CH633979A5 - Tube centrifuge scelle en une seule piece. - Google Patents

Description

La présente invention porte sur un tube centrifuge et, plus spécialement, sur un tube centrifuge clos scellé et qui ne nécessite aucun capuchonnage.

Les tubes caractéristiques de rotors centrifuges ont une forme cylindrique généralement uniforme, dont une extrémité est entièrement ouverte pour recevoir l'échantillon fluide à soumettre à la centrifugation. A la suite de l'introduction de cet échantillon fluide dans le tube, il faut un certain capuchonnage à l'extrémité ouverte des tubes lorsqu'ils sont utilisés dans des rotors dans lesquels le tube est placé en position fixe, orienté selon un angle aigu, voire de 0°, par rapport à l'axe du rotor. Le capuchonnage est nécessaire pour empêcher toute fuite de l'échantillon fluide du tube qui pourrait être provoquée par les importantes forces hydrostatiques engendrées lors de la centrifugation à grande vitesse.

La mise en place du capuchonnage à l'extrémité ouverte des tubes centrifuges pose un problème: il y a lieu de veiller à un scellement convenable entre le capuchon et le tube pour empêcher toute fuite possible ou potentielle susceptible de se produire. Bien que les rotors de type à aubes basculantes ne nécessitent aucun capuchonnage pour assurer l'étanchêité à la partie supérieure des tubes centrifuges, car les forces centrifuges sont dirigées vers le bas de l'aube, le scellement devient une préoccupation croissante lorsque l'angle d'orientation du tube par rapport à l'axe est inférieur à 90°. C'est une préoccupation vitale lorsque l'angle du tube par rapport à l'axe est nul ou pratiquement vertical. On a mis au point différents modèles pour la fermeture des tubes centrifuges, afin d'éviter toute fuite susceptible de se produire.

Les systèmes de capuchon actuels sont dans l'ensemble (conception, fabrication) très compliqués quant à leur utilisation et à leur application pour la fixation au tube.

On peut sous-estimer l'importance qu'il y a à éliminer ou à empêcher toute fuite potentielle dans un système centrifuge à grande vitesse, car l'échantillon fluide peut contenir certains types de bactéries ou certains produits de valeur que l'usager ne souhaite pas perdre par voie de fuites lors de la centrifugation. En outre, toute fuite susceptible de se produire pendant la centrifugation portera atteinte à la phase opérationnelle, d'où mauvaise efiicacité de l'utilisation du système centrifuge. Etant donné que bon nombre des échantillons fluides examinés au cours de cette phase de centrifugation contiennent des ingrédients importants que doivent utiliser scientifiques ou techniciens, toute fuite d'un tube centrifuge pendant une phase peut soulever d'importants problèmes, quant à la perte de temps d'un opérateur.

Dans de nombreux cas, toute fuite qui survient est provoquée par un mauvais joint d'étanchéité entre le capuchonnage et le tube centrifuge, dû soit à une mauvaise conception ou configuration du premier, soit à une mise en place défectueuse sur le second. Il est non seulement important que le capuchonnage soit conçu pour assurer une bonne étanchêité avant la phase de centrifugation, mais également qu'il soit conçu de telle sorte qu'il puisse être facilement retiré après cette phase, sans avoir à perturber le contenu de l'échantillon fluide après la centrifugation. Sinon, les composants de l'échantillon peuvent être remêlangés et la centrifugation peut perdre tout son sens.

En général, on applique le capuchonnage sur un type jetable de tube centrifuge qui est assez souple. Bon nombre des capuchonnages utilisés sont destinés à serrer étroitement l'extrémité ouverte du tube centrifuge qui est souple ou pliable, et conforme à l'extrémité,

ouverte du tube, à la partie où le capuchonnage assure la prise. Toutefois, il convient d'insérer convenablement et à fond l'extrémité du tube dans le capuchonnage, afin d'assurer une étanchêité parfaitement sûre lorsque le capuchonnage est serré. Malheureusement, le tube n'est souvent pas inséré à fond dans le capuchonnage, de sorte que, en serrant ce dernier, on ne parvient pas à une étanchêité convenable.

