INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Au cours de cette étape, on estime l’amplitude complexe de l’onde lumineuse de fluorescence se propageant, de proche en proche, à travers chaque voxel de l’objet. L’onde lumineuse émanant de chaque voxel de la dernière couche de l’objet, est ensuite propagée jusqu’à l’optique, puis jusqu’au capteur d’image. Dans ce modèle, le champ optique émanant de l’objet résulte uniquement des sources de fluorescence disposées en chaque voxel de l’objet selon la distribution de fluorescence . Le champ incident à l’objet, c’est-à-dire incident à la couche = 1, peut être considéré comme nul.
Suite à l’étape 140, on dispose d’une estimation de l’amplitude complexe en chaque voxel image .
Etape 150 : répétition des étapes 130 et 140, étant un entier désignant le nombre de répétitions. est par exemple égal à 1000.
Une analyse quantitative peut être effectuée en soustrayant le signal mesuré à un signal correspondant à un bruit de fond, acquis en l’absence de source irradiante. Sur les figures 8A et 8B, le signal de bruit de fond correspond à la courbe d). La prise en compte du bruit de fond, et sa soustraction au signal mesuré, permet d’obtenir une information quantitative spécifique à une éventuelle source irradiante. Cette information quantitative peut être cumulée avec l’information spectrale résultant du scintillateur inorganique. Cela permet d’améliorer le niveau de confiance quant à la détection d’une source, en particulier lorsque la détection résultant du scintillateur inorganique est proche de la limite de détection.
Un avantage des scintillateurs organiques est qu’ils peuvent être produits selon des volumes importants, ce qui leur confère une sensibilité élevée, permettant une détection rapide d’un rayonnement, neutronique ou photonique, émis par une source. En cas de détection suspecte, l’unité de traitement peut acquérir un spectre des impulsions détectées par le scintillateur inorganique, de façon à identifier plus précisément le type de source. Plus le volume des scintillateurs organique est élevé, plus l’effet de modération des neutrons est important, ce qui permet d’améliorer la sensibilité de détection du scintillateur inorganique vis-à-vis des neutrons.
De plus, les scintillateurs organiques sont sensibles au neutrons rapides, contrairement au scintillateur inorganique dopé au 6 Li, qui est sensible aux neutrons thermiques ou thermalisés. La sensibilité des scintillateurs organiques à l’égard des neutrons rapides ainsi qu’aux photons peut être mise à profit pour obtenir une information quant à la présence d’isotopes se désintégrant par fission spontanée dans la source détectée.
Les signaux détectés par un scintillateur organique peuvent être analysés par un circuit de coïncidence temporelle, afin d’établir une courbe de Rossi-Alpha. Une courbe de Rossi-Alpha est un histogramme d’interactions détectées dans une fenêtre temporelle suivant une détection d’une interaction. La largeur de la fenêtre temporelle est typiquement de quelques centaines de ns. Des courbes de Rossi-Alpha ont été établies en utilisant la configuration décrite en lien avec la . On a successivement utilisé la source de 137 Cs, 60 Co puis 252 Cf. On a assigné à chaque impulsion détectée, une étiquette temporelle correspondant à l’instant de détection. Les courbes de Rossi alpha ont été obtenues en post-traitement, sur la base des étiquettes temporelles assignées à chaque impulsion. L’impulsion initiale est l’impulsion ayant initié l’ouverture de la fenêtre temporelle. Après une exposition d’une durée suffisante (10 minutes), on a établi un histogramme des décalages temporels mesurés. L’impulsion initiale et chaque impulsion détectée dans la même fenêtre temporelle sont considérées comme coïncidentes, au décalage temporel près.
