WO2008046990A1

WO2008046990A1 - Dispositif d'analyse fluidique, dispositif de détermination de caractéristiques d'un fluide comprenant ce dispositif d'analyse, procédés de mise en oeuvre et procédé de criblage correspondants

Info

Publication number: WO2008046990A1
Application number: PCT/FR2007/001669
Authority: WO
Inventors: Annie Colin; Arash Dodge; Pierre Guillot; Matthieu Guirardel
Original assignee: Rhodia Operations; Universite De Bordeaux 1
Priority date: 2006-10-13
Filing date: 2007-10-12
Publication date: 2008-04-24
Also published as: EP2076754A1; FR2907226B1; US20100042339A1; JP2010506186A; FR2907226A1

Abstract

Ce dispositif d'analyse fluidique comprend : - une plaquette (2) - au moins un canal d'écoulement (4) ménagé dans cette plaquette - des moyens (18) d'amenée d'un fluide dans le canal d'écoulement - au moins deux moyens d'analyse (28', 28'', 361, 362, 46) propres à analyser un échantillon de composition unique dudit fluide.

Description

DISPOSITIF D'ANALYSE FLUIDIQUE, DISPOSITIF DE

DETERMINATION DE CARACTERISTIQUES D'UN FLUIDE COMPRENANT CE DISPOSITIF D'ANALYSE, PROCEDES DE MISE EN ŒUVRE ET PROCEDE DE CRIBLAGE CORRESPONDANTS

La présente invention concerne un dispositif d'analyse fluidique, un dispositif permettant de déterminer des caractéristiques d'un fluide, comprenant un tel dispositif d'analyse, des procédés de mise en œuvre de ces dispositifs, ainsi qu'un procédé de criblage correspondant.

L'invention vise le traitement de tous types de fluides, a savoir non seulement d'un fluide pur, mais également d'une formulation, à savoir d'un système chimique fluidique formé de différents composants. L'invention vise plus particulièrement, mais non exclusivement, le traitement d'une formulation de type binaire, ternaire, ou quaternaire, voire d'ordre encore supérieur, dont les fractions des différents composants sont susceptibles de varier.

Les caractéristiques d'un fluide, susceptibles d'être déterminées conformément à l'invention, sont de plusieurs types. A titre non limitatif, on citera notamment des caractéristiques physico-chimiques telles que la viscosité, ou encore électriques, telles que la conductivité . On citera également les caractéristiques optiques, relatives à l'apparence visuelle du fluide, notamment en ce qui concerne la présence ^"éventuelle de phases différentes, de complexes, ou de cristaux. Ces caractéristiques peuvent notamment être les conséquences d'interactions et/ou d'arrangements d'un composant de la formulation avec lui- même ou d'un ou plusieurs composants avec un ou plusieurs autres. Ainsi il existe des fluides dits complexes, comprenant un vecteur comme de l'eau et d'autres ingrédients, dont les ingrédients s'arrangent entre eux de manière définie, le cas échéant sous l'action d'un paramètre extérieur, par exemple sous forme de micelles de formes plus ou moins complexes, de phases lamellaires, de phases précipitations, de gels physiquement et/ou chimiquement réticulés, et dont on veut évaluer certaines caractéristiques. Les caractéristiques peuvent notamment être évaluées dans un but applicatif pour concevoir de nouvelles formulations.

De façon habituelle, lorsque l'on souhaite accéder à une gamme de composition visée d'une formulation, à savoir celle appropriée à une utilisation désirée, on procède de façon systématique. A cet effet, il s'agit de préparer successivement plusieurs échantillons de fluide, de différentes compositions, et de réaliser des mesures, en un nombre correspondant a celui des échantillons primitivement préparés. On conçoit que cette démarche implique certains inconvénients, en particulier dans la mesure où elle se révêle très longue à mettre en œuvre.

L'invention vise à remédier plus particulièrement à cet inconvénient .

A cet effet, elle a pour objet un dispositif d'analyse fluidique selon la revendication 1 annexée.

D'autres caractéristiques avantageuses de ce dispositif font l'objet des revendications 2 à 23 annexées.

L'invention a également pour objet un dispositif de détermination de caractéristiques d'un fluide, selon la revendication 24 annexée.

