FR3036801B1 - Sonde immergeable a site de mesure de taille variable - Google Patents

Abstract

L'invention porte sur une sonde immergeable 1 pour l'analyse in situ d'un échantillon d'un liquide contenu dans un récipient, comportant un corps immergeable 10 destiné à être au moins en partie introduit dans le liquide, comprenant un site d'analyse 2 apte à recevoir ledit échantillon liquide ; et une première et une seconde surfaces 53, 73, dites de mesure, disposées en regard l'une de l'autre de manière à délimiter au moins en partie le site de mesure, dont au moins l'une 53, dite mobile, est apte à être déplacée relativement à la seconde surface 73. Selon l'invention, la surface mobile de mesure 53 est assemblée au corps immergeable 10 par une membrane flexible.

Description

SONDE IMMERGEABLE A SITE DE MESURE DE TAILLE VARIABLE

DOMAINE TECHNIQUE L'invention porte sur le domaine de l'analyse d'un liquide susceptible de contenir des analytes, éventuellement biologiques, le liquide étant présent dans un récipient du type bioréacteur, cuve ou conduit. L'invention concerne plus précisément une sonde à immersion permettant l'analyse in situ du liquide à l'intérieur du récipient. La sonde à immersion présente une application notamment dans l'évaluation de la concentration de cellules biologiques et la discrimination des cellules vivantes des cellules mortes.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

Dans différents domaines industriels, tels que les industries chimique, pharmaceutique, ou alimentaire, il est nécessaire d'utiliser des sondes à immersion pour mesurer différentes propriétés physiques d'un liquide contenu dans un récipient, tels que la température, le pH, les taux d'oxygène et de CO2, la conductivité, la turbidité ou autre, le récipient pouvant être par exemple un bioréacteur, une cuve ou un conduit. C'est en particulier le cas lorsqu'on souhaite contrôler la culture cellulaire in situ et en temps réel à l'intérieur d'un bioréacteur. Il est connu d'utiliser notamment des sondes à immersion qui permettent d'évaluer la concentration en biomasse, c'est-à-dire en cellules, à partir par exemple de la mesure du taux d'absorption d'un rayonnement lumineux émis en direction d'un échantillon liquide contenant des cellules, cet échantillon étant alors présent dans un site de mesure de la sonde.

Il peut cependant être nécessaire, lors de la mesure optique, d'imposer en outre les dimensions de l'échantillon liquide à analyser, par exemple dans le but d'améliorer la résolution et la robustesse de la mesure optique, voire lorsqu'on souhaite effectuer un comptage des cellules vivantes au sein de l'échantillon liquide.

Le document W02015/011096 décrit un exemple de sonde à immersion dont le site de mesure présente une taille variable. Cet exemple de sonde permet l'analyse in situ d'une culture cellulaire à l'intérieur d'un bioréacteur par une technique d'imagerie sans lentille dans le but notamment de discriminer les cellules vivantes des cellules mortes.

La sonde A01 comporte une partie immergeable formée de deux logements étanches A10, A20 dont l'un est mobile en translation vis-à-vis de l'autre. L'espacement relatif entre les deux logements étanches A10, A20 définit un site de mesure A30 pouvant recevoir, lorsque la sonde est immergée dans le liquide, une portion du liquide qui forme l'échantillon liquide à analyser. Le premier logement étanche A10 comporte une source de lumière Ail disposée en regard d'une fenêtre transparente A12 et le second logement étanche A20 comporte un photodétecteur A21 placé en regard d'une seconde fenêtre transparente A22. Les deux fenêtres A12, A22 sont orientées en vis-à-vis l'une de l'autre suivant le chemin optique défini par l'agencement relatif de la source de lumière Ail et du photodétecteur A21. Ainsi, la sonde A01 permet d'illuminer l'échantillon liquide présent dans le site de mesure A30 par un rayonnement lumineux émis par la source de lumière Ail et transmis par la fenêtre A12 et d'acquérir une image de l'échantillon éclairé, et plus précisément une image de diffraction issue de l'échantillon liquide, par le photodétecteur A21.

Pour adapter l'écart relatif entre les deux fenêtres transparentes A12, A22 et ainsi imposer une épaisseur voulue à l'échantillon liquide, le logement mobile A20 est fixé à une tige A02 qui peut être déplacée vis-à-vis du premier logement A10 au moyen d'une molette A03. Ainsi, l'actionnement de la molette A03 permet de définir l'écart entre les deux logements A10, A20 et donc de définir l'épaisseur de l'échantillon fluide.

Il existe cependant un besoin d'adapter ce type de sonde à immersion à site de mesure de taille variable aux exigences sanitaires requises par les industries concernées, notamment en minimisant davantage les risques de pollution, par exemple de contamination bactérienne, à partir de la sonde, du liquide et/ou des analytes présents dans le récipient.

EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a pour objectif de remédier au moins en partie aux inconvénients de l'art antérieur, et plus particulièrement de proposer une sonde à immersion comportant un site de mesure à dimension variable permettant de minimiser les risques de pollution.

Pour cela, l'objet de l'invention est une sonde à immersion, ou sonde immergeable, pour l'analyse in situ d'un échantillon d'un liquide contenu dans un récipient, comportant un corps immergeable destiné à être au moins en partie introduit dans le liquide, comportant un site d'analyse apte à recevoir ledit échantillon liquide ; et une première et une seconde surfaces, dites de mesure, disposées en regard l'une de l'autre de manière à délimiter au moins en partie le site de mesure, dont au moins l'une, dite mobile, est apte à être déplacée relativement à la seconde surface. Selon l'invention, la surface mobile de mesure est assemblée au corps immergeable par une membrane flexible.

Certains aspects préférés mais non limitatifs de la sonde immergeable sont les suivants :

La surface mobile de mesure est de préférence assemblée de manière étanche à la membrane flexible, elle-même réalisée en un matériau étanche.

Le corps immergeable comporte avantageusement un premier logement étanche dont une extrémité comprend la membrane flexible et la surface mobile de mesure, et loge un dispositif optique adapté à émettre ou recevoir un rayonnement lumineux au-travers de la surface mobile de mesure, celle-ci étant transparente audit rayonnement lumineux.

