude qui compare les COV émis directement à partir des matières premières du caoutchouc ou du caoutchouc non transformé, les composés identifiés ont été classés dans différents groupes chimiques (par exemple, acides, alcools, composés aromatiques, aldéhydes, alcanes, éthers, esters, hydrocarbures cycliques, cétones, sulfureux, azotés, terpènes, et autres)(voir « Quantification of VOCs and the Development of Odour Wheels for Rubber Processing », Nor H. Kamarulzaman, Nhat Le-Minh, Ruth M. Fisher, Richard M. Stuetz, Science of the Total Environment 657 (2019))(« la référence Kamarulzaman »)). Dans cette étude, certains des odorants ont été soumis à une analyse comparative des COV afin d'identifier les tendances générales du comportement des émissions de caoutchouc. D’après cette étude, la variation des odeurs identifiées peut être associée à des propriétés spécifiques du caoutchouc, en particulier les niveaux de protéines et le taux d'humidité. A titre d’exemple, la , correspondant à la Figure 8 de la référence Kamarulzaman, représente l'ensemble des groupes chimiques obtenus à partir d’un caoutchouc chauffé (voir aussi le Tableau 3 de la référence Kamarulzaman). Le groupe dominant de COV libérés par l'échantillon chauffé étaient les composés aromatiques, suivis des cétones, des aldéhydes, des acides et des composés de type cyclique. Les groupes sulfureux et azotés présentaient un pourcentage faible et similaire d'odorants, cependant ils étaient susceptibles de contribuer au profil olfactif. Il existe dans le commerce des outils visant à reconnaître la présence d'un composé cible (par exemple, un analyte chimique ou biologique) dans un échantillon gazeux. Parmi ces outils, des nez électroniques emploient souvent un ou des capteurs qui mesurent la concentration d'une substance par résonance plasmonique de surface (connu dans l’art comme « SPR » ou « Surface Plasmon Resonance » en anglais)(voir « Highly-Selective Optoelectronic Nose Based on Surface Plasmon Resonance Imaging for Sensing Volatile Organic Compounds », Sophie Brenet, Aurelian John-Herpin, François-Xavier Gallat, Benjamin Musnier, Arnaud Buhot, Cyril Herrier,Tristan Rousselle, Thierry Livache, and Yanxia Hou, Analytical Chemistry , 90, 9879−9887 (2018). La technique SPR peut mesurer l'interaction entre les molécules en utilisant des principes optiques sans substance de marquage séparée telle qu'un matériau fluorescent. Les plasmons de surface sont des vibrations quantifiées d'électrons libres se propageant le long de la surface d'un conducteur, tel qu'une surface métallique. Ces plasmons de surface traversent un milieu diélectrique tel qu'un prisme et pénètrent dans un film métallique à un angle supérieur à l'angle critique du milieu diélectrique. Ils sont excités par la lumière incidente et provoquent une résonance à un certain angle. L'angle d'incidence auquel cette résonance se produit (appelé « l'angle de résonance ») est sensible aux variations de l'indice de réfraction d'un matériau proche du film métallique. La SPR comprend une technique connue permettant de détecter un changement local d'indice optique (étant un indice de réfraction) qui caractérise l'interaction du composé cible avec chaque capteur du nez électronique. Les capteurs SPR peuvent analyser quantitativement les échantillons à partir du changement de l'indice de réfraction du matériau proche du film métallique (c.-à-d., un échantillon utilisant les propriétés ci-dessus). Pour l’analyse de COV, l’efficacité de la SPR contribue aux bonnes performances des nez électroniques, telles que leur sensibilité, leur sélectivité, leur répétabilité de performance et leur stabilité. Il existe aussi des solutions d’imagerie par SPR pour la détection des COV en phase gazeuse qui présentent une bonne répétabilité et une bonne stabilité (voir les solutions divulguées par les publications FR3063543, WO2021/009440, WO2021/053284 et WO2021/053285 et offertes dans le commerce par Aryballe Technologies). En outre, l'amélioration récente des techniques d'apprentissage machine et de l'analyse des données, combinée à des plateformes de calcul et de stockage de données, a ouvert des voies pour le développement de nouvelles approches pour lier les profils olfactifs et les solutions utilisant l’effet SPR. Dans le domaine de l’intelligence artificielle (ou « IA »), les techniques d’apprentissage automatiques sont connues, et leur fondement est d’être « entraîné » sur un grand nombre de situations. Grâce à l'ajustement des coefficients de pondération dans une phase