FR3127676A1 - Dispositif de traitement photo-biologique amélioré - Google Patents
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Abstract
Il est décrit un dispositif de traitement photo-biologique (1), comprenant : au moins une diode électroluminescente (10) ; un superviseur (40), adapté pour recevoir un ensemble de paramètres relatifs à des signaux lumineux périodiques à émettre, et pour générer au moins un signal de commande périodique conforme à l’ensemble des paramètres reçus, ledit ensemble de paramètres comprenant au moins : une puissance maximale des signaux lumineux périodiques à émettre, inférieure à 100 W/m²,une fréquence des signaux lumineux périodiques à émettre, un rapport cyclique desdits signaux, et une durée de la phase de traitement au cours de laquelle les signaux sont émis, etun circuit d’alimentation (50) de la diode électroluminescente, adapté pour recevoir le signal de commande généré par le superviseur, pour générer un courant périodique identique au signal de commande reçu, et pour alimenter ladite diode électroluminescente avec le courant généré. Figure de l’abrégé : Figure 1
Description
La présente divulgation relève du domaine du traitement photo-biologique, c’est-à-dire du traitement d’organismes biologiques par l’utilisation de signaux lumineux. Elle trouve des applications particulières dans le domaine de la décontamination, de la préservation de denrées alimentaires ou encore dans l’amélioration des qualités nutritionnelles, organoleptiques, sanitaires des denrées alimentaires dans une approche durable et respectant la santé humaine, la planète et le monde animal.
Il est connu depuis de nombreuses années d’utiliser les propriétés de la lumière pour des applications de décontamination, par exemple de l’eau. Pour ce faire, on a longtemps utilisé des lampes à vapeur de mercure produisant une lumière UV continue de longueur d’onde 253,7 nm. On a également utilisé des lampes flash au xénon émettant de courts flashes couvrant tout le spectre de la lumière.
Les inconvénients de l’utilisation de ce type de lampes sont multiples. En premier lieu, ces lampes ne sont pas écologiques car elles consomment une quantité d’électricité très importante et mettent du temps à s’allumer car elles nécessitent de monter en température pour fonctionner. Les lampes à vapeur de mercure présentent l’inconvénient supplémentaire de contenir du mercure, qui est nocif pour l’environnement. Ces lampes sont donc incompatibles avec les exigences d’écoconception et de surcroît elles feront probablement l’objet d’une interdiction de commercialisation dans un avenir proche.
Par ailleurs, il est également connu que les plantes disposent de photorécepteurs sensibles à différentes longueurs d’ondes, et des travaux de recherches explorent actuellement les possibilités d’utiliser ces longueurs d’ondes pour pouvoir stimuler spécifiquement certains photorécepteurs et ainsi déclencher des mécanismes permettant d’améliorer certaines propriétés des plantes traitées. On peut citer par exemple l’article de L. Huché-Thélier et al. « Light signaling and plant responses to blue and UV-radiations – Perspectives for applications in horticulture”, Environmental and Experimental Botany, Elsevier, 2016, 121, pp.22-38. 10.1016/j.envexpbot.2015.06.009. hal-01388732, ou encore l’article de S. Eichhorn Bilodeau et al. « An update on Plant Photobiology and Implications for Cannabis Production”, 2019, Front. Plant Sci. 10:296 doi:10.3389/fpls.2019.00296.
Ces publications mettent en évidence la diversité de mécanismes biologiques impactés par la lumière, ainsi que la diversité des photorécepteurs impliqués et des longueurs d’ondes auxquelles ces photorécepteurs sont sensibles. Cependant, les lampes à vapeur de mercure ou les lampes flash au xenon évoquées précédemment ne sont pas adaptées à ce type d’application. D’une part, elles génèrent une quantité de chaleur importante dans la même direction que le faisceau lumineux, ce qui réduit leurs possibilités d’utilisation pour le traitement des plantes vivantes sensibles aux rayonnements thermiques et électromagnétiques.
De plus, la forte puissance lumineuse générée par ces lampes est susceptible de rapidement saturer les photos-récepteurs des plantes, ce qui induit un stress contreproductif à la plante, et limite ainsi l’utilisation au-delà de la simple décontamination de surface sans dégrader les denrées correspondantes.