Les capuchonnages utilisés jusqu'ici pour avoir une étanchêité convenable sont non seulement compliqués par leur conception et leur construction, donnant lieu à une manière quelque peu délicate et loin d'être parfaite de sceller le tube centrifuge, mais ils sont aussi un élément coûteux de l'ensemble tube/rotor centrifuge.

Un problème important auquel se heurtent les utilisateurs d'appareils centrifuges qui comportent des tubes ayant le capuchonnage actuel est la contamination possible de l'échantillon fluide dans le tube, du fait de son contact avec le matériau pour réaliser ledit capuchonnage. En d'autres termes, les pièces métalliques et plasti5

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ques généralement utilisées pour réaliser le capuchonnage peuvent entraîner un certain type de contamination ou de réaction vis-à-vis de l'échantillon fluide, susceptible d'annuler la valeur du test auquel on procède sur cet échantillon.

En dehors des problèmes relatifs à la contamination possible de l'échantillon fluide du tube par l'ensemble de la structure de capuchonnage, il en existe un autre en permanence à propos de la corrosion de tout ou partie du capuchonnage par l'échantillon fluide dans le tube, après une utilisation répétée, donnant lieu à un capuchon inutilisable ou n'étant plus étanche.

Comme nous l'avons indiqué précédemment, le tube centrifuge caractéristique tel qu'il est utilisé dans de nombreux rotors est réalisé en matière très pliable ou souple, et il est nécessaire que le tube soit entièrement rempli de fluide échantillon pour constituer l'appui intérieur nécessaire au tube pendant la centrifugation, de sorte que le côté centrifuge ne s'effondre pas et n'amène pas à arracher le tube du capuchonnage.

La présente invention porte sur un tube centrifuge tel que défini dans la revendication 1.

Etant donné que l'échantillon fluide est scellé en permanence à l'intérieur du tube centrifuge, il n'y a aucun risque de fuite de l'échantillon fluide. L'élimination de tout capuchonnage fixé sur le tube centrifuge élimine tout risque de fuite qui pourrait se produire à ce niveau entre le tube et le capuchonnage. En outre, il n'y a aucun contact de l'échantillon fluide avec un matériau autre que celui qui constitue le tube. Ainsi, l'échantillon n'est aucunement en contact susceptible de donner lieu à contamination avec des matériaux de capuchonnage tels qu'on les trouve sur les anciens types de tubes centrifuges.

Non seulement l'élimination de tout capuchonnage réduit le coût d'utilisation d'un rotor centrifuge, mais il fait ainsi abstraction du mode de placement et de retrait généralement peu satisfaisant du capuchonnage du tube qui constituait un risque potentiel de fuite.

Lorsque le tube fermé est placé dans le rotor, il faut un capuchon ou un bouchon adaptable à la fois au rotor et à la partie supérieure du tube pour maintenir le tube dans le rotor pendant la centrifugation. Le bouchon assure l'appui rigide ou solide à la partie supérieure du tube, de sorte qu'il soit bien supporté fixement sur toute sa surface intérieure.

L'orifice de remplissage sera ménagé en n'importe quel point du tube, mais de préférence à la partie supérieure de celui-ci. On peut le prévoir au centre du tube ou en tout point situé entre le centre et la paroi cylindrique extérieure du tube. Si les orifices de remplissage sont disposés adjacents extérieure du tube, une force hydrostatique moindre s'exercera contre la zone de l'orifice de remplissage,

réduisant considérablement la force à laquelle le joint thermique du tube doit résister.

En outre, il peut être possible d'éliminer la prescription d'un joint thermique en prévoyant un tube ayant une partie de col suffisament longue pour que l'ouverture dans 1a- partie du col soit courbée et amenée à une position vers l'intérieur du tube ou plus proche de l'axe que le tube. Ainsi, on pourrait avoir un tube qui ne soit pas scellé.

Bien que la configuration du tube centrifuge soit en général cylindrique, le conteneur ou le tube peut être de forme courbe, rectangulaire ou cylindrique, les parties inférieures et supérieures étant plates. On peut faire varier la forme exacte du tube ou du conteneur pour qu'elle corresponde à la configuration du rotor.