d'apprentissage, les performances de l’apprentissage automatiques peuvent prévoir le résultat d’une situation nouvelle qui serait présentée. Il est entendu que plusieurs méthodes d’apprentissage distinctes sont possibles, y compris l’apprentissage supervisé (dans lequel l’algorithme s’entraîne sur un ensemble de données étiquetées et se modifie jusqu’à être capable d’obtenir le résultat souhaité), l’apprentissage non-supervisé ou semi-supervisé (dans lequel les données ne sont pas étiquetées pour que le réseau puisse s’adapter pour augmenter la précision de l’algorithme ), l’apprentissage renforcé (dans lequel l’algorithme est renforcé pour les résultats positifs et sanctionné pour les résultats négatifs) et l’apprentissage progressif (l’algorithme demande au fur et à mesure des exemples et labels pour raffiner sa prédiction)(voir https://www.lebigdata.fr/reseau-de-neurones-artificiels-definition). En cherchant à évaluer des paramètres d’un produit caoutchouteux, certains ne sont pas accessibles par des moyens de mesure. Par exemple, le vieillissement est actuellement géré par des dates de péremption empiriques. Concernant le collant, les ateliers utilisent principalement des Tackmetres à billes permettant d’estimer le collant d’un produit, nécessitant la prise d’échantillon. Dans les deux cas, la mesure est soumise à l’effet « opérateur » en plus des autres erreurs de mesures. Ainsi, l'établissement d'un lien entre les odeurs et les substances odorantes peut en profiter l'impact des odeurs dans la fabrication des produits caoutchouteux et de développer des pratiques efficaces de production et de gestion sur un site de production de produits caoutchouteux. L’invention divulguée associe donc les données SPR, obtenus par des nez électroniques, et les installations de production des produits caoutchouteux pour en profiter les propriétés physico-chimiques connues dans le domaine de production de produits caoutchouteux (par exemple, des odeurs caractéristiques influençant le collant des mélanges sur les procédés industriels)(comme utilisés ici, les termes « mélange » et « mélange caoutchouteux » sont interchangeables). En utilisant un système à base intelligence artificielle, les données obtenues permettent d’établir un lien non évident entre l’aspect physico-chimique SPR et de l’aspect olfactif du ou des produits caoutchouteux en cours de production. L’invention concerne un procédé de contrôle de fabrication de produits caoutchouteux réalisé par un système de fabrication de produits caoutchouteux comprenant une installation de production ayant au moins un moyen de mélangeage qui met en œuvre des étapes successives de mélangeage d’un mélange caoutchouteux, caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes suivantes : - une étape de démarrage d’un cycle de mélangeage réalisé à l’installation de production; - une étape de capture d’air ambient autour de l’installation de production pour obtenir au moins un échantillon gazeux pendant le cycle de mélangeage, cette étape étant réalisée par un dispositif de détection d’odeur du système qui reconnaît la présence des composés organiques volatiles odorants présents dans l’air ambiant reçu dans le dispositif en mesurant sa concentration par résonance plasmonique de surface ; - une étape de détection de profils olfactifs présents dans l’air ambient et capturés par le dispositif ; - une étape d’identification d’un profil olfactif pour identifier un mélange sortant du moyen de mélangeage et son état de production, cette étape étant réalisée à partir d’au moins un échantillon de l’air ambient capturée par le dispositif ; - une étape d’analyse des échantillons capturés par le dispositif à partir d’une ou des empreintes SPR fournies par le dispositif et les données extraites représentées dedans; - une étape de construction d’au moins un modèle de profils olfactifs à partir des propriétés physico-chimiques du mélange caoutchouteux identifié, cette étape comprenant une etape d’introduction à un réseau neuronal des propriétés physico-chimiques du mélange caoutchouteux identifié, cette étape étant réalisée par le système ; et - une étape d’entrainement du modèle de profils olfactifs à partir des profils olfactifs du mélange caoutchouteux identifié; de sorte que le modèle de profils olfactifs sortant sera l’identification des propriétés physico-chimiques du mélange caoutchouteux en cours de production à l’installation de production. Dans des modes de réalisation du procédé de l’invention, l’étape de construction du modèle de profils