Selon un mode de réalisation, un dispositif d'illumination optique est disposé dans ledit premier logement étanche, et comprend une source de lumière et une fenêtre transparente dont une face forme la surface mobile de mesure.

Selon un autre mode de réalisation, un dispositif de détection optique est disposé dans ledit premier logement étanche, et comprend un capteur optique et une fenêtre transparente dont une face forme la surface mobile de mesure.

De préférence, le dispositif d'illumination est disposé dans un premier logement étanche et le dispositif de détection est disposé dans un second logement étanche disposé en regard du premier logement, délimitant ainsi le site de mesure.

Le premier logement peut être disposé dans une partie proximale du corps immergeable et le second logement est disposé dans une partie distale du corps immergeable, une face de la fenêtre transparente du dispositif d'illumination formant la surface mobile de mesure.

La fenêtre transparente du dispositif d'illumination peut être assemblée à un boîtier du dispositif d'illumination, le boîtier étant mobile en translation par rapport au corps immergeable.

La source de lumière peut être disposée à une distance supérieure ou égale à 1cm de la surface mobile de mesure et/ou le photodétecteur est disposé à une distance inférieure ou égale à 1cm de la seconde surface de mesure.

Au moins un organe de butée peut être disposé sur la première et/ou seconde surface de mesure de manière à former une butée entre les deux surfaces de mesure définissant ainsi une épaisseur minimale du site de mesure. L'organe de butée peut être formé d'un cordon qui s'étend continûment en bordure de la surface de mesure.

La seconde surface de mesure peut être assemblée de manière fixe au corps immergeable, ou est assemblée de manière mobile et étanche au corps immergeable par une seconde membrane flexible. L'invention porte également sur un dispositif d'obturation à fenêtre mobile, apte à être assemblé sur la sonde immergeable selon l'une quelconque des caractéristiques précédentes, comportant une fenêtre transparente mobile et un anneau rigide apte à être assemblé au corps immergeable de la sonde, la fenêtre transparente étant assemblée à l'anneau rigide par une membrane flexible. De préférence, la membrane flexible est réalisée en un matériau étanche et est assemblée de manière étanche à la fenêtre transparente et à l'anneau rigide. L'invention porte enfin sur un procédé d'analyse d'un échantillon liquide par une sonde à immersion selon l'une quelconque des caractéristiques précédentes, comportant les étapes dans lesquelles : - on introduit au moins une partie du corps de la sonde à immersion dans un liquide contenu dans un récipient ; - on effectue une mesure optique d'au moins une propriété relative à l'échantillon liquide situé dans le site de mesure, l'écart relatif entre les deux surfaces de mesure étant inférieur ou égal à une valeur dite de mesure ; - on écarte les deux surfaces de mesure l'une de l'autre de manière à permettre un renouvellement de l'échantillon liquide, l'écart relatif entre les deux surfaces étant supérieur ou égal à une valeur dite de renouvellement, celle-ci étant supérieure à la valeur de mesure.

La valeur de mesure de l'écart relatif entre les deux surfaces de mesure peut être inférieure ou égale à 500pm et de préférence inférieure ou égale à 50pm.

La valeur de renouvellement de l'écart relatif entre les deux surfaces de mesure peut être supérieure ou égale à 1mm.

De préférence, on réalise une pluralité d'étapes de mesure optique successives dont au moins une étape de mesure est suivie d'une étape de renouvellement au cours de laquelle on écarte les deux surface de mesure l'une de l'autre.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, hormis la figure 1 déjà décrite, sur lesquels :

La figure 2 est une vue schématique en coupe longitudinale d'une sonde à immersion comportant un site de mesure à taille variable selon un mode de réalisation ;

Les figures 3 et 4 sont des vues en détail et schématiques d'une partie de la sonde à immersion représentée sur la figure 2, où les surfaces de mesure délimitant le site de mesure sont en position écartée (figure 3) et en position rapprochée (figure 4) ;

La figure 5 est une vue en détail et schématique d'une partie de la sonde à immersion représentée sur la figure 4 où des organes de butée définissent une épaisseur minimale du site de mesure ; la figure 6 est une vue en coupe qui représente de manière partielle et schématique la première surface de mesure selon un autre mode de réalisation, dont la face est structurée pourformer différentes zones du site de mesure d'épaisseurs différentes et dont une partie forme un organe de butée avec la seconde surface de mesure ;

La figure 7 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un dispositif d'obturation à fenêtre mobile adapté à être assemblée au corps immergeable d'une sonde à immersion selon un autre mode de réalisation.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

Sur les figures et dans la suite de la description, les mêmes références représentent les éléments identiques ou similaires. De plus, les différents éléments ne sont pas représentés à l'échelle de manière à privilégier la clarté des figures. L'invention porte sur une sonde à immersion, ou sonde immergeable, destinée à l'analyse in situ d'échantillon liquide à l'intérieur d'un récipient. L'échantillon liquide peut être une portion d'un liquide présent dans le récipient, par exemple un liquide propre à contenir des analytes tels que des particules biologiques. Le récipient peut être un bioréacteur, une cuve, un conduit ou autre. Le récipient peut être réalisé en un matériau polymère, par exemple en plastique, en inox 316L, en verre, ou en un autre matériau adéquat. Il peut s'agir d'un récipient à usage unique. L'analyse de l'échantillon revient à mesurer et évaluer un ou plusieurs paramètres représentatifs de l'échantillon liquide. Ces paramètres peuvent être issus de propriétés physiques de l'échantillon liquide, telles que le taux d'absorption d'un rayonnement lumineux incident, la colorimétrie, une ou plusieurs figures d'interférence, ou autres. Il peut ainsi s'agir de détecter et d'évaluer la présence, la concentration et/ou le type d'analytes présents dans l'échantillon liquide, par exemple des particules biologiques telles que des cellules, des bactéries ou autres. Dans le cas de la culture cellulaire dans un bioréacteur, la sonde à immersion permet notamment de réaliser une discrimination entre les cellules vivantes et les cellules mortes par une technique de mesure par imagerie sans lentille.