Enfin, ces lampes imposent un mode d’utilisation unique (éclairage continu pour les lampes à vapeur de mercure, flashes pour les lampes flash au xénon), qui limite fortement la diversité des traitements photo-biologiques ainsi que les cibles du traitement. Pour les lampes flash au xénon, le fait que ces lampes couvrent tout le spectre visible suscite un risque d’émission de longueurs d’ondes parasites qui perturbent le traitement souhaité. Pour pallier cet inconvénient, des filtres optiques peuvent être utilisés pour filtrer certaines longueurs d’ondes, mais ceci implique une surconsommation d’énergie par rapport à la finalité recherchée, et donc un impact écologique négatif.
Compte-tenu de ces limitations importantes, des développements ont été menés pour remplacer ces technologies par des diodes électroluminescentes, qui présentent l’avantage d’une consommation électrique réduite et d’un moindre échauffement de la matrice à traiter, puisque les diodes électroluminescentes dissipent de la chaleur en direction opposée à l’émission des photons. On connaît par exemple le document WO 2014/036083, qui décrit un dispositif de stockage de denrées tel qu’un réfrigérateur, comprenant des moyens pour la décontamination des denrées stockées, ces moyens comprenant des sources de rayons UV pouvant être des diodes, et un dispositif de contrôle pouvant opérer les sources de rayons UV selon différents modes tels qu’un mode de stérilisation et un mode de préservation des denrées.
Cependant, pour obtenir les résultats attendus d’un traitement photo-biologique, il convient de contrôler avec précision la puissance et la quantité d’énergie reçue par la cible du traitement, et donc de piloter avec précision les sources d’éclairage. Ceci est confirmé par exemple par le document WO 2018/167439, qui décrit un procédé de décontamination de denrées comprenant l’exposition des denrées à des impulsions lumineuses dans le domaine des UV, les impulsions étant d’une durée comprise entre 50 µs et 2s, avec une densité d’énergie comprise entre 0.1 kJ/m² et 3kJ/m².
Or, ces documents ne décrivent pas un dispositif permettant d’atteindre ce niveau de précision dans le contrôle des sources d’éclairage, même quand il s’agit de diodes électroluminescentes.
Résumé
Il est proposé un dispositif de traitement photo-biologique, comprenant :
- au moins une diode électroluminescente;
- un superviseur, adapté pour recevoir un ensemble de paramètres relatifs à des signaux lumineux périodiques à émettre, et pour générer au moins un signal de commande périodique conforme à l’ensemble des paramètres reçus, ledit ensemble de paramètres comprenant au moins :
- une puissance maximale des signaux lumineux périodiques à émettre, ladite puissance maximale étant inférieure à 100 W/m², de préférence inférieure à 30W/m²,
- une fréquence des signaux lumineux périodiques à émettre,
- un rapport cyclique desdits signaux, et
- une durée d’émission des signaux lumineux, et
- un circuit d’alimentation de la diode électroluminescente, adapté pour recevoir le signal de commande généré par le superviseur, pour générer un courant périodique identique au signal de commande reçu, et pour alimenter ladite diode électroluminescente avec le courant généré.
Selon un autre aspect, il est proposé un dispositif de traitement photo-biologique comprenant :
- une cavité dans laquelle une cible à traiter peut être positionnée,
- au moins un module d’éclairage de la cavité, chaque module d’éclairage comprenant au moins une diode électroluminescente et un circuit d’alimentation de la ou les diodes du module d’éclairage; et
- un superviseur, adapté pour recevoir au moins un ensemble de paramètres relatifs à des signaux lumineux périodiques à émettre, et pour générer et transmettre à chaque module d’éclairage un signal de commande déterminé à partir des paramètres reçus,
et dans lequel chaque module d’éclairage est monté de manière amovible dans le dispositif de traitement photo-biologique.
Dans des modes de réalisation de ce deuxième aspect, les paramètres peuvent comprendre un ou plusieurs des paramètres suivants : une puissance maximale des signaux lumineux périodiques à émettre, ladite puissance maximale étant inférieure à 100 W/m², de préférence inférieure à 30W/m²,
- une fréquence des signaux lumineux périodiques à émettre,
- un rapport cyclique desdits signaux, et
- une durée d’émission des signaux lumineux, et
Les dispositifs décrits ci-avant peuvent en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison.
Dans des modes de réalisation, le dispositif comprend au moins une diode électroluminescente émettant dans une plage de longueur d’ondes comprise entre 260 et 310 nm.