L'invention a également pour objet un procédé de mise en œuvre du dispositif d'analyse ci-dessus, selon la revendication 25 annexée.

D'autres caractéristiques avantageuses de ce procédé dont l'objet des revendications 26 à 29 annexées. L'invention a enfin pour objet un procédé de criblage de plusieurs fluides, selon la revendication 30 annexée.

D'autres caractéristiques avantageuses de ce procédé de criblage font l'objet des revendications 31 et 32 annexées.

L'invention va être décrite ci -après, en référence aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, dans lesquels :

- la figure 1 est une vue de face, illustrant de façon schématique un dispositif d'analyse appartenant à un dispositif de détermination de caractéristiques d'un fluide, conforme à l'invention ;

- la figure 2 est une vue de face, illustrant des moyens de préparation de différentes formulations, destinés à être associés au dispositif d'analyse de la figure 1 ;

- la figure 3 est une vue en coupe transversale, illustrant un microcanal ménagé dans une plaquette appartenant au dispositif d'analyse de la figure 1 ;

- les figures 4 et 5 sont deux vues de faces, analogues à la figure 1 mais à plus grande échelle, illustrant la mise en œuvre du dispositif de détermination de caractéristiques conforme à l'invention ;

- la figure 6 est une vue en coupe transversale, illustrant une variante de réalisation des moyens d'analyse optique conformes à l'invention ;

- la figure 7 est une vue de face, analogue à la figure 1, illustrant une variante de réalisation d'un dispositif de détermination de caractéristiques conforme à l'invention ; et la figure 8 est une vue en perspective, illustrant de façon plus précise un tronçon de mesure de la conductivité, appartenant au dispositif de la figure 7.

Le dispositif de détermination conforme à l'invention comprend tout d'abord un dispositif d'analyse, plus particulièrement illustré sur la figure 1. Le dispositif d'analyse comprend tout d'abord une plaquette 2, réalisée à partir de verre, dans laquelle sont ménagés différents microcanaux, selon des procédures qui vont être décrites plus en détail dans ce qui suit. Sur la figure 1, les microcanaux gravés dans la plaquette 2 sont représentés en traits épais, alors que les tubes reliés à ces microcanaux sont représentés en traits plus fins.

Dans l'exemple illustré, la section caractéristique de ces microcanaux est typiquement comprise entre 100 μm² (par exemple 10 μm par 10 μm) et 1 mm² (par exemple 1 mm par 1 mm) . De manière typique, cette dimension provoque un écoulement sensiblement laminaire au sein de ces microcanaux, avec un nombre de Reynolds nettement inférieur à 100. A titre indicatif, en vue d'illustrer les propriétés de ces microcanaux, on citera l'ouvrage de Stéphane COLIN, microfluidique (traitée EGEM série microsystèmes, aux Editions HERMES SCIENCES PUBLICATION) .

On notera cependant que, à titre de variante, l'invention trouve également son application à des canaux d'écoulement de type millifluidique, à savoir dont la section transversale est supérieure aux valeurs mentionnées ci-dessus. Ainsi, la section transversale de ces canaux millifluidiques peut atteindre une valeur voisine de 25 mm², soit par exemple 5 mm par 5 mm.

De façon plus précise, un premier microcanal, dénommé microcanal d'écoulement 4, est tout d'abord creusé dans la plaquette 2. Ce microcanal 4, qui s'étend horizontalement sur cette figure 1, possède une entrée 4' et une sortie 4''. Sa longueur, notée L, est par exemple comprise entre 5 mm et 3m, de préférence entre 1 cm et 10 cm.

Un microcanal dérivé 6 est piqué sur le microcanal d'écoulement 4, au voisinage de l'entrée 4' de ce dernier. Ce microcanal dérivé 6, qui présente une branche verticale €χ et une branche horizontale 6₂, est associée à une sortie 6' ' .

Le dispositif de détermination conforme à l'invention comporte également des moyens de préparation de différentes formulations, représentés de façon schématique sur la figure 1, où ils sont affectés de la référence M, et illustrés plus en détail sur la figure 2. Ces moyens de préparation M comprennent tout d' abord différentes seringues 8, au nombre de trois sur la figure 2, qui sont associées à des pousse-seringues 10. Ces seringues et ces pousse-seringues sont de type connu en soi, de sorte qu'ils ne seront pas décrit plus en détail dans ce qui suit.