La figure 2 illustre une vue schématique en coupe d'une sonde à immersion selon un mode de réalisation. Les figures 3 et 4 sont des vues d'une partie de la sonde représentée sur la figure 2 lorsque les surfaces de mesure délimitant le site de mesure sont en position écartée (figure 3) et en position rapprochée (figure 4).

Un repère orthogonal direct en coordonnées cylindriques (ei_, eR, e-r) est présenté sur la figure 2. Le vecteur ei. est orienté suivant l'axe longitudinal, eR suivant l'axe radial et eT suivant l'axe tangentiel ou circonférentiel. Dans la suite de la description, les termes « proximal » et « distal » désignent le positionnement relatif suivant la direction longitudinale ei_.

La sonde 1 comporte un corps immergeable 10 apte à être introduit dans un récipient (non représenté) et immergé dans un liquide contenu par le récipient, le corps 10 étant assemblé à un boîtier de connexion 40 destiné à assurer la connexion électrique de la sonde 1 avec des moyens informatiques de traitement des données de mesure, et éventuellement destiné à être monté de manière amovible à une paroi du récipient. De manière alternative, l'assemblage de la sonde à la paroi du récipient peut être réalisable au niveau du corps immergeable. Comme il sera détaillé plus loin, le corps immergeable 10 comporte un site de mesure 2 apte à recevoir une portion de liquide dont une partie forme l'échantillon liquide à analyser. Le site de mesure 2 est disposé sur un chemin optique défini par un dispositif d'illumination optique 50 et un dispositif de détection optique 70, et présente une épaisseur, suivant l'axe optique, de taille variable.

Le corps immergeable 10 est de forme cylindrique, ici circulaire, qui s'étend à partir du boîtier de connexion 40 suivant un axe longitudinal parallèle à l'axe ei_. Il comporte un site de mesure 2 placé entre une partie proximale 20 et une partie distale 30 du corps 10 de sonde.

Le corps 10 peut être réalisé en un matériau choisi par exemple parmi l'inox 316L, le polyétheréthercétone (PEEK, pour PolyEtherEtherKetone en anglais), le polysulfone (PSU), le polyphénylsulfone (PPSU), ou un autre matériau adéquat. Le matériau est avantageusement de qualité classe VI selon la convention USP (United States Pharmacopeia, en anglais), assurant ainsi une compatibilité du matériau du corps immergeable avec le milieu liquide et biologique contenu dans le récipient. Il présente dans cet exemple une dimension transversale de l'ordre de quelques millimètres à quelques dizaines de millimètres, par exemple 12mm, et une longueur qui dépend de l'application industrielle, par exemple de l'ordre de quelques centaines de millimètres, par exemple 120mm, 220mm, 320mm ou 420mm.

Le site de mesure 2, ici situé à proximité de l'extrémité distale 11 du corps 10, est apte à recevoir une portion du liquide contenu dans le récipient. Le site de mesure 2 prend la forme d'un dégagement ou échancrure, réalisé dans le corps 10 de sonde, au niveau d'une partie de la paroi circonférentielle 12 du corps. Ainsi, le site 2 forme un espace qui s'étend suivant une dimension longitudinale parallèle à l'axe ei. et des dimensions transversales parallèles à eR et e-r.

Le site de mesure 2 est en partie délimité par deux surfaces transversales 53, 73, dites de mesure, dont l'écart relatif suivant l'axe ei. définit l'épaisseur du site de mesure 2, et par une paroi longitudinale 14. Ainsi, le site de mesure 2 présente ici une forme en U dont l'ouverture permettant la circulation du liquide s'étend sur une partie de la paroi circonférentielle 12 du corps de la sonde. La portion du liquide présent dans le site de mesure et localisée entre les deux surfaces de mesure 53, 73 forme l'échantillon liquide à analyser.

Dans cet exemple, les deux surfaces de mesure 53, 73 sont des faces planes et parallèles entre elles, disposées en regard l'une de l'autre, de deux fenêtres transparentes 52, 72 (figures 3 et 4). Par fenêtre transparente, on entend une fenêtre réalisée en un matériau dont le taux de transmission du rayonnement lumineux incident est supérieur à 50%, de préférence supérieure à 80%, voire davantage. Les deux fenêtres 52, 72 se présentent sous la forme d'une plaque dont la section droite dans le plan (eR, e-r) présente une forme par exemple circulaire. Le diamètre des fenêtres 52, 72 peut être de l'ordre de quelques millimètres, par exemple compris entre 3mm et 8mm, et une épaisseur par exemple comprise entre 0,5mm et 10mm. Elles peuvent être réalisées en saphir, en borosilicate, en quartz, en polycarbonate ou autre, et sont avantageusement de qualité classe VI selon la convention USP.

Au moins l'une 52 des fenêtres transparentes qui délimitent longitudinalement le site de mesure 2 est mobile en translation relativement à l'autre fenêtre 72, c'est-à-dire que la fenêtre mobile 52 est apte à être déplacée, plus précisément à être rapprochée ou éloignée, par rapport à la seconde fenêtre 72, de manière contrôlée. Dans cet exemple, la première fenêtre 52 est mobile en translation et la seconde fenêtre 72 est fixe par rapport au corps 10 de sonde. Ainsi, la dimension longitudinale, ou épaisseur, du site de mesure 2 est variable et dépend de l'écart relatif entre les surfaces de mesure 53, 73 des fenêtres transparentes 52, 72. L'épaisseur du site de mesure 2 peut varier de quelques microns voire dizaines ou centaines de microns à quelques millimètres. Un contact surface contre surface entre les deux surfaces de mesure 53, 73 peut également être prévu, de sorte que l'épaisseur du site de mesure 2 est quasi nulle.