Dans des modes de réalisation, le dispositif comprend au moins deux diodes, et le superviseur est adapté pour générer au moins deux signaux de commande différents relatifs à au moins deux diodes.
Dans des modes de réalisation, l’ensemble des paramètres comprend en outre au moins l’un des paramètres additionnels suivants :
- un délai de retard de démarrage d’émission des signaux lumineux par une diode ou un groupe de diodes par rapport à un temps initial de référence,
- un nombre de répétitions d’une phase de traitement, où une phase de traitement correspond à la durée totale au cours de laquelle des signaux lumineux sont émis par au moins une diode ou un groupe de diodes, et
- un intervalle de temps entre deux phases de traitement consécutives.
Dans des modes de réalisation, le dispositif comprend en outre un capteur de température adapté pour mesurer au moins une température parmi le groupe suivant :
- une température au voisinage d’au moins une diode électroluminescente,
- une température au voisinage d’un dissipateur thermique d’une diode ou d’un groupe de diodes,
- une température du superviseur,
- une température au voisinage de la cible à traiter,
Dans des modes de réalisation, le superviseur est configuré pour modifier en temps réel le signal de commande en fonction d’une température ambiante, d’une température mesurée au voisinage d’une diode, et d’une distance entre une diode et la cible, de sorte que les signaux lumineux émis par les diodes apportent un niveau d’énergie déterminé au niveau de la cible.
Dans des modes de réalisation, le dispositif comprend une pluralité de diodes électroluminescentes disposées selon une pluralité de rangées parallèles, dans lequel le pas entre deux diodes consécutives d’une rangée et le pas entre deux rangées consécutives sont déterminés de sorte que la fluence émise au niveau d’un plan parallèle au plan des diodes et situé à une distance déterminée entre les diodes et la cible soit homogène.
Dans des modes de réalisation, le dispositif comprend en outre une mémoire stockant, pour un ensemble de traitements, un ensemble de paramètres relatifs aux signaux lumineux à émettre, et/ou une interface Homme-Machine adaptée pour recevoir un ensemble de paramètres relatifs aux signaux lumineux à émettre d’un opérateur.
Dans des modes de réalisation, chaque diode électroluminescente émet dans une plage de longueurs d’onde comprise entre 200 et 800 nm.
Dans des modes de réalisation, le dispositif est adapté pour émettre des signaux lumineux d’une fréquence comprise entre 0 et 10000 Hz, par exemple compris entre 2 et 100 Hz.
Dans des modes de réalisation, chaque circuit d’alimentation de diode électroluminescente comprend au moins un transistor à effet de champ à grille métal oxyde et une source de courant continu reliée à la source du transistor, le signal de commande généré par le superviseur étant relié à la grille du transistor.
Dans des modes de réalisation, le dispositif comprend une cavité dans laquelle une cible à traiter peut être placée pour la mise en œuvre du traitement, et des moyens de mesure et de réglage de la distance entre la diode électroluminescente et la cible à traiter.
Dans des modes de réalisation, le dispositif comprend au moins un module d’éclairage comprenant au moins une diode et un circuit d’alimentation de la diode, le module d’éclairage comprenant en outre un dissipateur thermique adapté pour évacuer la chaleur générée par la ou les diodes.
Dans des modes de réalisation, le dispositif comprend un boîtier formé par un ensemble de parois, le boîtier comprenant une cavité dans laquelle une cible à traiter peut être placée, et un compartiment adjacent à la cavité, logeant ledit superviseur et chaque module d’éclairage, dans lequel chaque module d’éclairage est monté de manière amovible dans le compartiment.
Dans des modes de réalisation, le boîtier comprend une paroi frontale ou latérale comportant une fenêtre d’accès au compartiment logeant chaque module d’éclairage, ladite fenêtre d’accès étant dimensionnée de manière à permettre l’insertion et le retrait d’un module d’éclairage au travers de la fenêtre, et le compartiment et chaque module d’éclairage comprennent des connecteurs mécaniques adaptés pour permettre le montage et le démontage d’un module d’éclairage au travers de la fenêtre.
Dans des modes de réalisation, le dispositif peut comprendre une paroi de séparation du compartiment et de la cavité, ladite paroi de séparation comprenant une ouverture traversante, et chaque module d’éclairage est adapté pour pouvoir être monté dans le compartiment de sorte que chaque diode éclaire l’intérieur de la cavité au travers de l’ouverture traversante.