La représente un nombre d’interactions coïncidentes (axe des ordonnées) pour différents décalages temporels (axe des abscisses – unité [ns]). Sur la , les courbes a), b) et c) correspondent respectivement à la source de 137 Cs, la source de 60 Co et la source de 252 Cf. Les courbes a) et b) sont typiques de sources irradiantes émettrices de photons. Sur la courbe c), l’histogramme des décalages temporels décrit un pic centré sur 30 ns. Cet histogramme correspond à des coïncidences (γ, n), résultant de la fission spontanée de 252 Cf. En effet, une fission spontanée génère une émission simultanée de photons γ et de neutrons rapides dits prompts. Les neutrons rapides se propagent dans l’air selon une vitesse inférieure à celle des photons, ce qui explique le décalage temporel observé. Le décalage temporel correspondant au pic observé dépend de la distance entre la source et les détecteurs. Plus la distance est importante, plus le décalage est élevé.
Ainsi, lorsqu’un scintillateur, ou plusieurs scintillateurs, sont raccordés à un circuit de détection de coïncidences temporelles, l’obtention d’un histogramme de décalages temporels d’impulsions considérées comme coïncidentes (i-e détectées dans une fenêtre temporelle étroite) permet d’identifier le type de source. Plus précisément, l’apparition d’un pic, correspondant à un décalage temporel de quelques dizaines de ns, entre deux interactions coïncidentes, indiquent une potentielle présence d’une source de neutrons par fission spontanée.
On note qu’un tel pic n’apparaît pas lorsqu’une source de neutrons, détectée par la balise est constituée d’un mélange d’un isotope émetteur alpha avec un matériau cible permettant une réaction (α,n) : une telle source est usuellement désignée source (α,n). Ainsi, le recours à un histogramme de type Rossi-Alpha permet une discrimination entre une source neutronique par fission spontanée et une source neutronique de type (α,n), par exemple une source de type Am-Li.
Ce mode de réalisation utilise le fait que le ou chaque scintillateur organique est sensible aux neutrons rapides, contrairement au scintillateur inorganique dopé, qui est sensible aux neutrons thermiques ou intermédiaires.
Les figures 10A et 10B illustrent une utilisation possible d’une balise comportant plusieurs scintillateurs, comme représentés sur la . La montre la disposition des scintillateurs formant la balise, ainsi qu’un trajet suivi par une source. Le trajet de la source a été matérialisé par une flèche. On a identifié cinq positions de la source, numérotées de 1 à 5. la représente un taux de comptage (axe des ordonnées) mesurés par les trois détecteurs : NaIL, PVT1 (scintillateur organique) et PVT2 (autre scintillateur organique), en fonction de la position de la source (axe des abscisses).
Afin d’obtenir des grandeurs comparables, les taux de comptage de PVT1 et PVT2 ont été divisés par 100. On observe que l’évolution temporelle des taux de comptage permet de déterminer qu’une source est mobile et d’estimer une direction de son mouvement. Il s’agit d’un avantage lié à l’utilisation de différents détecteurs indépendants dans une même balise.
La résume les principales étapes de traitement pouvant être mises en œuvre par l’unité de traitement.
Au cours d’une étape 100, la balise est placée en mode surveillance. Les signaux de détection issus de chaque détecteur sont représentatifs du bruit de fond, aux fluctuations statistiques près. Lorsque le taux de comptage d’au moins un signal de détection dépasse un seuil d’alerte, la balise bascule en mode d’alerte. Le seuil d’alerte peut être prédéfini. Il peut par exemple s’agir d’une moyenne de signaux, par exemple de type moyenne glissante, à laquelle est ajoutée n fois l’écart type.
Suite au basculement en mode d’alerte, les traitements effectués par la balise visent à caractériser la source à partir des signaux de détection résultant des différents détecteurs.
Le traitement peut être comporter une ou plusieurs opérations suivantes :
111 : formation d’un spectre en énergie à partir d’un premier signal de détection, résultant d’un scintillateur organique, et estimation d’une présence de neutrons ou de photons. 121 : formation d’un spectre en énergie à partir d’un deuxième signal de détection, résultant du scintillateur inorganique, de façon à identifier des isotopes γ et une émission de neutrons. 122 : discrimination des impulsions du deuxième signal de détection en fonction de leur forme et de leur énergie afin distinguer une composante photonique et une composante neutronique du rayonnement détecté 112 : établissement d’un histogramme de type Rossi-alpha, de façon à identifier une potentielle réaction de fission spontanée dans la source. L’étape 112 peut être effectuée en cas de confirmation d’une composante neutronique suite aux étapes 122 et/ou 121 et/ou 111. 130 : comparaison des taux de comptage résultant de chaque détecteur et estimation d’un déplacement de la source.