L'une des principales caractéristiques de la présente invention est un tube hermétiquement centrifuge muni d'un capuchonnage inamovible. Une caractéristique préférée de la présente invention est le fait que la matière utilisée pour sceller le tube à chaud est constituée intégralement sur le tube. Selon une variante, on peut utiliser un matériau fondu, grâce à une action thermique complémentaire pour boucher le tube. Une autre caractéristique préférée est l'utilisation du tube en liaison avec un bouchon adaptable et destiné à soutenir la partie supérieure du tube.

Il est préférable de réaliser le tube centrifuge actuel par voie de moulage par soufflage, procédé moins coûteux que pour le type classique de tube moulé par injection. Bien entendu, l'élimination de tout bouchon métallique réduit considérablement la dépense due à un tube centrifuge. En outre, il n'est pas nécessaire d'utiliser aucun type de liant généralement associé à tout grand bouchon en plastique qui est parfois placé à l'extrémité ouverte du tube centrifuge.

La fig. 1 est une vue en perspective du modèle préférentiel de l'invention;

la fig. 2 est une vue en coupe de la présente invention;

la fig. 3 est une vue latérale partielle d'une variante de la présente invention;

la fig. 4 est une variante de la présente invention;

la fig. 5 est une vue latérale partielle de la version préférentielle avec l'orifice de remplissage scellé;

la fig. 6 est une variante de la présente invention à col étiré;

la fig. 7 est une vue latérale partielle d'une variante de la présente invention ne comportant pas de col adjacent à l'orifice de remplissage;

la fig. 8 est une vue latérale partielle de la variante de la présente invention représentée à la fig. 7, mais avec un scellement bouchant l'orifice de remplissage;

la fig. 9 est une vue latérale d'une variante de la présente invention ayant une partie supérieure plate avec un scellement bouchant l'orifice de remplissage;

la fig. 10 est une vue latérale partielle d'une variante de l'invention présentant une partie supérieure plate avec un col adjacent à l'orifice de remplissage;

la fig. 11 est une variante de la présente invention représentant une vue en perspective d'un conteneur courbe;

la fig. 12 est une coupe schématique partielle d'un rotor ayant une cavité destinée à positionner le tube centrifuge selon un angle oblique par rapport à l'axe, et la fig. 13 est une coupe schématique partielle du tube centrifuge ' de la présente invention situé dans un rotor, où le tube est orienté selon un angle zéro par rapport à l'axe.

La version préférentielle 10 de la présente invention est représentée à la fig. 1 : elle comporte une partie centrale généralement cylindrique 12, une partie inférieure généralement hémisphérique 14 et une partie supérieure généralement hémisphérique 16, toutes deux formant un tout avec la partie centrale cylindrique 12. Un embout en forme de col 18, situé à la partie supérieure 16 à laquelle il est intégralement fixé, comporte un orifice de remplissage 20.

Comme le montre plus clairement la fig. 2, la partie 18 comporte le trou ou le canal de remplissage 20 à travers lequel on introduit l'échantillon fluide dans l'intérieur 22 du tube centrifuge 10. L'orifice de remplissage 20 est de préférence dans l'axe longitudinal du centre 24 du tube 10. Lorsque l'échantillon fluide a été introduit dans l'intérieur 22 du tube centrifuge 10, la partie du col 18 est rapportée par l'application d'un certain type de moyen (non représenté) destiné à créer une fermeture hermétique telle que représentée à la fig. 5, avec formation d'une fermeture intégrale 26 sur le col 18. Par conséquent, le tube centrifuge 10 contiendra en permanence un échantillon liquide hermétiquement scellé dans le tube 10. Comme le représente la fig. 12, on peut placer le tube 10 dans une cavité 28 du rotor 30 où l'axe longitudinal du tube 10 prend une orientation selon un angle oblique par rapport à l'axe 32 du rotor. Un bouchon ou membrane de clôture 34 est placé par-dessus le tube pour le maintenir dans la cavité 28 pendant la centrifugation. Le bouchon 34 est conçu particulièrement de manière à avoir une surface inférieure 35 s'adaptant à celle de la partie supérieure 16 du tube. Le bouchon 34 maintiendra fermement la partie supérieure 16 du tube, de sorte que, en fonction de la cavité du rotor 28, la totalité de la surface extérieure du tube se trouve fermement maintenue.