Chaque seringue 8 est mise en communication avec un tube correspondant 12, qui débouche dans un organe de mélange 14. Ce dernier comporte une chambre 16, pourvue de plusieurs entrées 16' qui sont reliées aux tubes 12, ainsi qu'une sortie 16'', associée à un tube d'amenée 18 s' étendant en direction de l'entrée 4' du microcanal d'écoulement 4. Enfin, la chambre 16 reçoit un organe d'agitation 20, de type connu en soi, qui est par exemple de nature magnétique.

En référence à nouveau à la figure 1, les sorties respectives 4'' et 6'' des microcanaux 4 et 6 sont reliées à des tubes d'évacuation 22 et 24, qui débouchent eux-mêmes dans un récipient 25 de collecte des effluents. Ces deux tubes 22 et 24 sont associés à une électrovanne 26, pourvue de deux entrées 26' et 26' ' , dont chacune est placée sur un tube respectif 22 ou 24.

Deux capteurs de pression 28' et 28'', de type connu en soi, sont prévus au voisinage respectivement de l'entrée 4' et de la sortie 4'' du microcanal d'écoulement 4. On note 30' et 30'' les points, respectivement amont et aval, en lesquels sont disposés ces capteurs. Ces derniers sont en outre reliés à un ordinateur de traitement 34.

Dans une zone médiane du microcanal d'écoulement 4, située entre les points précités 30' et 30'', le dispositif de l'invention est pourvu de moyens d'analyse de la conductivité. Ces derniers comprennent deux électrodes 36χ et 36₂, dont chacune possède un plot 38i, 38₂ prolongé par une branche 40i, 4O₂ en forme de T.

Différents doigts 42i, 42₂ s'étendent à partir de ces branches 40i, 4O₂, de façon alternée. En d'autres termes, un doigt relié à une branche considérée est entouré par deux doigts reliés à l'autre branche. Les électrodes 36i et 36₂ sont reliées à l'ordinateur 34, de façon non représentée.

Le matériau constitutif des électrodes 36i et 362 est par exemple un dépôt d'or sur un dépôt de chrome, ou un dépôt de platine sur un dépôt de tantale possédant une épaisseur de quelques dizaines de nanomètres et une largeur entre 10 et 500 micromètres, ou microns. Les plots 38i et 38₂ de ces électrodes sont reliés à un impédancemètre 44, de type connu en soi, qui est lui-même relié à l'ordinateur de traitement 34.

Le dispositif selon l'invention est pourvu de moyens d'analyse autres que l'analyse de la viscosité.

Il peut par exemple s'agir de moyens d'analyse spectroscopique, par exemple par fluorescence des rayons X, par diffusion des rayons X, spectroscopie UV, spectroscopie Infra-rouges, spectroscopie Raman.

Le dispositif conforme à l'invention peut être notamment être pourvu de moyens d'analyse thermique, par exemple de type calorimétrie.

Le dispositif conforme à l'invention peut être notamment être pourvu de moyens d' analyse de la conductivité. Le dispositif conforme à l'invention peut être notamment pourvu de moyens d'analyse optique. Il peut notamment s'agir d'une mesure de la diffusion de la lumière, de diffusion dynamique de la lumière, de biréfringence, ou de turbidité. On peut également réaliser une analyse thermique, par exemple de type calorimétrie.

Les moyens d'analyse optique comprennent un microscope 46, représenté de façon schématique, qui est muni de deux polariseurs, de type connu en soi. Ces deux polariseurs sont placés de part et d'autre de la branche horizontale 6₂ du microcanal dérivé 6, en vue de la mise en œuvre du dispositif de l'invention, comme on le verra plus en détail dans ce qui suit. On note Z la zone d'observation du microscope 46, qui est lui-même associé à un appareil photographique non représenté, relié à l'ordinateur de traitement 34 de manière également non représentée.

La figure 3 illustre une vue en coupe de la plaquette 2, faisant également apparaître le microcanal d'écoulement 4 ainsi qu'une des électrodes 36i.