Dans des modes de réalisation, le compartiment comprend au moins un pion ou orifice de centrage d’un module d’éclairage et au moins une targette de fixation dudit module au compartiment.
Dans des modes de réalisation, les connecteurs mécaniques du compartiment comprennent des organes de centrage et des organes de verrouillage, disposés respectivement de deux côtés opposés de l’ouverture traversante, les organes de centrage étant situé du côté de l’ouverture traversante opposé à la fenêtre d’accès, et les organes de verrouillage étant situés du côté de la fenêtre d’accès.
Dans des modes de réalisation, le compartiment comprend une butée en saillie pour les modules d’éclairage, la butée étant disposée sur un bord de l’ouverture traversante de la paroi de séparation opposé à la fenêtre d’accès.
Dans des modes de réalisation, les organes de centrage comprennent des pions de centrage disposés sur la butée.
Dans des modes de réalisation, les organes de verrouillage comprennent au moins une targette montée sur la paroi de séparation.
Le dispositif de traitement photo-biologique présenté ci-avant permet de réaliser une grande diversité de traitements photo-biologiques sur des cibles diverses, avec une grande précision. En effet, il permet de piloter en temps réel une diode électroluminescente ou un groupe de diodes, pour générer des signaux lumineux périodiques correspondant à des paramètres voulus en termes de fréquence, de durée du signal, d’intervalle entre les signaux, etc. Il est également possible de combiner plusieurs diodes de différentes longueurs d’ondes, de l’UV à l’infrarouge, pour combiner des effets recherchés sur une cible et ainsi réaliser des traitements très ciblés et adaptés à chaque type de cible à traiter.
L’utilisation de signaux lumineux de courte durée émis par des diodes électroluminescentes permet aussi de limiter la puissance lumineuse (irradiance) à laquelle la cible est soumise, ce qui permet d’éviter de saturer les photorécepteurs des plantes. Le contrôle des paramètres des signaux lumineux périodiques permet en outre de contrôler le temps d’exposition de la cible à la lumière et donc également l’énergie lumineuse (fluence) reçue. Ceci permet, notamment dans le cas de plantes et denrées alimentaires, de réaliser un traitement efficace sans dégrader les cibles traitées.
Dans des modes de réalisation, l’utilisation de diodes, de systèmes de dissipation de chaleur actifs ou passifs et/ou d’un ajustement des paramètres des signaux lumineux émis en fonction de la température mesurée au niveau des diodes électroluminescentes, des dissipateurs, du circuit d’alimentation des diodes et au voisinage des cibles, permet de contrôler le signal lumineux émis en temps réel afin de garantir un traitement optimal des cibles et une longévité maximale des diodes. Le fait de réguler la température des diodes permet en effet de les faire fonctionner dans leur zone d’efficacité optimale et donc d’allonger leur durée de vie, dans une optique de développement durable.
D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :
Fig. 1
Fig. 2
Fig. 3
Fig. 4
Fig. 5a
Fig. 5b
Fig. 6
Fig. 7
Fig. 8
Claims (15)
- Dispositif de traitement photo-biologique (1), comprenant :
- au moins une diode électroluminescente (10) ;
- un superviseur (40) , adapté pour recevoir un ensemble de paramètres relatifs à des signaux lumineux périodiques à émettre, et pour générer au moins un signal de commande périodique conforme à l’ensemble des paramètres reçus, ledit ensemble de paramètres comprenant au moins :
- une puissance maximale des signaux lumineux périodiques à émettre, ladite puissance maximale étant inférieure à 100 W/m², de préférence inférieure à 30W/m²,
- une fréquence des signaux lumineux périodiques à émettre,
- un rapport cyclique desdits signaux, et
- une durée d’émission des signaux lumineux, et
- un circuit d’alimentation (50) de la diode électroluminescente (10), adapté pour recevoir le signal de commande généré par le superviseur (40), pour générer un courant périodique proportionnel au signal de commande reçu, et pour alimenter ladite diode électroluminescente (10) avec le courant généré.
- Dispositif selon la revendication 1, comprenant au moins une diode électroluminescente (10) émettant dans une plage de longueur d’ondes comprise entre 260 et 310 nm.
- Dispositif selon la revendication 1 ou 2, comprenant au moins deux diodes, et le superviseur est adapté pour générer au moins deux signaux de commande différents relatifs à au moins deux diodes.