Le site de mesure 2 présente ainsi une épaisseur variable dans le temps selon qu'une étape de mesure optique est en cours ou non. Ainsi, en référence à la figure 4, lors d'une étape de mesure optique, l'épaisseur dite de mesure, c'est-à-dire lorsque les surfaces de mesure 53, 73 sont en position dite rapprochée, est avantageusement de l'ordre de quelques microns à quelques centaines de microns. Elle peut ainsi être comprise entre 5pm et 500pm, et de préférence comprise entre 10pm et lOOpm.

Comme l'illustre la figure 5, au moins un organe de butée 4 peut être disposé au niveau de la surface mobile 53 et/ou de la seconde surface 73 de manière à assurer la butée entre la surface mobile 53 et la seconde surface 73. Cet organe de butée 4 présente une épaisseur qui définit un espacement minimal entre les deux surfaces de mesure 53, 73 et ainsi une épaisseur minimale du site de mesure 2. Cet organe de butée 4 est disposé en bordure de la surface mobile 53 et/ou de la seconde surface 73 de manière à ne pas perturber le trajet optique du rayonnement lumineux lors d'une étape de mesure optique. Il présente une épaisseur de l'ordre de quelques microns à quelques centaines de microns, par exemple une épaisseur comprise entre 5pm et 500pm, et de préférence comprise entre 10pm et lOOpm, par exemple 10pm, 20pm voire 50pm. Cet organe de butée 4 peut être un élément rapporté, réalisé en un matériau différent ou identique à celui des fenêtres transparentes 52, 72, et fixé sur la surface 53 ou la surface 73. Il peut s'agir d'une pluralité d'organes de butée formés chacun d'un plot disposé en bordure de la surface concernée et espacé des plots voisins. Alternativement, il peut s'agir d'un cordon qui s'étend continûment en bordure de la surface. Dans ce cas, le cordon de butée peut permettre, lorsque la butée est réalisée entre les deux surfaces de mesure 53 et 73, de contenir l'échantillon liquide à l'intérieur du site de mesure qui forme alors un logement clos, délimité par les surfaces de mesure 53 et 73 et le cordon de butée. L'étape de mesure est alors rendue plus précise puisque l'échantillon liquide est sensiblement statique et ne subit pas le mouvement global du liquide imposé dans le récipient.

Comme l'illustre la figure 6, l'organe de butée peut également être formé par une structuration locale de la surface considérée. Ici, la surface de mesure 53 est structurée pour former localement, en bordure de surface, au moins une portion en saillie formant l'organe de butée 4. Comme mentionné précédemment, la surface structurée peut comporter plusieurs organes de butée formés chacun d'une portion en saillie, voire d'un cordon de butée formé d'une portion en saillie qui s'étend continûment en bordure de la surface considérée.

Par ailleurs, comme l'illustre la figure 6, la surface mobile 53 et/ou la surface de mesure 73 peuvent présenter une structuration de surface de manière à former une pluralité de zones élémentaires du site de mesure présentant des épaisseurs différentes. Plus précisément, la surface structurée comporte une pluralité de portions planes et parallèles entre elles. Sur l'exemple de la figure 6, la surface de mesure 73 est plane et la surface mobile 53 présente des structurations formant ici trois zones élémentaires d'épaisseurs différentes A, B, C du site de mesure. A titre d'exemple, la zone A peut présenter une épaisseur de 20pm, la zone B une épaisseur de 50pm et la zone C une épaisseur de lOOpm. Ces différentes zones permettent ainsi d'exploiter les résultats de la mesure optique relatifs aux différentes zones élémentaires, par exemple en fonction à la concentration en analytes présents dans l'échantillon liquide. Ainsi, lorsque la concentration en analytes est faible, la quantité en analytes dans la zone C peut être suffisante pour exploiter les résultats de la mesure optique issus de cette zone, mais être insuffisante dans les zones A et B pour que les résultats soient exploitables. En revanche, lorsque la concentration en analytes augmente dans le liquide, la quantité d'analytes peut devenir excessive dans la zone C pour pouvoir exploiter les résultats de la mesure issus de cette zone, alors que la quantité est suffisante dans la zone A et éventuellement la zone B. Ainsi, la formation de plusieurs zones élémentaires de site de mesure permet d'exploiter différents résultats de la même étape de mesure relatifs aux différentes zones du site de mesure. Bien entendu, d'autres variantes sont possibles, par exemple celle où une surface de mesure présente une structuration de surface pour former plusieurs zones du site de mesure et où la surface de mesure opposée comporte une structuration de surface formant au moins un organe de butée. A la suite d'une étape de mesure, il est avantageux de permettre le bon renouvellement de l'échantillon liquide, notamment pour éviter l'obstruction du site de mesure 2 par des analytes d'intérêt. Pour cela, la surface mobile 53 est éloignée de la seconde surface 73 de sorte que le site de mesure 2 présente une épaisseur dite de renouvellement, c'est-à-dire lorsque les surfaces de mesure 53, 73 se trouvent en position dite écartée, supérieure à l'épaisseur de mesure, par exemple supérieure ou égale à 1mm et de préférence compris entre 1mm et 5mm (figure 3).

Comme le montre la figure 2, le site de mesure 2 est situé entre deux parties du corps 10 de sonde, une partie proximale 20 et une partie distale 30 relativement au boîtier de connexion 40. La partie proximale 20 forme un corps cylindrique creux dont la surface intérieure 13 de la paroi circonférentielle 12 participe à délimiter un premier logement étanche 21. Le premier logement 21 est délimité longitudinalement au niveau de son extrémité distale 22 par la fenêtre mobile 52 assemblée de manière mobile et étanche à la paroi circonférentielle 12 du corps de sonde par une membrane 3 flexible étanche. La membrane 3 présente ainsi une forme sensiblement annulaire et est fixée de manière étanche à la bordure circonférentielle 54 de la fenêtre transparente 52 d'une part et à la paroi circonférentielle 12 du corps 10 de sonde d'autre part. Elle peut présenter un diamètre externe de quelques millimètres, par exemple compris entre 6mm et 10mm, et un diamètre interne égal à celui du diamètre de la fenêtre transparente, par exemple compris entre 3mm et 8mm.