Bien que le bouchon 34 puisse être profilé de manière à être vissé à la partie supérieure de la cavité 28, il est prévu que ce bouchon 34 soit conçu de manière que sa propre masse, compte tenu des forces centrifuges, le maintienne en place, pour appuyer la partie supérieure 16 du tube pendant la centrifugation.

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amovible, aucun risque de fuite ne peut se présenter dans le tube au cours de la centrifugation. En outre, étant donné que la fermeture scellée 26 du tube sur la fig. 12 est intérieure et plus proche de l'axe du rotor 32 que le reste du tube et de son contenu fluide, le joint permanent 26 ne sera pas l'objet de forces hydrostatiques importantes.

Lorsque l'angle entre l'axe longitudinal du tube 10 et l'axe du rotor 32 est pratiquement nul, comme c'est le cas avec le rotor 40 de la fig. 13, les forces hydrostatiques qui s'exercent sur la fermeture de scellement 26 deviennent plus importantes. Toutefois, étant donné que la partie de scellement est fondue à la chaleur, le tube est un conteneur entièrement clos et hermétiquement scellé et les forces sont réparties de manière égale sur l'ensemble tant de la partie supérieure 16 et de la partie inférieure 14 du tube que de la partie cylindrique centrale 12. Du côté intérieur ou centripète 38 de la cavité du rotor 39, il n'y a pratiquement pas de forces hydrostatiques. Dans le cas de tubes centrifuges classiques, comportant une extrémité ouverte et un capuchonnage, la réalisation d'un joint bien étanche devient très difficile, à cause des forces hydrostatiques extrêmes qui s'exercent sur le capuchonnage. Avec le rotor 40 à angle zéro de la fig. 13, un bouchon entretoise 42 est placé sur la partie supérieure 16 du tube 10, et un bouchon fileté 44 est vissé à la partie supérieure de la cavité 39 du rotor 40 pour tenir et maintenir le tube 10 dans la cavité 39 pendant la centrifugation. Le bouchon entretoise 42 a une surface inférieure 43 qui est conçue pour être conforme à celle de la partie supérieure 16 du tube, pour assurer un maintien ferme. Par conséquent, la cavité 39 du rotor 40, ainsi que le bouchon entretoise 42 garantissent que la totalité de la surface extérieure du tube sera parfaitement maintenue. Le bouchon entretoise 42 et le bouchon fileté 44 peuvent être faits en une seule pièce.

Comme cela est représenté à la fig. 12, la cavité 28 dans le rotor 30 possède une forme et une taille uniformes depuis la surface au sommet du rotor jusqu'au fond de la cavité. Par conséquent, le diamètre de la cavité 28 est uniforme depuis la surface au sommet du rotor jusqu'au fond de la cavité. Dans les rotors à haute vitesse de la technique antérieure, chaque cavité avait besoin d'un contre-perçage agrandi près de la surface au sommet du rotor pour recevoir l'agrandissement typique exigé par le capuchonnage, qui est fixé sûrement à l'extrémité ouverte des tubes centrifuges actuellement employés. Pourtant l'ouverture plus large vers la surface du sommet du rotor influence la vitesse maximale autorisée du rotor, puisqu'une ouverture plus large entraînera un affaiblissement du rotor. Lorsque la taille de l'ouverture peut être limitée, la vitesse maximale peut être augmentée, puisque la solidité du rotor est plus grande grâce à l'ouverture plus petite.

La fig. 3 représente une variante de la présente invention où un tube à essais 50 est représenté avec un col 52 faisant partie intégrante de la partie supérieure 54. Toutefois, le col 52 adjacent à l'orifice de remplissage est situé entre la paroi latérale 56 du tube et l'axe longitudinal 24 de celui-ci. Par conséquent, lorsque le tube est placé dans un rotor, la partie du col 52 est orientée de telle sorte qu'elle soit la plus proche possible de l'axe du rotor afin de réduire l'importance de la poussée hydrostatique qui s'exercera sur la zone de l'orifice de remplissage 52 scellé à chaud.