L’invention est basée sur une certaine complémentarité des capacités de détection de deux types de détecteurs :
Le transducteur électromécanique est conçu pour recevoir de l'énergie d'un système électrique et fournir de l'énergie à un système mécanique, ou réciproquement. Le transducteur électromécanique peut avantageusement être un transducteur électroacoustique, et plus particulièrement un transducteur piézoélectrique. Les transducteurs piézoélectriques comprennent un matériau électro-actif qui induit une tension lorsqu’une pression ou une contrainte lui est appliquée, et réciproquement. D’autres transducteurs électromécaniques peuvent être envisagés, par exemple les transducteurs électrostatiques à électret, ou les transducteurs électromagnétiques.
Par « capteur dont le comportement mécanique est non linéaire en fonction de la pression exercée contre ledit capteur », on entend un élément dont le comportement mécanique est fondamentalement différent suivant la valeur de la pression exercée contre le capteur.
L’idée à la base de l’invention est de pouvoir mesurer l’état d’un capteur à distance via une mesure différentielle d’impédance électrique d’un transducteur électromécanique, à partir d’au moins deux mesures d’impédance électrique à deux amplitudes différentes.
Une unité de détermination d’état de capteur 12, comprenant une source de tension, ou une source de courant, est connectée électriquement au transducteur électromécanique 2, de façon à imposer respectivement une tension sinusoïdale à une amplitude maximale prédéfinie, ou un courant sinusoïdal à une amplitude maximale prédéfinie, aux autres éléments du système.
La mesure de l’impédance peut être effectuée par un dispositif de mesure d’impédance, également appelé impédancemètre, qui peut être intégré à l’unité 12 de détermination d’état de capteur. Selon une variante, la mesure de l’impédance peut être effectuée dans un dispositif de calcul distinct de la source de tension ou de courant, par exemple dans un ordinateur.
L’impédance électrique du transducteur électromécanique 2 correspond donc à celle qui est « vue » par l’unité 12 de détermination.
Le procédé comprend, dans une première étape 100 ( ), d’appliquer un signal électrique à une première amplitude aux bornes du premier transducteur électromécanique 2, et de déterminer un premier ensemble de valeurs d’un paramètre caractéristique de l’impédance du transducteur électromécanique 2 en réponse à l’application dudit signal électrique.
La bande de fréquence du signal électrique est de préférence située autour de la fréquence d’un mode de résonance du transducteur électromécanique 2.
L’information liée à l’état du capteur 1 est codée dans la non linéarité de l’impédance du capteur 1 en fonction de l’amplitude du signal de mesure imposée par la source de tension ou de courant.
C’est le comportement du capteur 1, mis en mouvement via le support 4, qui en retour de cette mise en mouvement, présente une contre-réaction mécanique non linéaire avec l’amplitude.
Le canal de propagation est considéré comme linéaire avec l’amplitude du signal émis, contrairement au capteur 1, ce qui permet de discriminer les propriétés non linéaires du capteur 1 vis-à-vis du canal.
La courbe Mod1 correspond à une pluralité de mesures du module de l’impédance vue par le transducteur électromécanique 2, pour différentes fréquences du signal, à une première amplitude. Pour un signal sinusoïdal, ou plus généralement pour un signal alternatif, l’amplitude correspond à la valeur de crête du signal, c’est-à-dire la valeur maximale. La courbe Mod2 correspond à une pluralité de mesures du module de l’impédance vue par le transducteur électromécanique 2, pour différentes fréquences du signal, à une deuxième amplitude, différente de la première amplitude.
La plage de fréquence de mesure est prédéfinie, et peut être par exemple déterminée en fonction des propriétés du premier transducteur électromécanique 2 et/ou du capteur 1.