olfactifs comprend une étape de création d’une référence des profils olfactifs cherchés dans l’air ambient d’être capturée par le dispositif. Dans des modes de réalisation du procédé de l’invention, l’étape d’introduction de l’étape de construction du modèle de profils olfactifs comprend une étape de création d’une base d’apprentissage des propriétés physico-chimiques qui est introduite dans le modèle de profils olfactifs. Dans des modes de réalisation du procédé de l’invention, le procédé comprend en outre une étape de comparaison pendant laquelle l’identification des propriétés physico-chimiques du mélange sortant du moyen de mélangeage, ressorti du modèle de profils olfactifs, est comparé au profil olfactif du mélange identifié, de sorte que le système puisse ajuster l’installation de production où les propriétés souhaitées du mélange ne sont pas atteintes. Dans des modes de réalisation du procédé de l’invention, le procédé comprend en outre une étape de commande d’ajustement de l’installation de production pour prévoir l’atteint des propriétés souhaitées du mélange sortant du moyen de mélangeage. Dans tels modes de réalisation du procédé de l’invention, l’étape de commande d’ajustement de l’installation de production comprend une étape de détermination d’un niveau de collant du mélange à partir d’une empreinte SPR fournie par le dispositif. Dans des modes de réalisation du procédé de l’invention, pendant l’étape d’entrainement du modèle de profils olfactifs, le système emploie une méthode d’apprentissage choisie entre une méthode d’apprentissage automatique et une méthode d’apprentissage progressif. Dans des modes de réalisation du procédé de l’invention : - l’étape de détection de profils olfactifs comprend une étape de suppression d’une pollution COV de l’air ambient reçu par le dispositif, cette étape réalisée par un filtre du système avant l’entrée de l’air ambient dans le dispositif ; - l’étape d’identification d’un profil olfactif comprend une étape de diminution de l’humidité et/ou de la température dans l’air ambiante reçu par le dispositif, cette étape étant réalisée par un condenseur du système ; et - l’étape d’analyse des échantillons capturés par le dispositif comprend en outre une étape d’analyse de profils olfactifs dans les échantillons avant l’analyse réalisée par le dispositif, cette étape étant réalisée par un multiplexeur du système . Dans des modes de réalisation du procédé de l’invention, l’étape de démarrage d’un cycle de mélangeage comprend une étape d’introduction, dans le moyen de mélangeage, des matières premières nécessaires à la réalisation de la production du mélange. Dans des modes de réalisation du procédé de l’invention, l’étape de démarrage d’un cycle de mélangeage comprend une étape d’introduction, dans le moyen de mélangeage, d’un ou des masterbatchs. Dans des modes de réalisation du procédé de l’invention, le procédé comprend en outre une étape de simulation d’un nombre de mélanges permettant de réaliser au moins un mélange caoutchouteux ayant des propriétés physico-chimiques prédéterminées. L’invention concerne aussi un système de fabrication de produits caoutchouteux qui réalise les procédés de contrôle de fabrication de produits caoutchouteux divulgués, caractérisé en ce que le système comprend : - une installation de production qui met en œuvre des étapes successives de mélangeage, l’installation de production comprenant au moins un moyen de mélangeage duquel un ou des mélanges caoutchouteux sortent; - un dispositif de détection d’odeur qui capture d’un air ambient autour de l’installation de production pour obtenir au moins un échantillon gazeux pendant le cycle de mélangeage ; et - un sous-système de contrôle qui emploie un modèle de profils olfactifs à partir des caractéristiques physico-chimiques des mélanges caoutchouteux reconnus par résonance plasmonique de surface (SPR) ; de sorte que le dispositif reconnaît la présence des composés organiques volatiles odorants (COV) présents dans l’air ambiant capturé en mesurant sa concentration par résonance plasmonique de surface (SPR); et de sorte que le modèle de profils olfactifs apprend les propriétés physico-chimiques des COV associées avec les mélanges sortant du moyen de mélangeage pendant les cycles de production de produits caoutchouteux réalisés par l’installation de production. Dans des modes de réalisation du système de l’invention, le sous-système comprend un ou des capteurs qui déclenchent lorsque le modèle de profils olfactifs sortant indique un décalage entre