La fig. 4 représente une autre variante de la présente invention, où le tube centrifuge 60 comporte un col 62 qui fait partie intégrante de la partie supérieure du tube 64. Le col 62 est placé très près de la paroi latérale du tube 66. Par conséquent, lorsque le tube 60 est placé dans la cavité du rotor, le col 62 avec l'orifice de remplissage est orienté dans la position la plus proche de l'axe du rotor du côté centripète de la cavité, de sorte qu'une force hydrostatique très faible s'exerce sur la zone de l'orifice de remplissage et le col 62. Le col 62 est scellé à chaud pour clore en permanence l'ensemble du tube 60, lorsque l'échantillon fluide a été placé dans le tube.

La fig. 6 représente une autre variante de la présente invention, où un tube centrifuge 70 comporte un col allongé 72 qui fait partie intégrante de la partie supérieure 74 du tube. Il convient de noter que la longueur du col 72 qui constitue l'orifice de remplissage du tube est supérieure au rayon ou à la moitié de la largeur de la partie centrale du tube 70. Par conséquent, le col 72 peut être incliné ou prévu en permanence selon l'orientation représentée en pointillés, de sorte que l'ouverture 76 dans le col soit plus proche de l'axe du rotor que le côté centripète de la cavité du rotor dans laquelle le tube est placé. Par conséquent, lorsque le tube est soumis à centrifugation, la force centrifuge empêchera tout fluide de s'échapper de la tige 72, étant donné que l'ouverture 76 est intérieure à ou plus proche de l'axe du rotor que la paroi latérale 78 du tube 70.

Dans toutes les variantes comportant un col faisant partie intégrante, telles que représentées aux fig. 1 à 6 et 10, la matière du col est utilisée pour constituer le joint d'étanchéité en appliquant la chaleur. Par conséquent, il ne faut à cet effet aucun apport complémentaire de matière ni bouchon.

Comme le montre la fig. 7, le tube centrifuge 80 peut également comporter un orifice de remplissage ouvert 82 sans col ni tige. Par conséquent, comme on le voit sur la fig. 8, il faut insérer un certain type de matériau fusible à chaud 84 dans l'orifice de remplissage 82 après que l'échantillon fluide a pénétré dans le tube à essais 80.

Bien que la présente invention ait pour caractéristique importante de créer un conteneur ou un tube centrifuge qui soit scellé en permanence de telle sorte que le conteneur soit entièrement clos sans aucun capuchonnage amovible, la configuration du conteneur ou du tube peut varier considérablement.

La fig. 9 représente un tube centrifuge 90 ayant une partie centrale cylindrique 92, une partie inférieure hémisphérique 94 en faisant partie intégrante et une partie supérieure 96 généralement plate en faisant également partie intégrante et comportant un orifice de remplissage 98 sans col ni tige. Il y a lieu de faire fondre un bouchon 100 sur l'orifice de remplissage 98, après l'introduction de l'échantillon fluide. A titre de variante, la fig. 20 représente une surface 102 présentant une surface supérieure plate 104 avec un col 106 constituant l'orifice de remplissage 108.

Il est prévu, ainsi que le montre la fig. 11, de pouvoir utiliser un conteneur de forme courbe 110 pour les rotors ayant des cavités conçues pour recevoir un ensemble de conteneurs courbes dont la face intérieure 112 est orientée pour être le plus près possible de l'axe du rotor. Un orifice de remplissage 114 est ménagé sur la face intérieure 112. Etant donné que l'orifice de remplissage 114 est à l'intérieure ou du côté centripète du conteneur, aucune force hydrostatique n'interviendra pendant la centrifugation pour éjecter le fluide par l'orifice de remplissage 114. Par conséquent, aucun bouchon d'étanchéité n'est nécessaire, à condition que le niveau du fluide, lorsque le rotor est à l'arrêt, ne dépasse pas l'orifice de remplissage 114.