- Dispositif selon la revendication 3, dans lequel l’ensemble des paramètres comprend en outre au moins l’un des paramètres additionnels suivants :
- un délai de retard de démarrage d’émission des signaux lumineux par une diode ou un groupe de diodes par rapport à un temps initial de référence,
- un nombre de répétitions d’une phase de traitement, où une phase de traitement correspond à la durée totale au cours de laquelle des signaux lumineux sont émis par au moins une diode ou un groupe de diodes, et
- un intervalle de temps entre deux phases de traitement consécutives.
- Dispositif selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre un capteur de température (60) adapté pour mesurer au moins une température parmi le groupe suivant :
- une température au voisinage d’au moins une diode électroluminescente,
- une température au voisinage d’un dissipateur thermique d’une diode ou d’un groupe de diodes,
- une température du superviseur,
- une température au voisinage de la cible à traiter,
- Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le superviseur (40) est configuré pour modifier en temps réel le signal de commande en fonction d’une température ambiante, d’une température mesurée au voisinage d’une diode, et d’une distance entre une diode et la cible, de sorte que les signaux lumineux émis par les diodes apportent un niveau d’énergie déterminé au niveau de la cible.
- Dispositif (1) selon l’une des revendications précédentes, comprenant une pluralité de diodes électroluminescentes (10) disposées selon une pluralité de rangées parallèles, dans lequel le pas entre deux diodes consécutives d’une rangée et le pas entre deux rangées consécutives sont déterminés de sorte que la fluence émise au niveau d’un plan parallèle au plan des diodes et situé à une distance déterminée entre les diodes et la cible soit homogène.
- Dispositif (1) selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre une mémoire (30) stockant, pour un ensemble de traitements, un ensemble de paramètres relatifs aux signaux lumineux à émettre, et/ou une interface Homme-Machine (20) adaptée pour recevoir un ensemble de paramètres relatifs aux signaux lumineux à émettre d’un opérateur.
- Dispositif (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chaque diode électroluminescente (10) émet dans une plage de longueurs d’onde comprise entre 200 et 800 nm.
- Dispositif (1) selon l’une des revendications précédentes, le dispositif étant adapté pour émettre des signaux lumineux d’une fréquence comprise entre 0 et 10000 Hz, par exemple compris entre 2 et 100 Hz.
- Dispositif (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chaque circuit d’alimentation (50) de diode électroluminescente comprend au moins un transistor à effet de champ à grille métal oxyde et une source de courant continu reliée à la source du transistor, le signal de commande généré par le superviseur étant relié à la grille du transistor.
- Dispositif (1) selon l’une des revendications précédentes, comprenant au moins un module d’éclairage (90) comprenant au moins une diode (10) et un circuit d’alimentation de la diode (50), le module d’éclairage comprenant en outre un dissipateur thermique (92) adapté pour évacuer la chaleur générée par la ou les diodes (10).
- Dispositif (1) selon la revendication précédente, comprenant un boîtier (100) formé par un ensemble de parois (120), le boîtier comprenant une cavité (110) dans laquelle une cible à traiter peut être placée, et un compartiment (130) adjacent à la cavité (110), logeant ledit superviseur (40) et chaque module d’éclairage (90), dans lequel chaque module d’éclairage (90) est monté de manière amovible dans le compartiment (130).
- Dispositif (1) selon la revendication précédente, dans lequel le boîtier (100) comprend une paroi frontale ou latérale (121) comportant une fenêtre d’accès (122) au compartiment (130) logeant chaque module d’éclairage (90), ladite fenêtre d’accès (122) étant dimensionnée de manière à permettre l’insertion et le retrait d’un module d’éclairage (90) au travers de la fenêtre,
et le compartiment et chaque module d’éclairage comprennent des connecteurs mécaniques (93, 94, 103, 104) adaptés pour permettre le montage et le démontage d’un module d’éclairage au travers de la fenêtre (122). - Dispositif selon la revendication 14, dans lequel le compartiment comprend au moins un pion ou orifice de centrage d’un module d’éclairage et au moins une targette de fixation dudit module au compartiment.
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
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| S. EICHHORN BILODEAU ET AL.: "An update on Plant Pho-tobiology and Implications for Cannabis Production", FRONT. PLANT SCI., vol. 10, 2019, pages 296 |
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