les propriétés physico-chimiques du mélange en cours de production à l’installation de production et les propriétés physico-chimiques attendues. Dans des tels modes de réalisation du système de l’invention, le sous-système ajuste le fonctionnement de l’installation de production en réponse aux capteurs déclenchés pour obtenir un niveau de collant du mélange à partir d’une empreinte SPR fournie par le dispositif. Dans des modes de réalisation du système de l’invention, le moyen de mélangeage est choisi parmi une ou des extrudeuses et/ou un ou des mélangeurs internes. D’autres aspects de l’invention vont devenir évidents grâce à la description détaillée suivante. La nature et les divers avantages de l’invention vont devenir plus évidents à la lecture de la description détaillée qui suit, conjointement avec les dessins annexés, sur lesquels les mêmes numéros de référence désignent partout des parties identiques, et dans lesquels : La représente un ensemble des groupes chimiques obtenus à partir d’un caoutchouc chauffé. La représente un mode de réalisation d’un système de fabrication de produits caoutchouteux de l’invention. La représente un mode de réalisation du système de la . La représente un mode de réalisation d’un procédé de contrôle de fabrication de produits caoutchouteux réalisé par le système de l’invention. Un procédé (200) de contrôle de fabrication de produits caoutchouteux réalisé par un système (100) de fabrication de produits caoutchouteux comprenant une installation de production (110) ayant au moins un moyen de mélangeage (112) qui met en œuvre des étapes successives de mélangeage d’un mélange caoutchouteux, caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes suivantes : - une étape de démarrage (202) d’un cycle de mélangeage réalisé à l’installation de production (110); - une étape de capture (204) d’air ambient autour de l’installation de production (110) pour obtenir au moins un échantillon gazeux pendant le cycle de mélangeage, cette étape étant réalisée par un dispositif (120) de détection d’odeur du système (100) qui reconnaît la présence des composés organiques volatiles odorants (COV) présents dans l’air ambiant reçu dans le dispositif (120) en mesurant sa concentration par résonance plasmonique de surface (SPR); - une étape de détection de profils olfactifs présents dans l’air ambient et capturés par le dispositif (120) ; - une étape d’identification (208) d’un profil olfactif pour identifier un mélange (M) sortant du moyen de mélangeage (112) et son état de production, cette étape étant réalisée à partir d’au moins un échantillon de l’air ambient capturée par le dispositif (120); - une étape d’analyse (210) des échantillons capturés par le dispositif (120) à partir d’une ou des empreintes SPR (E A , E B ) fournies par le dispositif (120) et les données extraites représentées dedans; - une étape de construction d’au moins un modèle de profils olfactifs à partir des propriétés physico-chimiques du mélange caoutchouteux identifié, cette étape comprenant une étape d’introduction (214) à un réseau neuronal des propriétés physico-chimiques du mélange caoutchouteux identifié, cette étape étant réalisée par le système (100) ; et - une étape d’entrainement (216) du modèle de profils olfactifs à partir des profils olfactifs du mélange caoutchouteux identifié; de sorte que le modèle de profils olfactifs sortant sera l’identification des propriétés physico-chimiques du mélange caoutchouteux en cours de production à l’installation de production (110). Le procédé (200) de la revendication 1, dans lequel l’étape de construction du modèle de profils olfactifs comprend une étape de création d’une référence des profils olfactifs cherchés dans l’air ambient d’être capturée par le dispositif (120). Le procédé (200) de la revendication 2, dans lequel l’étape d’introduction (214) de l’étape de construction du modèle de profils olfactifs comprend une étape de création d’une base d’apprentissage (215) des propriétés physico-chimiques qui est introduite dans le modèle de profils olfactifs. Le procédé (200) de l’une quelconques des revendications 1 à 3, comprenant en outre une étape de comparaison (218) pendant laquelle l’identification des propriétés physico-chimiques du mélange (M) sortant du moyen de mélangeage (112), ressorti du modèle de profils olfactifs, est comparé au profil olfactif du mélange identifié, de sorte que le système (100) puisse ajuster l’installation de production (110) où les propriétés souhaitées du mélange (M) ne sont pas atteintes. Le