La membrane flexible 3 est une paroi mince et souple réalisée en un matériau étanche apte à se déformer de manière élastique pour autoriser le déplacement en translation de la fenêtre mobile 52 relativement à la seconde fenêtre 72. Elle peut être réalisée en silicone, en élastomère tel que du FFKM (perfluoroélastomère), du FKM (fluoroélastomère), du EPDM (éthylène-propylène-diène monomère), voire en tout autre matériau présentant les propriétés d'étanchéité et de flexibilité nécessaires. Le matériau de la membrane flexible est en outre avantageusement de qualité classe VI selon la convention USP, assurant ainsi une compatibilité du matériau de la membrane flexible avec le milieu liquide et biologique contenu dans le récipient.

Ainsi, la fenêtre transparente mobile 52 et la membrane flexible 3 forment ensemble l'extrémité distale 22 du premier logement étanche 21. La fenêtre mobile 52 est ainsi apte à être déplacée en translation suivant un axe sensiblement parallèle à l'axe longitudinal ei. du corps immergeable 10.

La sonde 1 comporte également un dispositif d'illumination 50 disposé dans le premier logement étanche 21 de manière à pouvoir éclairer l'échantillon liquide présent dans le site de mesure 2. Ce dispositif 50 comporte une source de lumière 51 disposée en regard de la fenêtre mobile 52 suivant l'axe longitudinal du corps 10 de sonde. La source 51 est donc disposée de manière à pouvoir illuminer la partie du site de mesure 2 délimitée par les deux surfaces de mesure 53, 73, suivant une direction d'éclairement ici parallèle à l'axe longitudinal ei_. La source de lumière 51 peut être une ou plusieurs diodes électroluminescentes, voire une diode laser par exemple à semi-conducteur, par exemple disposée sur un circuit imprimé (PCB pour Printed Circuit Boord, en anglais) assurant la connexion électrique de la source de lumière.

Le dispositif d'illumination 50 comporte un boîtier 55 qui présente une forme cylindrique creuse, par exemple de section transversale circulaire. Le boîtier 55 loge la source de lumière 51, et éventuellement un diffuseur 57 et un diaphragme 58 placés en aval de la source de lumière 51 suivant la direction d'éclairement. Le diffuseur est adapté à mettre en forme le faisceau lumineux émis par la source de lumière, pour notamment s'affranchir de contraintes de positionnement de la source de lumière par rapport au diaphragme. Autrement dit, l'utilisation d'un tel diffuseur peut permettre d'utiliser une source de lumière légèrement décentrée par rapport à l'ouverture du diaphragme. Le diffuseur peut être du type Light Shoping Diffuser commercialisé par la société Luminit. Il est assemblé en son extrémité distale 56 à la fenêtre mobile 52. La source de lumière 51 et la fenêtre mobile 52 sont ici séparées l'une de l'autre par une cavité 59 assurant la transmission du rayonnement lumineux émis par la source de lumière approximativement sans absorption. Cette cavité 59 permet d'écarter la source de lumière 51 de la distance voulue vis-à-vis du site de mesure 2, et peut présenter une longueur longitudinale avantageusement de l'ordre de quelques centimètres, par exemple 5cm, notamment lorsqu'une technique d'imagerie sans lentille est mise en œuvre.

Dans cet exemple, la fenêtre mobile 52 est fixée au boîtier 55 du dispositif d'illumination 50 de sorte que le déplacement en translation de la fenêtre mobile 52 coïncide avec le déplacement du boîtier 55 du dispositif d'illumination 50.

La sonde 1 comporte également un dispositif de déplacement 60 adapté à assurer le déplacement contrôlé en translation de la fenêtre mobile 52, ici par l'intermédiaire du dispositif d'illumination 50.

Le dispositif de déplacement 60 comporte dans cet exemple un organe 61 apte à être déplacé en translation suivant l'axe longitudinal ei_, placé dans le boîtier de connexion 40. Cet organe de déplacement 61 est mécaniquement relié de manière rigide à l'extrémité proximale 56 du boîtier 55 du dispositif d'illumination 50 par au moins un élément de couplage mécanique, dont une tige rigide 62 qui s'étend longitudinale à l'intérieur du premier logement étanche 21.

Ainsi, le boîtier de connexion 40 comporte une paroi circonférentielle 41 qui délimite un espace intérieur à l'intérieur duquel se trouvent l'organe de déplacement 61, des éléments de couplage mécanique et éventuellement une partie de la tige rigide 62. Un élément de rappel 63, ici un ressort en compression, est dans cet exemple présent de manière à assurer le retour de l'organe de déplacement 61 dans une position de repos. Le ressort 63 est ici disposé de manière à être au contact de l'organe de déplacement 61 d'une part et de la paroi 42 du boîtier de connexion 40.

Ainsi, lorsque le dispositif de déplacement 60 est activé, l'organe de déplacement 61 se déplace suivant la direction ei_, ce qui induit la translation, par l'intermédiaire des éléments de couplage mécanique, du boîtier 55 du dispositif d'illumination et donc de la fenêtre mobile 52, suivant la même direction. Le ressort 63 est alors chargé et crée une force de rappel qui s'exerce sur l'organe de déplacement 61 suivant la direction -ei_. Lorsque le dispositif 60 n'est plus activé, l'organe de déplacement 61 est déplacé suivant la direction -ei. sous l'effet de la force de rappel exercée par le ressort 63, ce qui induit une translation suivant la même direction du boîtier 55 du dispositif d'illumination et donc de la fenêtre mobile 52. Cet agencement du ressort de rappel est ici donné de manière illustrative et d'autres agencements sont possibles.

Le boîtier de connexion 40 comporte ainsi une ouverture pour permettre la liaison mécanique entre l'organe de déplacement 61 et la fenêtre mobile 52. Une seconde membrane flexible 64 et étanche est prévue dans le boîtier de connexion 40 de manière à assurer localement l'étanchéité du premier logement 21. Ainsi, on évite toute entrée de fluide dans le corps immergeable 10 à partir du boîtier de connexion 40. La seconde membrane 64 permet également d'éviter l'écoulement de liquide dans puis hors de la sonde en cas de rupture d'étanchéité de la membrane flexible 3. Dans cet exemple, la seconde membrane flexible 64 est fixée de manière étanche d'une part à l'organe de déplacement 61 et d'autre part à la paroi circonférentielle 41 du boîtier de connexion. Ce positionnement de la seconde membrane 64 est ici donné de manière illustrative et d'autres positionnements sont possibles.

