Brevet FR3163728A1 — publié le 20251226

L'invention concerne un instrument scientifique de mesure physique utilisant la diffusion de la lumière résolue spatialement pour suivre le comportement d’un échantillon. L'instrument comprend une source de lumière laser, une caméra, et un dispositif optique assurant une détection de la lumière diffusée. Il peut fonctionner dans des conditions de laboratoire standards ou dans des environnements régulés en température et humidité, et permet également des mesures pendant des sollicitations mécaniques appliquées à l’échantillon. Ce système est destiné à l’analyse rhéologique, la mesure des déformations et déplacement à l’échelle microsporique. Instrument scientifique de mesure physique utilisant la diffusion de la lumière résolue spatialement Domaine technique de l'invention La présente invention concerne le domaine des instruments scientifiques de mesure physique, et plus particulièrement un instrument permettant de suivre le comportement rhéologique des échantillons via une mesure de la diffusion de la lumière résolue spatialement. L'invention s'applique aussi bien dans des conditions de laboratoire standard que dans des environnements régulés avec ou sans contrainte mécaniques. Description de l'état de la technique Les techniques actuelles de mesure de la diffusion de la lumière ne sont généralement pas résolues spatialement et impliquent souvent des systèmes complexes nécessitant des régulations strictes de température et d'humidité pour assurer des résultats précis. Ces systèmes peuvent être coûteux et difficiles à utiliser dans des environnements variés. Par ailleurs, il est souvent intéressant d'analyser des échantillons soumis à des sollicitations mécaniques, ce qui n'est pas toujours bien intégré dans les instruments existants. L'invention propose un instrument scientifique de mesure physique utilisant une technique de diffusion de la lumière résolue spatialement avec un laser et une caméra. L'instrument est capable de fonctionner dans des conditions de laboratoire sans nécessiter de système de régulation de température ou d'humidité. De plus, il peut être utilisé dans des conditions régulées avec des systèmes de régulation de température et/ou d'humidité, ainsi que lors de sollicitations mécaniques appliquées à un échantillon donné. Description détaillée de l'invention L'instrument scientifique de mesure physique selon l'invention comprend les éléments suivants Source de lumière laser : Une diode laser émettant une lumière cohérente et directionnelle, optimisée pour une gamme spécifique de longueurs d'onde afin de maximiser la précision de la détection de la lumière diffusée. Caméra de détection : Une caméra CCD ou CMOS à haute sensibilité, capable de détecter des intensités lumineuses faibles, assurant ainsi une mesure précise de la lumière diffusée par l'échantillon. Dispositif optique : Un ensemble de lentilles, diaphragme et filtres disposés pour diriger la lumière laser vers l'échantillon et collecter la lumière diffusée. Le dispositif optique est conçu pour maintenir une résolution spatiale élevée. Système de mesure en conditions de laboratoire : L'instrument est conçu pour fonctionner efficacement sans nécessiter de système de régulation de température ou d'humidité, facilitant ainsi son utilisation dans des environnements de laboratoire standards. Système de régulation : L'instrument peut être équipé de systèmes de régulation de température et/ou d'humidité pour permettre des mesures dans des environnements contrôlés. Ces systèmes sont contrôlables indépendamment, permettant des conditions de mesure spécifiques adaptées aux besoins de l'expérimentateur. Système de sollicitation mécanique : L'instrument comprend un mécanisme permettant d'appliquer des sollicitations mécaniques à l'échantillon, telles que des forces de compression ou de tension. Ce mécanisme permet de mesurer la diffusion de la lumière pendant que l'échantillon est soumis à des contraintes mécaniques, offrant ainsi des informations supplémentaires sur les propriétés rhéologiques de l'échantillon. Mode de réalisation préféré Dans une réalisation préférée, l'instrument utilise une diode laser émettant à une longueur d'onde visible, combinée avec une caméra à haute sensibilité. Le dispositif optique comprend des lentilles, des diaphragmes et des filtres optiques pour éliminer les longueurs d'onde indésirables. Le système de régulation de température est basé sur des éléments Peltier, permettant un contrôle précis de la température de l'échantillon. Le système de régulation de l'humidité