La plaquette 2 est réalisée à partir d'une première plaque de verre 2_lt sur laquelle est rapportée l'électrode 36i. A cet effet, on rapporte tout d'abord différentes couches de chrome, d'or et d'une résine de type NOA 81. Puis on enlève, par tout procédé approprié, une partie des trois couches ainsi déposées, de manière à laisser subsister uniquement l'électrode 36i à la surface de la plaquette 2i.

Puis, on ménage dans la plaquette 2χ différents orifices d'accès, dont seuls deux 4χ et A₂ sont représentés, par une méthode connue en soi de projection de sable. Ces orifices, qui présentent une forme de cône, sont creusés depuis le côté de la plaquette où sont présentes les électrodes. Puis, on rapporte une plaquette supérieure 2₂ à distance de la plaquette inférieure 2χ, avec interposition de deux entretoises latérales, également réalisées en verre, ce qui permet de déterminer la hauteur des canaux. On remplit l'espace intercalaire existant entre les deux plaquettes au moyen d'une résine de type NOA 81, puis on introduit un masque transparent photolithographique, qui contient le dessin du réseau de canaux.

Puis, on polymérise cette résine, en lui transférant le dessin de canaux précité. On enlève enfin les entretoises non représentées, de sorte que les parois latérales du microcanal 4 sont formées par les portions 3χ et 3₂ de la résine polymérisée.

L'utilisation du dispositif conforme à l'invention décrit ci-dessus, va maintenant être explicitée dans ce qui suit.

On suppose qu'on souhaite traiter un fluide constitué de plusieurs composants. Il s'agit par conséquent, dans un premier temps, de réaliser cette formulation avant de l'admettre à l'entrée 4' du microcanal d'écoulement 4.

A cet effet, les différents composants sont délivrés, par l'intermédiaire des seringues 8, en direction de la chambre 16 de l'organe de mélange 14. On notera que, de manière habituelle, plus le débit d'un composant donné est élevé, plus sa concentration au sein de la formulation finale est également élevée. La présence de l'agitateur 20 contribue à homogénéiser les différents composants de sorte que, en aval de la chambre 16, le tube 18 permet de délivrer une formulation bien mélangée dans le microcanal d'écoulement 4.

Cette formulation s'écoule alors dans ce microcanal 4, selon un débit compris entre 1 μl/h et 10 ml/min, notamment entre 10 μl/h et 1 ml/min. Au début de cette phase d'écoulement, l'entrée 26' de la vanne d'écoulement 26 est ouverte, alors que l'entrée 26'' de cette dernière est fermée, de sorte que le fluide s'écoule uniquement dans le microcanal 4 mais pas dans celui 6. On réalise alors des mesures simultanées de viscosité et de conductivité .

Pour l'analyse de la viscosité, on utilise les deux capteurs 28' et 28'' qui délivrent, de façon connue en soi, une tension qui est fonction de la pression exercée sur un matériau piézorésistif . L'ordinateur 34, auquel est transmise cette mesure, convertit alors cette tension en une pression différentielle, de manière également connue en soi. Ainsi, les capteurs envoient des tensions électriques à l'ordinateur, qui les multiplient par un facteur donné, propre à ces capteurs, ce qui permet d'accéder à la pression de chaque capteur. On soustrait finalement une pression à l'autre pression, ce qui donne la différence de pressions entre les deux capteurs.

Par calcul mathématique, l'ordinateur détermine alors la viscosité du fluide s' écoulant dans le microcanal 4. Ce calcul de la viscosité fait intervenir différents paramètres qui sont, soit fixés a priori, soit déterminés en temps réel. Cette viscosité dépend en particulier de la nature de la section du microcanal 4.

Ainsi, dans le cas où ce microcanal 4 est de section rectangulaire, la viscosité η est égal à :

où H est égal à la hauteur de la section du microcanal, w est la largeur du microcanal, ΔP est la pression différentielle déterminée par l'ordinateur 34, comme vu ci- dessus, Q est égal au débit de fluide dans le microcanal 4, et 1_ est égale à la distance entre les points amont 30' et aval 30" .