Le corps 10 de sonde comporte une partie distale 30 située en regard de la partie proximale 20 vis-à-vis du site de mesure 2. Cette partie distale 30 comporte un second logement étanche 31 qui loge un dispositif de détection optique 70. Ce second logement 31 est délimité en partie par la fenêtre transparente 72 dont une face forme la seconde surface transparente de mesure 73. Il est également délimité par la paroi circonférentielle 12 du corps 10, et par la paroi d'extrémité distale 32 du corps 10 de sonde. Ces parois 12, 32 et la fenêtre transparente 72 définissent un espace à l'intérieur duquel est situé un capteur optique assemblé ici sur un circuit imprimé d'alimentation assurant la connexion électrique du capteur optique.

Le capteur optique comporte un photodétecteur 71 positionné derrière la fenêtre transparente 72 suivant la direction d'éclairement. Le photodétecteur 71 est adapté à recevoir des faisceaux lumineux provenant de l'échantillon liquide. Ces faisceaux incidents sur le photodétecteur 71 peuvent être émis par l'échantillon liquide en réponse à l'illumination par une source de lumière 51 et/ou correspondre à une partie des faisceaux d'illumination transmise par l'échantillon liquide en étant éventuellement réfractée ou diffractée. Les faisceaux détectés peuvent être dans une gamme spectrale couvrant l'infrarouge et/ou le visible et/ou l'ultraviolet. Le photodétecteur 71 peut être de type capteur de type CCD (pour Charge Coupled Device, en anglais) ou un capteur de type CMOS (pour Complementory Metol-Oxyde Semiconductor, en anglais), et est avantageusement matriciel dans le but d'acquérir une image de l'échantillon liquide.

Les dispositifs d'illumination 50 et de détection optique 70 peuvent être adaptés à réaliser une mesure optique selon la technique dite d'imagerie sans lentille. C'est le cas notamment lorsque les analytes à détecter dans l'échantillon liquide sont des objets diffractants vis-à-vis de la longueur d'onde d'émission de la source de lumière 51. Pour cela, la source de lumière 51 est choisie de manière à émettre des faisceaux d'illumination spatialement cohérents. Il peut s'agir par exemple d'une diode laser, par exemple à semi-conducteur, voire d'une diode électroluminescente munie du diaphragme permettant d'augmenter la cohérence spatiale du rayonnement émis, ou encore d'une diode électroluminescente dont les dimensions sont suffisamment réduites pour ne pas avoir à utiliser de diaphragme, par exemple le diamètre de la diode étant inférieur au dixième de la distance séparant la diode du site de mesure. Le photodétecteur 71 est matriciel pour ainsi acquérir des images du rayonnement transmis et/ou diffracté par les analytes présents dans l'échantillon liquide. Il est placé à une distance de la seconde surface de mesure 73 avantageusement inférieure ou égale à 1cm, par exemple comprise entre lOOpm et quelques millimètres. La faible distance entre le site de mesure 2 et le photodétecteur 71 permet de limiter les phénomènes d'interférence entre les figures de diffraction lorsque le site de mesure 2 est éclairé. On peut éviter le recours à une optique de grossissement qui serait placée entre la seconde surface de mesure 73 et le photodétecteur 71. Un réseau de microlentilles, chacune étant placée devant un pixel du photodétecteur, peut être prévu pour améliorer la collecte optique du photodétecteur, sans pour autant qu'une fonction de grossissement soit assurée. Une technique de mesure et de traitement des images de diffraction acquises par le photodétecteur telle que décrite dans la demande W02015/011096 peut être mise en œuvre dans le but de discriminer les cellules vivantes des cellules mortes.

Par ailleurs, la sonde 1 est électriquement connectée à une unité d'analyse (non représentée) qui assure le traitement des données mesurées. L'unité d'analyse est reliée à l'écran d'affichage pour permettre l'affichage d'informations à destination de l'utilisateur. De manière classique, l'unité d'analyse comporte un processeur et une mémoire apte à stocker et mettre en œuvre un logiciel de traitement des données mesurées.

Ainsi, à la différence de l'exemple de sonde à immersion relatif à l'art antérieur, le corps immergeable 10 de la sonde à immersion 1 ne comporte pas d'éléments mécaniques destinés à être immergés, assemblés les uns aux autres par une liaison mécanique de type glissière ou hélicoïdale. La sonde à immersion 1 ne comporte donc pas d'interstices entre ce type de pièces mécaniques susceptibles de loger des agents pouvant être introduits dans le récipient et polluer le liquide et/ou les analytes présents, l'ajustement du site de mesure étant obtenu par le déplacement de la surface mobile 53, celle-ci étant assemblée de manière étanche au corps 10 par la membrane flexible étanche 3. Ainsi, la sonde à immersion 1 permet à la fois d'ajuster l'épaisseur du site de mesure 2 de manière contrôlée en fonction des caractéristiques de l'échantillon liquide à analyser, et de présenter une forte minimisation voire une absence de risques de pollution du liquide contenu dans le récipient.

Un exemple de fonctionnement de la sonde à immersion 1 dans le cadre d'un procédé d'analyse d'un échantillon liquide est maintenant décrit, en référence aux figures 3 et 4.

La sonde 1 est introduite dans le récipient de manière à immerger au moins en partie le corps 10 de la sonde dans le liquide contenu par le récipient, et assemblée de manière étanche à la paroi du récipient.

Les surfaces de mesure 53, 73 du site de mesure 2 peuvent être en position rapprochée ou écartée, de préférence en position écartée de sorte que le liquide puisse s'introduire sans difficulté dans le site de mesure 2. Celui-ci présente alors une épaisseur suivant l'axe ei. de quelques millimètres (figure 3).