La courbe Arg1 correspond à une pluralité de mesures de l’argument de l’impédance vue par le transducteur électromécanique 2, pour différentes fréquences du signal, à la première amplitude. La courbe Arg2 correspond à une pluralité de mesures de l’argument de l’impédance vue par le premier transducteur électromécanique 2, pour différentes fréquences du signal, à la deuxième amplitude.
Le calcul de l’écart entre l’ensemble de valeurs à la première amplitude et l’ensemble de valeurs à la deuxième amplitude, selon l’un des modes de réalisation précités, permet de déterminer si le paramètre caractéristique de l’impédance (module ou argument) du transducteur électromécanique 2, vue par l’unité 12 de détermination d’état de capteur, en réponse à l’application dudit signal électrique, varie, ou au contraire reste sensiblement constant, selon que le signal soit appliqué avec la première ou avec la deuxième amplitude.
Le capteur 1 comprend avantageusement au moins un entrefer 5, tel que ceux que l’on peut trouver dans les dispositifs électromagnétiques et capacitifs.
Un exemple de capteur capacitif à entrefer est décrit dans l’article « A Capacitive 3-Axis MEMS Accelerometer for Medipost: A Portable System Dedicated to Monitoring Imbalance Disorders » (Michal Szermer et al., Sensors 2021, 21, 3564), en particulier à la de l’article.
N’importe quels matériaux solides est apte à former les deux matériaux à placer de part et d’autre de l’entrefer. Pour maintenir l’entrefer, il faut généralement un support qui maintient les deux parties en place, par exemple utilisant des cales qui maintiennent les deux parties séparées avec une bonne précision sur la valeur de l’entrefer. L’entrefer lui-même est typiquement sous vide ou bien rempli d’un gaz, c’est-à-dire un élément très souple devant la raideur du/des matériaux qui forment les deux côtés de l’entrefer.
En se référant à la , si la vibration du côté du capteur 1 situé contre le support 4 ne dépasse pas la valeur d’entrefer, il n’y a pas de transmission de l’onde vibratoire vers le côté opposé du capteur 1.
Si l’amplitude dépasse la valeur d’entrefer, il y aura un transfert de vibration entre le côté du capteur 1 situé contre le support 4, et le côté opposé.
Une première mesure est effectuée à faible amplitude, pour laquelle il est certain que l’entrefer ne vient pas en contact avec le support si un entrefer minimal est présent. Une deuxième mesure est effectuée à plus forte amplitude. Si l’impédance est identique, il peut être déduit que l’entrefer est tout le temps en contact avec le support. Par contre, si l’impédance est différente, il peut être déduit qu’il n’y a pas contact entre l’entrefer et le support (fonctionnement dit « tout ou rien »).
En « positionnant » une impédance Zin2 par rapport à Zin1 (absence de contact de l’entrefer) et Zin3 (contact de l’entrefer), il est également possible de déterminer une mesure linéaire de l’entrefer, par exemple :
- Une valeur d’entrefer qui dépend de la température (dilatation thermique, effet bilame…)
– une valeur d’entrefer qui dépend d’une contrainte/déformation mécanique
– une valeur/volume d’entrefer qui dépend d’un niveau d’humidité
– une valeur d’entrefer qui dépend d’un niveau de pression extérieure
On récupère à l’issue de l’étape de contre-lavage c), un contre-extrait aqueux intermédiaire 9 enrichi en DMSO contenant 86 % poids d’eau, 7 % poids de DMSO, 5 % poids de 5-HMF et 2 % poids MIBK, et un raffinat organique 8, contenant 4,3 % poids de 5-HMF, 0,092 % poids de DMSO (soit 2,1% poids de DMSO par rapport au poids de 5-HMF) et 88 % poids de MIBK, soit un rendement de contre-lavage de 27 % poids pour le 5-HMF et de 95 % poids pour le DMSO.
Le raffinat organique 8 produit est envoyé à l’étape d) de concentration. La vaporisation du solvant est réalisée sous vide. La température du liquide est fixée à 60 °C, et le niveau de vide à 0,02 MPa.