Dans le cas d'un microcanal d'écoulement 4 de section circulaire, la viscosité η est donnée par la formule : η = ΔP*π*R⁴/ 8Ql_^, où R est le rayon du microcanal, ΔP, Q et 1 étant définis ci-dessus.

La mesure de conductivité est obtenue grâce aux électrodes 36i et 36₂, associées à l'ordinateur de traitement 34. Les électrodes sont reliées à un impédance mètre qui mesure l'impédance du fluide en Siemens en considérant un circuit en parallèle. La réponse des électrodes est par ailleurs calibrée, de façon classique, pour accéder à la conductivité réelle. L' impédancemètre mesure la résistance R du fluide, puis l'ordinateur effectue le calcul inverse 1/R, à savoir la valeur de conductivité.

Outre les mesures de viscosité et de conductivité, il s'agit de réaliser une mesure optique de l'échantillon de fluide s' écoulant dans le dispositif. Il est à noter que les différentes mesures listées ci-dessus, à savoir de viscosité, de conductivité et de nature optique, peuvent être mises en œuvre dans un ordre quelconque.

Afin de réaliser la mesure optique, comme l'illustrent les figures 4 et 5, on change tout d'abord l'état des entrées 26' et 26'' de l' électrovanne 26. Dans ces conditions, l'entrée 26' est désormais fermée, alors que l'entrée 26'' est désormais ouverte, comme représenté à la figure 4. Ceci permet alors de remplir le microcanal dérivé 6 au moyen de l'échantillon de fluide à étudier, tout en arrêtant l'écoulement dans le microcanal 4. Ce fluide est donc désormais présent au droit de la zone d'observation Z.

Puis, comme le montre la figure 5, on bascule à nouveau l'état des entrées 26' et 26'', de sorte que l'entrée 26' se trouve à nouveau ouverte et l'entrée 26'' à nouveau fermée. On laisse alors le fluide présent dans le canal dérivé 6 se stabiliser, en observant une période correspondante de stabilisation dont la durée est par exemple comprise entre 1 et 60 secondes.

Au terme de cette période, le fluide est sensiblement immobile, ce qui garantit une grande précision à la mesure optique qui est alors réalisée. Les déplacements du fluide lors des différentes opérations, décrites ci-dessus, sont matérialisés par les flèches fi et f₂. Il est à souligner que le fait de remplir le canal dérivé, de façon indépendante, permet d'utiliser une quantité réduite du fluide à traiter.

L'appareil photographique couplé au microscope assure alors, de manière connue en soi, la prise de vue de l'échantillon de fluide au travers de la zone d'observation Z. On notera que les deux polariseurs, utilisés dans cette mise en œuvre, autorisent une différentiation visuelle des phases. On rappelle qu'un polariseur filtre la lumière et ne laisse par conséquent passer qu'une seule composante de celle-ci, dans un sens bien défini.

Par conséquent, en plaçant un polariseur de chaque côté du canal dérivé 6, de manière croisée, on empêche toute lumière de passer lorsque le fluide a une structure homogène. En revanche, lorsque le fluide présente une structure non homogène, notamment de type lamellaire et/ou sphérulitique, il est possible d'observer des variations lumineuses en microscopie .

Au terme de la mise en œuvre des étapes décrites ci- dessus, on a pu déterminer trois caractéristiques du fluide à étudier, à savoir sa viscosité, sa conductivité et son aspect visuel.

On recommence alors la suite d'étapes présentées ci- dessus, en analysant une formulation présentant les mêmes composants initiaux, mais dans des proportions différentes. A cet effet, on modifie le débit de ces composants admis dans la chambre de mélange 16, via les tubes 12.

De manière itérative, on réalise ces mêmes étapes pour toute une gamme de proportions des composants de base de la formulation. Au terme du procédé de criblage ainsi mis en œuvre, on peut alors identifier au moins une composition intéressante de cette formulation en fonction de l'application visée.

La figure 6 illustre une variante de réalisation de l'invention, concernant plus particulièrement des moyens d'analyse optique.

On retrouve, sur cette figure 6, la plaquette 2 représentée de façon partielle, ainsi qu'un tronçon de la branche horizontale 6₂ du microcanal dérivé 6. Il est en outre prévu un support 55, propre à être solidarisé sur la plaquette 2 par tout moyen approprié, notamment par emboîtement. Ce support 55, en forme de U, présente deux ailes 55i et 55₂ qui coiffent le bord de la plaquette 2.