Dans le but d'effectuer une étape de mesure optique, les surfaces de mesure 53, 73 sont rapprochées l'une de l'autre de manière à ce qu'elles occupent la position rapprochée (figure 4). L'épaisseur du site de mesure 2 présente alors une épaisseur de l'ordre de quelques microns à quelques centaines de microns, par exemple 20pm. L'épaisseur du site de mesure 2 peut prendre une valeur minimale lorsque la surface mobile 53 et la seconde surface 73 sont en butée l'une contre l'autre par l'intermédiaire des organes de butée 4.

La source de lumière 51 émet alors un rayonnement lumineux qui est transmis par la fenêtre mobile 52 et illumine l'échantillon liquide situé entre les deux surfaces de mesure 53, 73. Le photodétecteur 71 acquiert un rayonnement lumineux provenant de l'échantillon liquide illuminé, par exemple une partie du rayonnement incident sur l'échantillon liquide diffracté par les analytes et formant des figures de diffraction. L'épaisseur de mesure du site 2 peut être ajustée en fonction notamment de la concentration des analytes présents dans l'échantillon liquide, de manière à optimiser la précision, la résolution et/ou la robustesse de la technique optique mise en oeuvre.

Une pluralité d'étapes de mesure optique successives peut être effectuée de manière à assurer le contrôle en temps réel du liquide et des analytes présents dans le récipient.

Dans le but d'assurer un bon renouvellement de l'échantillon liquide entre deux étapes successives de mesure optique, et notamment éviter l'obstruction du site de mesure 2 par des analytes présents dans le liquide, une étape de renouvellement de l'échantillon liquide est effectuée à la suite d'une étape de mesure optique, au cours de laquelle les surfaces de mesure 53, 73 sont écartées l'une de l'autre de manière à occuper une position écartée dite de renouvellement (figure 3). L'épaisseur du site de mesure est alors supérieure à l'épaisseur de mesure et de préférence supérieure ou égale à quelques millimètres, par exemple égale à 1mm, 3mm voire à 5mm. Cette étape de renouvellement peut durer le temps nécessaire pour obtenir un bon renouvellement de l'échantillon liquide, par exemple quelques secondes à quelques dizaines de minutes, voire davantage. Puis une nouvelle étape de mesure optique est effectuée au cours de laquelle les surfaces de mesure sont rapprochées l'une de l'autre de manière à ce que l'épaisseur du site de mesure présente la valeur désirée.

La figure 7 illustre une vue schématique en coupe d'un dispositif d'obturation 80 à fenêtre mobile apte à être utilisé dans une sonde à immersion similaire à celle décrite en référence aux figures 2 à 4.

La sonde à immersion diffère essentiellement de la sonde décrite précédemment en ce que la membrane flexible et la fenêtre transparente mobile ne sont pas fixées au corps de sonde mais peuvent être assemblées à ce dernier de manière amovible par le dispositif d'obturation.

Ce dispositif d'obturation 80 à fenêtre mobile comporte une fenêtre transparente mobile 82 assemblée à un anneau rigide 81 par une membrane flexible 83. L'anneau rigide 81 est destiné à être assemblé de manière étanche et amovible à la paroi circonférentielle 12 du corps 10 de sonde. Ce faisant, il vient obturer l'extrémité distale 22 du premier logement étanche 21. L'anneau rigide 81 peut être réalisé en un matériau identique à celui du corps de sonde et présenter des dimensions adaptées pour être assemblé au corps 10, et la fenêtre mobile 82 et la membrane flexible 83 peuvent présenter des caractéristiques identiques ou similaires à celles décrites précédemment.

On obtient ainsi un consommable destiné à être assemblé au corps immergeable 10 de la sonde lors de son utilisation. Dans le cas d'une dégradation de la fenêtre mobile 82 et/ou de la membrane flexible 83, le dispositif d'obturation 80 à fenêtre mobile peut être changé tout en utilisant à nouveau la sonde à immersion.

Des modes de réalisation particuliers viennent d'être décrits. Différentes variantes et modifications apparaîtront à l'homme du métier.

Ainsi, on a décrit un dispositif d'illumination disposé dans le logement étanche de la partie proximale du corps et un dispositif de détection optique disposé dans le logement de la partie distale. De manière alternative, le dispositif d'illumination peut être disposé dans le logement de la partie distale et le dispositif de détection optique disposé dans le logement de la partie proximale.

Par ailleurs, de manière alternative ou complémentaire aux modes décrits précédemment, la seconde fenêtre de mesure peut également être mobile relativement à la première fenêtre par l'intermédiaire d'une membrane flexible, qui peut être mobile ou fixe par rapport au corps de sonde. Dans ce cas, le dispositif de déplacement peut comporter des éléments de couplage mécanique supplémentaires s'étendant entre le premier logement et le second logement, en bordure du site de mesure.

Par ailleurs, on a décrit un site de mesure en forme de U. D'autres formes de site de mesure sont envisageables, par exemple délimitées radialement par la paroi circonférentielle du corps de sonde munie d'une ou deux ouvertures, voire davantage, de manière à permettre la circulation du liquide dans le site de mesure.

Par ailleurs, on a décrit un dispositif mécanique de déplacement mais d'autres types de dispositif de déplacement peuvent convenir. Selon un premier exemple, le dispositif de déplacement peut comprendre un actionneur fluidomécanique, par exemple du type pneumatique. La surface mobile de mesure est alors assemblée à un vérin pneumatique, plus précisément à la tige du piston du vérin, par l'intermédiaire d'un boîtier du dispositif d'illumination, ou de détection le cas échéant. L'actionnement du vérin provoque le déplacement de la surface mobile de manière à obtenir l'épaisseur désirée du site de mesure, les surfaces de mesure pouvant ainsi occuper les positions rapprochée et écartée.