utilise des humidificateurs et des déshumidificateurs contrôlés électroniquement pour maintenir un environnement stable. Le mécanisme de sollicitation mécanique inclut un moteur pas à pas pour appliquer des forces précises et contrôlées sur l'échantillon. Des capteurs de force et de déplacement intégrés permettent de mesurer les contraintes et les déformations appliquées en temps réel. Avantages de l'invention L'invention présente plusieurs avantages par rapport aux instruments existants : • Une mesure résolue spatialement : le dispositif développé est unique pour permettre cette capabilité • Flexibilité d'utilisation : Capacité à fonctionner dans des conditions de laboratoire non contrôlées, ainsi que dans des environnements régulés. • Précision et sensibilité : Utilisation de composants optiques de haute qualité et de caméras sensibles. • Mesure en conditions de sollicitation mécanique : Capacité unique à mesurer la diffusion de la lumière pendant l'application de contraintes mécaniques, fournissant des informations précieuses sur les propriétés matérielles des échantillons. La FIG. 1 (dans la partie Dessins, ci-dessous) est une représentation schématique de l’instrument selon l’invention incluant : Source de lumière laser (laser) Caméra de détection + Dispositif optique Système de régulation (température et/ou d'humidité) Moteur Mors fixe Echantillon Mors mobile Capteur de force Capteur de déplacement laser Conclusion L'invention offre une solution innovante pour suivre le comportement rhéologique via une mesure de la diffusion de la lumière résolue spatialement, adaptable à divers environnements et conditions expérimentales. Elle simplifie les procédures de mesure tout en offrant des résultats précis et fiables, même lors de sollicitations mécaniques ou thermique de l'échantillon.  Instrument scientifique de mesure physique comprenant une source de lumière laser, une caméra disposée pour détecter la lumière diffusée par un échantillon, et un dispositif optique configuré pour diriger la lumière laser vers l'échantillon et collecter la lumière diffusée, l'ensemble permettant de suivre le comportement physique des échantillons via une mesure de la diffusion de la lumière résolue spatialement, avec ou sans système de régulation de température ou sollicitation mécanique. Instrument selon la revendication 1, comprenant en outre un mécanisme de sollicitation mécanique de l'échantillon, permettant la mesure de la diffusion de la lumière résolue spatialement lors d’une sollicitation mécanique de l'échantillon. Instrument selon la revendication 2, comprenant des capteurs de force et de déplacement permettant de mesurer les contraintes et les déformations appliquées à l'échantillon en temps réel. Instrument selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un système de régulation de température permettant la mesure de la diffusion de la lumière dans des conditions de température contrôlées. Instrument selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le mécanisme de sollicitation mécanique comprend un dispositif de compression ou de tension configurable. Instrument selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un système de régulation de l'humidité permettant la mesure de la diffusion de la lumière dans des conditions d'humidité contrôlées. Instrument selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les systèmes de régulation de température et d'humidité sont contrôlés indépendamment pour permettre des conditions de mesure spécifiques. Instrument selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la source de lumière laser est une diode laser émettant dans une plage de longueurs d'onde spécifique pour optimiser la détection de la lumière diffusée et permet d’éclairer homogènement l’échantillon. Instrument selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la caméra est une caméra CCD ou CMOS à haute sensibilité, permettant une détection précise de la lumière diffusée même à faible intensité et le système de régulation de température est basé sur des éléments Peltier. Procédé de mesure de la diffusion de la lumière résolue spatialement d'un échantillon pour suivre son comportement physique, utilisant un instrument selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant les étapes suivantes, - illumination de l'échantillon avec la source de lumière laser, - détection de la lumière diffusée par l'échantillon avec la caméra, - sollicitations ou pas thermique et/ou mécanique, - analyse des données de diffusion pour déterminer les propriétés physiques de l'échantillon.