L'une 55χ de ces ailes supporte une source lumineuse 56χ, par exemple de type LED (Light Emitting Diode) ou laser, alors que l'autre aile 55₂ supporte un détecteur d'intensité lumineuse 56₂, par exemple de type photodiode. La source 56i et le détecteur 56₂ sont placés en regard, de part et d'autre de la branche β₂.

De plus, deux polariseurs croisés 58i et 58₂, de type connu en soi, sont intercalés entre la plaquette et chaque aile 55i et 55₂ du support 55. Ces polariseurs sont par exemple solidarisés sur le support, par tout moyen approprié. Le détecteur 56₂ est relié à un ordinateur non représenté, permettant la récupération du signal provenant de ce détecteur, ainsi que son traitement informatique.

Le mode de réalisation de la figure 6 permet d'accéder, de manière connue en soi, à des valeurs de biréfringence du fluide s' écoulant dans le microcanal 6. A titre de variante non représentée, on peut ne pas faire appel aux polariseurs 58i et 58₂. Dans ces conditions, il est alors possible d' accéder à des valeurs de turbidité de ce fluide.

Le mode de réalisation de la figure 6 présente des avantages spécifiques. Ainsi, il présente tout d'abord une structure mécanique simple, puisque le support 55 pourvu des moyens optiques 56i et 56₂ peut être rapporté sur la plaquette, notamment de façon amovible. De plus, l'utilisation d'une source lumineuse, associée à un détecteur d'intensité lumineuse, permet d'obtenir un signal en continu.

La figure 7 illustre une variante de réalisation de l'invention. Sur cette figure, le tube d'amenée 18 débouche dans un organe tubulaire d'écoulement 102, dont le volume intérieur forme un canal d'écoulement 104, dont, les dimensions sont analogues à celles du canal 4 ménagé dans la plaquette 2.

Au sens de l'invention, un tel organe d'écoulement tubulaire est un organe d'écoulement allongé de section fermée, dont le profil transversal peut présenter tout type de forme, en particulier ovale ou carré. Ainsi, contrairement au premier mode de réalisation, un tel organe n'est pas ménagé dans un corps massif. Le canal d'écoulement du fluide à analyser est par conséquent formé par le volume intérieur de l'organe d'écoulement tubulaire.

Cet organe d' écoulement tubulaire 102 présente différents tronçons, permettant des types d'analyse différents. On retrouve ainsi un premier tronçon 102i qui débouche dans un raccord 105i, relié à un deuxième tronçon 102₂, permettant la mesure de la conductivité, qui est illustré plus précisément à la figure 8. Ce tronçon est^' formé de deux électrodes concentriques, dont l'électrode interne 136i est une aiguille réalisée par exemple en acier inoxydable. Par ailleurs, l'électrode externe 1362, qui forme la paroi extérieure du tronçon 102_2/ est également réalisée en acier inoxydable. Ces deux électrodes 136i et 136₂ sont maintenues l'une par rapport à l'autre grâce au raccord 105i et à une jonction 105₂ en forme de T.

Les électrodes 136i et 136₂ sont reliées à un ordinateur de traitement, non représenté. De la même façon qu'expliqué en référence au premier mode de réalisation, l'écoulement du fluide au voisinage de ces deux électrodes permet de déterminer une valeur de conductivité.

L'extrémité ouverte de la jonction 105₂ est reliée à un capteur de pression 128, analogue à ceux 28' et 28'' du premier mode de réalisation. Le second mode de réalisation diffère de celui décrit en référence à la figure 1, en ce qu'il est prévu un unique capteur de pression, dans la mesure où on tire également parti de la pression atmosphérique .

Ainsi, si on suppose que l'organe tubulaire 102 est de section circulaire, la viscosité η est donnée par la formule suivante, déjà présentée dans ce qui précède : η = ΔP*π*R⁴/8Ql, où R est le rayon de l'organe tubulaire 102, ΔP est la différence de pressions entre la pressions Pi mesurée par le capteur 128 et la pression atmosphérique, Q est égal au débit de fluide dans l'organe tubulaire 102, alors que .1 est égale à la distance entre le point où est implanté le capteur 128 et la sortie 102'' de l'organe tubulaire 102.