procédé (200) de la revendication 4, comprenant en outre une étape de commande (220) d’ajustement de l’installation de production (110) pour prévoir l’atteint des propriétés souhaitées du mélange (M) sortant du moyen de mélangeage (112). Le procédé (200) de la revendication 5, dans lequel l’étape de commande (220) d’ajustement de l’installation de production (110) comprend une étape de détermination d’un niveau de collant du mélange (M) à partir d’une empreinte SPR fournie par le dispositif (120). Le procédé (200) de l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel, pendant l’étape d’entrainement (216) du modèle de profils olfactifs, le système (100) emploie une méthode d’apprentissage choisie entre une méthode d’apprentissage automatique et une méthode d’apprentissage progressif. Le procédé (200) de l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel : - l’étape de détection de profils olfactifs comprend une étape de suppression d’une pollution COV de l’air ambient reçu par le dispositif (120), cette étape réalisée par un filtre (140) du système (100) avant l’entrée de l’air ambient dans le dispositif (120) ; - l’étape d’identification (208) d’un profil olfactif comprend une étape de diminution de l’humidité et/ou de la température dans l’air ambiante reçu par le dispositif (120), cette étape étant réalisée par un condenseur (144) du système (100) ; et - l’étape d’analyse (210) des échantillons capturés par le dispositif (120) comprend en outre une étape d’analyse de profils olfactifs dans les échantillons avant l’analyse réalisée par le dispositif (120), cette étape étant réalisée par un multiplexeur (146) du système (100). Le procédé (200) de l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l’étape de démarrage (202) d’un cycle de mélangeage comprend une étape d’introduction, dans le moyen de mélangeage (112), des matières premières nécessaires à la réalisation de la production du mélange (M). Le procédé (200) de l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l’étape de démarrage (202) d’un cycle de mélangeage comprend une étape d’introduction, dans le moyen de mélangeage (112), d’un ou des masterbatchs. Le procédé (200) de l’une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant en outre une étape de simulation d’un nombre de mélanges permettant de réaliser au moins un mélange (M) caoutchouteux ayant des propriétés physico-chimiques prédéterminées. Un système (100) de fabrication de produits caoutchouteux qui réalise un procédé (200) de contrôle de fabrication de produits caoutchouteux, caractérisé en ce que le système (100) comprend : - une installation de production (110) qui met en œuvre des étapes successives de mélangeage, l’installation de production comprenant au moins un moyen de mélangeage (112) duquel un ou des mélanges (M) caoutchouteux sortent; - un dispositif (120) de détection d’odeur qui capture d’un air ambient autour de l’installation de production (110) pour obtenir au moins un échantillon gazeux pendant le cycle de mélangeage ; et - un sous-système de contrôle (130) qui emploie un modèle de profils olfactifs à partir des caractéristiques physico-chimiques des mélanges caoutchouteux reconnus par résonance plasmonique de surface (SPR) ; de sorte que le dispositif (120) reconnaît la présence des composés organiques volatiles odorants (COV) présents dans l’air ambiant capturé en mesurant sa concentration par résonance plasmonique de surface (SPR); et de sorte que le modèle de profils olfactifs apprend les propriétés physico-chimiques des COV associées avec les mélanges (M) sortant du moyen de mélangeage (112) pendant les cycles de production de produits caoutchouteux réalisés par l’installation de production (110). Le système (100) de la revendication 12, dans lequel le sous-système (130) comprend un ou des capteurs qui déclenchent lorsque le modèle de profils olfactifs sortant indique un décalage entre les propriétés physico-chimiques du mélange (M) en cours de production à l’installation de production (110) et les propriétés physico-chimiques attendues. Le système (100) de la revendication 13, dans lequel le sous-système (130) ajuste le fonctionnement de l’installation de production (110) en réponse aux capteurs déclenchés pour obtenir un niveau de collant du mélange (M) à partir d’une empreinte SPR fournie par le dispositif (120). Le système (100) de l’une quelconque des revendications 12 à 14, dans lequel le moyen de mélangeage (112) est choisi parmi une ou des extrudeuses et/ou un ou des mélangeurs internes.