L’étape d) est mise en œuvre avec un taux massique de vaporisation de 95 %, correspondant à la masse de solvant organique vaporisé par rapport à la masse du raffinat organique issu de l’étape c) engagé. L’extrait organique concentré obtenu à l’issue de l’étape d) présente un taux massique de 5-HMF de 84 % poids, 2 % poids en DMSO et 9 % poids en MIBK. La teneur en 5-HMF de l’extrait organique concentré (84% poids) est conforme à ce qui est attendu (au moins 40% poids et au plus 95% poids), comme sa teneur en solvant résiduel de 11% poids (somme de 9% de MIBK + 2% de DMSO) qui est conforme à la valeur attendue (au moins 5% poids et au plus 60% poids). L’extrait organique concentré obtenu à l’issue de l’étape d) comprend également des impuretés humines (5% poids). Le distillat récupéré contient essentiellement du MIBK et de l’eau, éliminé dans la forme d’un azéotrope avec le MIBK, qui sépare en deux phases non-miscibles lors de la condensation.
L’extrait organique concentré issu de l’étape d) est mise en contact avec de l’eau pure, avec une proportion massique eau/extrait concentré de 0,95, puis envoyé dans une étape e) d’hydrodistillation mise en œuvre par distillation. L’étape e) d’hydrodistillation est mise en œuvre à une température de fond de colonne de 35 °C, et sous un vide de 0,01 MPa, de manière à faciliter l’élimination du solvant organique MIBK résiduel, sous la forme d’un azéotrope eau/MIBK sans dégradation du 5-HMF. La solution aqueuse de 5-HMF obtenue à l’issue de l’étape e) présente une composition de 45 % poids de 5-HMF, 53,3 % poids d’eau, 1 % poids de DMSO (soit 2,2% poids de DMSO par rapport au poids de 5-HMF) et 0,7 % poids de MIBK.
50 g de la solution aqueuse obtenue à l’étape e) sont ensuite introduits dans un réacteur résistant à la pression (de type Grignard) équipé d’un système d’introduction de gaz. Un système catalytique d’oxydation Pt/C (3,3 % poids de Pt sur charbon actif) est ensuite ajouté de sorte que le ratio molaire entre Pt et le 5-HMF soit de 1 % molaire. Une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium NaOH est également ajoutée dans un ratio molaire de NaOH de 2,0 par rapport au 5-HMF. Après une purge d’environ 30 minutes à l’azote, le réacteur est mis sous une pression de 5 MPa d’air synthétique, puis est porté à 80°C pendant 24h. L’effluent récupéré est analysé par chromatographie en phase liquide (HPLC). La conversion du 5-HMF est de 85 %, le rendement en DFF est de 0 % molaire, le rendement en HMFCA est de 15 % molaire, le rendement en FFCA est de 21 % molaire et le rendement en FDCA est de 45 % molaire. Les acides sont obtenus sous forme déprotonée de sel de sodium. Le mélange obtenu est une solution aqueuse de composition : 6,6 % poids de 5-HMF, 7,4 % poids de HMFCA, 10,2 % poids de FFCA, 24,5 % poids de FDCA. La solution obtenue comprend environ 1% poids de DMSO.
Procédé de production d’une solution aqueuse de 5-hydroxyméthylfurfural (5-HMF) de pureté élevée L’invention concerne un procédé de production d’une solution aqueuse de 5-hydroxyméthylfurfural (5-HMF) de pureté élevée.