Selon un autre exemple, le dispositif de déplacement peut être actionné de manière électromagnétique. Ainsi, le dispositif de déplacement peut comporter un organe électromagnétique, par exemple linéaire, tel qu'un électro-aimant. Plus précisément, la surface mobile de mesure est assemblée à l'induit mobile de l'électro-aimant, par l'intermédiaire d'un boîtier du dispositif d'illumination, ou de détection le cas échéant. La surface mobile de mesure peut être, au repos c'est-à-dire lorsque l'électro-aimant n'est pas alimenté en électricité, dans la position écartée, par exemple par l'application d'une force de rappel due à des moyens élastiques, par exemple un ressort tel que celui décrit en référence à la figure 2. Lorsque l'électro-aimant est alimenté, le champ magnétique généré provoque le déplacement de l'induit mobile et donc le déplacement de la surface mobile de mesure, de la position écartée à la position rapprochée. De manière alternative, la surface mobile de mesure peut être, au repos, dans la position rapprochée et venir en position écartée lors de l'alimentation électrique de l'électro-aimant. D'autres exemples de dispositifs électromagnétiques de déplacement peuvent être utilisés, comme par exemple des actionneurs rotatifs mono-enroulement associés ou non à un mécanisme d'engrenage, un moteur-couple, voire un actionneur électrodynamique.

Claims (14)

1. REVENDICATIONS

   1. Sonde immergeable (1) pour l'analyse in situ d'un échantillon d'un liquide contenu dans un récipient, comportant : un corps immergeable (10) destiné à être au moins en partie introduit dans le liquide, comportant un site d'analyse (2) apte à recevoir ledit échantillon liquide, une première et une seconde surfaces (53, 73), dites de mesure, disposées en regard l'une de l'autre de manière à délimiter au moins en partie le site de mesure, dont au moins l'une (53), dite mobile, est apte à être déplacée relativement à la seconde surface (73), caractérisée en ce que la surface mobile de mesure (53) est assemblée au corps immergeable (10) par une membrane flexible (3), et en ce qu'au moins un organe de butée (4) est disposé sur la première et/ou seconde surface de mesure (53, 73) de manière à pouvoir former une butée entre les deux surfaces de mesure définissant une épaisseur minimale du site de mesure (3).
2. 2. Sonde immergeable (1) selon la revendication 1, dans lequel le corps immergeable (10) comporte un premier logement étanche (21) dont une extrémité (22) comprend la membrane flexible (3) et la surface mobile de mesure (53), et loge un dispositif optique (50, 70) adapté à émettre ou recevoir un rayonnement lumineux au-travers de la surface mobile de mesure (53), celle-ci étant transparente audit rayonnement lumineux.
3. 3. Sonde immergeable (1) selon la revendication 2, dans lequel un dispositif d'illumination optique (50) est disposé dans ledit premier logement étanche (21), et comprend une source de lumière (51) et une fenêtre transparente (52) dont une face forme la surface mobile de mesure (53).
4. 4. Sonde immergeable (1) selon la revendication 2, dans lequel un dispositif de détection optique (70) est disposé dans ledit premier logement étanche (21), et comprend un capteur optique (71) et une fenêtre transparente (72) dont une face forme la surface mobile de mesure (53).
5. 5. Sonde immergeable (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le dispositif d'illumination (50) est disposé dans un premier logement étanche (21) et le dispositif de détection (70) est disposé dans un second logement étanche (31) disposé en regard du premier logement, délimitant ainsi le site de mesure (2).
6. 6. Sonde immergeable (1) selon la revendication 5, dans lequel le premier logement (21) est disposé dans une partie proximale (20) du corps immergeable et le second logement (31) est disposé dans une partie distale (30) du corps immergeable, une face de la fenêtre transparente (52) du dispositif d'illumination (50) formant la surface mobile de mesure (53).
7. 7. Sonde immergeable (1) selon la revendication 5 ou 6, dans lequel la fenêtre transparente (52) du dispositif d'illumination (50) est assemblée à un boîtier (55) du dispositif d'illumination, le boîtier étant mobile en translation par rapport au corps (10) immergeable.
8. 8. Sonde immergeable (1) selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel la source de lumière (51) est disposée à une distance supérieure ou égale à 1cm de la surface mobile de mesure (53) et/ou le photodétecteur (71) est disposé à une distance inférieure ou égale à 1cm de la seconde surface de mesure (73).
9. 9. Sonde immergeable (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l'organe de butée est formé d'un cordon qui s'étend continûment en bordure de la surface de mesure (53, 73).
10. 10. Sonde immergeable (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant un dispositif d'obturation (80) à fenêtre mobile comportant une fenêtre transparente mobile (82) et un anneau rigide (81) apte à être assemblé au corps immergeable (10) de la sonde, la fenêtre transparente étant assemblée à l'anneau rigide par une membrane flexible (83).
11. 11. Procédé d'analyse d'un échantillon liquide par une sonde à immersion (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, comportant les étapes dans lesquelles : on introduit au moins une partie du corps (10) de la sonde à immersion dans un liquide contenu dans un récipient ; on effectue une mesure optique d'au moins une propriété relative à l'échantillon liquide situé dans le site de mesure (2), l'écart relatif entre les deux surfaces de mesure (53, 73) étant inférieur ou égal à une valeur dite de mesure ; on écarte les deux surfaces de mesure (53, 73) l'une de l'autre de manière à permettre un renouvellement de l'échantillon liquide, l'écart relatif entre les deux surfaces étant supérieur ou égal à une valeur dite de renouvellement, celle-ci étant supérieure à la valeur de mesure.
12. 12. Procédé de caractérisation d'un échantillon liquide selon la revendication 11, dans lequel la valeur de mesure de l'écart relatif entre les deux surfaces de mesure (53, 73) est inférieure ou égale à 500pm et de préférence inférieure ou égale à 50pm.
13. 13. Procédé de caractérisation d'un échantillon liquide selon la revendication 11 ou 12, dans lequel la valeur de renouvellement de l'écart relatif entre les deux surfaces de mesure (53, 73) est supérieure ou égale à 1mm.
14. 14. Procédé de caractérisation d'un échantillon liquide selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, dans lequel on réalise une pluralité d'étapes de mesure optique successives dont au moins une étape de mesure est suivie d'une étape de renouvellement au cours de laquelle on écarte les deux surface de mesure l'une de l'autre.