Il est prévu que de nombreuses formes de conteneurs ou de tubes centrifuges puissent être utilisées, tout en respectant l'esprit et la portée véritables de la présente invention. Du fait que la présente invention envisage l'élaboration d'un conteneur ou d'un tube centrifuge qui soit complètement et hermétiquement scellé, après réception de l'échantillon fluide, aucune fuite ne peut intervenir lors de la centrifugation, et les capuchonnages coûteux et peu sûrs sont éliminés du même coup. Le seul moyen de prélever le contenu d'un tube centrifuge ainsi scellé après centrifugation consiste à couper le col du tube ou à perforer celui-ci.

On peut suivre plusieurs méthodes pour réaliser le scellement par fusion nécessaire pour le col des diverses variantes du présent tube centrifuge. L'une de ces méthodes consisterait à utiliser un certain mécanisme-support sur lequel le tube serait placé après avoir reçu l'échantillon fluide, après quoi on amènerait un élément chauffant en position sur le col pour le sceller rapidement et obtenir un tube à essai hermétiquement scellé contenant l'échantillon.

Le moulage par soufflage avec extrusion constitue une méthode préférable pour obtenir les conteneurs et les tubes centrifuges tels qu'ils sont décrits. On peut obtenir le tube à partir d'une matière thermoplastique présentant de préférence des caractéristiques transparentes ou translucides. On peut citer parmi les matières qui seraient à recommander: un homopolymère ou un copolymère, tel qu'un polyallomère dont l'un des monomères serait le propylène.

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Claims (13)

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1. Tube scellé renfermant un échantillon fluide destiné à être placé dans un rotor centrifuge, ledit tube comprenant: une partie centrale cylindrique uniforme; une partie inférieure hémisphérique fermée et faisant partie intégrante de ladite partie centrale, et une partie supérieure fermée et faisant partie intégrante de ladite partie centrale, ladite partie supérieure présentant un orifice de remplissage nettement plus petit que la largeur de ladite partie centrale, ledit orifice de remplissage étant scellé, de telle sorte que ledit échantillon fluide occupe pratiquement tout le volume intérieur dudit tube.

2. Tube selon la revendication 1, comportant un col saillant constituant ledit orifice de remplissage, le col faisant partie intégrante de ladite partie supérieure.

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REVENDICATIONS

3. Tube selon la revendication 2, où le col est agencé de manière à constituer un joint d'étanchéité permanent dudit orifice de remplissage à la suite de l'intervention d'un outil de scellement extérieur,

sans d'aucun matériau de scellement autre que le col.

4. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que le col est aligné avec l'axe longitudinal du tube.

5. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que le col est placé de façon adjacente au côté de la partie centrale du tube.

6. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que le col est placé entre l'axe longitudinal du tube et le côté du tube.

7. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que le col est plus long que la moitié de la largeur du tube.

8. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que le haut est hémisphérique.

9. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que le haut est pratiquement plat.

10. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un bouchon scellé placé dans l'orifice de remplissage.

11. Rotor centrifuge comprenant le tube selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est agencé avec plusieurs cavités orientées selon un angle inférieur à 90° par rapport à l'axe de rotation du rotor durant la centrifugation et en ce qu'un bouchon de support placé dans l'une de ces cavités au-dessus du tube présente une surface inférieure adaptée et épousant pratiquement entièrement la surface extérieure de la partie supérieure du tube pour donner conjointement avec la surface intérieure de cette cavité un support solide complet à pratiquement la totalité de la surface extérieure de ce tube pendant la centrifugation de sorte qu'une déformation de ce tube par des forces centrifuges dues à l'échantillon liquide est pratiquement éliminée.

12. Rotor centrifuge selon la revendication 11, caractérisé en ce que les axes longitudinaux des cavités sont pratiquement orientés parallèlement à l'axe de rotation du rotor et que le bouchon de support comprend un bouchon d'espacement épousant la surface extérieure de la partie supérieure du tube et des moyens fixés au rotor pour maintenir le bouchon d'espacement serré sur la partie supérieure du tube.

13. Rotor centrifuge selon la revendication 11, caractérisé en ce que les axes longitudinaux des cavités forment un angle aigu avec l'axe de rotation du rotor et en ce que le bouchon de support repose librement sur le tube, n'est pas attaché au tube et est maintenu sur le tube pendant la centrifugation par les forces centrifuges dues au bouchon.