Le 5-HMF est un composé d’intérêt issus de la biomasse qui peut être valorisé dans de nombreux domaines notamment en pharmacie, en agrochimie ou en chimie de spécialité. La production de 5-HMF par déshydratation de sucres est connue depuis de nombreuses années et a fait l’objet d’un grand nombre de travaux de recherches. Les conditions de déshydratation sont nombreuses, on peut notamment citer à titre d’exemple les méthodes suivantes : - Le 5-HMF peut être obtenu en milieu aqueux, généralement en présence d’un catalyseur acide. Ce catalyseur acide permet de déshydrater le sucre en C6 (en particulier le fructose) en 5-HMF, mais catalyse également la réhydratation du 5-HMF en acide formique et acide lévulinique, ce qui nuit fortement au rendement. - Le 5-HMF peut également être obtenu en milieu polaire protique non aqueux, avec des solvants tels que le méthanol, l’éthanol ou l’acide acétique, et en présence d’un catalyseur acide. Dans ces conditions, le 5-HMF est obtenu en mélange avec un dérivé éther ou ester du 5-HMF en fonction du milieu réactionnel utilisé. La formation de ces produits secondaires est due à la réaction du 5-HMF avec le solvant de réaction en milieu acide. La demande WO 2007/104514 décrit la synthèse du 5-HMF par déshydratation de sucre en utilisant le méthanol ou l’éthanol comme solvant en présence d’un catalyseur acide. Dans ce cas, la présence dudit catalyseur catalyse aussi la réaction d’éthérification du 5-HMF par l’alcool pour donner un mélange de 5-HMF et de sa forme d’éther méthylique ou éthylique suivant l’alcool utilisé comme solvant. - Le 5-HMF peut également être produit en milieu polaire aprotique avec ou sans catalyseur acide. On peut citer plus particulièrement l’utilisation du diméthylsulfoxide (DMSO) qui, avec ou sans catalyseur acide, permet de produire du 5-HMF avec de très bons rendements, et sans les réactions indésirables listées ci-dessus.
La demanderesse a découvert un procédé permettant de récupérer le 5-HMF non pas sous la forme cristallisée mais en solution aqueuse, ce qui ouvre de nouvelles possibilités pour la valorisation du 5-HMF dans diverses applications, ou pour des transformations ultérieures qui ne pourraient être réalisées ni dans le DMSO, ni dans le solvant d’extraction. Par ailleurs, le procédé selon l’invention permet ainsi de récupérer le 5-HMF en solution aqueuse, tout en limitant les coûts d’opérabilité, les rejets d’eau et donc l’impact environnemental du procédé.
Un objet de la présente invention concerne un procédé de production d’une solution aqueuse de 5-HMF de pureté élevée.
L’invention concerne plus particulièrement un procédé de production d’une solution aqueuse de 5-hydroxyméthylfurfural (5-HMF), ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - une étape a) de mise en contact d’une charge comprenant du 5-HMF et du diméthoxysulfoxyde (DMSO), avec au moins une fraction d’un contre-extrait aqueux intermédiaire avantageusement issu de l’étape c), de manière à obtenir au moins un mélange aqueux, - une étape b) d’extraction liquide-liquide du mélange aqueux obtenu à l’issue de l’étape a) en présence d’un flux de solvant d’extraction, de manière à produire un raffinat aqueux et un extrait organique intermédiaire, - une étape c) de contre-lavage de l’extrait organique intermédiaire par un solvant aqueux, de manière à produire le contre-extrait aqueux intermédiaire et un raffinat organique 8 qui comprend le 5-HMF et un solvant organique, - une étape d) de contre-extraction liquide-liquide du raffinat organique obtenu à l’issue de l’étape c) par un flux aqueux, de manière à produire un effluent organique et un contre-extrait aqueux.
Le procédé de production d’une solution aqueuse de 5-HMF peut éventuellement comprendre en outre une étape e) de concentration du contre-extrait aqueux issu de l’étape d) par élimination d’un effluent aqueux, pour produire une solution aqueuse concentrée comprenant du 5-HMF. Optionnellement, il comprend aussi une étape f) de traitement des mélanges eau-DMSO produits au sein du procédé, pour produire un effluent aqueux traité, qui peut être utilisé en tout ou partie à l’étape c) de contre-lavage, et/ou à l’étape d) de contre-extraction.
Lorsque la vitesse de rotation du moteur s’élève davantage, par exemple entre 400 et 600 rpm, la force centrifuge générée s’élève de plus en plus jusqu’à devenir plus élevée que la force de réaction de la lamelle ressort 6, figures 4A, 4B. La force de réaction de la lamelle ressort 6 chute alors rapidement créant un désengagement rapide. La lamelle ressort 6 se soulève radialement vers l’extérieur jusqu’à se détacher de la protubérance 9 autorisant une séparation du plateau interne 2 et du plateau externe 4 l’un par rapport à l‘autre.