Enfin, en aval de la jonction en forme de T, l'organe d'écoulement tubulaire 102 comprend un troisième tronçon, réalisé sous forme d'un tube 102₃ en une matière plastique perméable aux rayons X. Ce tube est ainsi, par exemple, réalisé en KAPTON. Ce tronçon 102₃ est associé à un analyseur optique 146, utilisant un faisceau de rayons X 146i. Ceci permet de réaliser une prise de vue de l'échantillon de fluide au travers du tube 102₃.

L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés.

Ainsi, on peut tout d' abord -prévoir, au moyen de l'un ou l'autre des dispositifs décrits dans les figures précédentes, de réaliser uniquement une analyse de viscosité. Dans ces conditions, l'invention a alors pour objet un dispositif d'analyse fluidique comprenant au moins un canal d'écoulement, ménagé dans une plaquette et/ou formé par le volume intérieur d'un organe tubulaire, des moyens d'amenée de ce fluide dans ce canal, ainsi qu'un moyen d'analyse de la viscosité du fluide.

On peut également prévoir qu'une première partie du canal d'écoulement est ménagée dans une plaquette, comme à la figure 1, alors qu'une autre partie de ce canal est formée par le volume intérieur d'un tube, comme aux figures 7 et 8. Ainsi, on peut par exemple réaliser les analyses de viscosité et de conductivité au sein de la plaquette, et l'analyse optique au sein du tube.

On peut également prévoir de munir le dispositif de détermination conforme à l'invention, de moyens de chauffage. Ces derniers, qui sont par exemple de type classique, sont associés à la plaquette ou au tube, et/ou aux moyens de mélange.

A titre de variante supplémentaire, non représentée, on peut identifier la présence de phases différentes, à partir de l'analyse de la conductivité. Ainsi, en observant une éventuelle instabilité de la valeur de conductivité, il est possible de conclure à la présence de phases différentes, notamment de bouchons, tels que des gouttes ou des bulles.

L'invention permet de réaliser une analyse de viscosité, de manière à accéder en particulier à la viscosité en fonction de la composition d'une formulation, et/ou en fonction d'une d'un cisaillement appliqué à la formulation, et/ou en fonction de la température et/ou en fonction d'un vieillissement.

L'invention permet également de réaliser une autre analyse, par exemple une analyse spectrométrique, optique, calorimétrique et/ou conductimétrique.

Les différentes opérations, décrites ci-dessus, peuvent être contrôlées par un moyen informatique, de type ordinateur. Dans ces conditions, on programme au moyen de cet ordinateur les différentes formulations, ainsi que le pilotage des pousses-seringues en vue d'assurer automatiquement cette séquence de formulation.

Par ailleurs, on réalise une acquisition automatique des mesures obtenues par les capteurs de pressions, ainsi que le calcul de la viscosité pour chaque formulation. On met également en œuvre une acquisition automatique des images et des mesures de conductivité . L'ensemble des informations ainsi obtenues est stocké dans un fichier de résultats .

L'invention permet d'atteindre les objectifs précédemment mentionnés.

En effet, les différents moyens d'analyse, dont est équipé le dispositif de l'invention, permettent d'obtenir de manière rapide plusieurs mesures d'un échantillon de fluide (une formulation) , présentant une même composition. Par ailleurs, la composition du fluide à étudier peut être modifiée, de façon simple et rapide.

L'invention peut donc être mise en œuvre dans le cadre de la conception de nouveaux produits destinés à être utilisés à titre d'ingrédient dans des formulations. L'invention peut également être mise en œuvre dans le cadre de la conception de nouvelles formulations comprenant des nouvelles associations d'ingrédients (ou des associations dans de nouvelles quantités) .

Dans ces conditions, le procédé de criblage susceptible d'être mis en œuvre conformément à l'invention est nettement plus avantageux que ceux de l'état de la technique, dans la mesure ou il s'accompagne d'une rapidité d'exécution considérablement améliorée. A cet égard, on peut considérer qu'un tel procédé de criblage peut être mis en œuvre entre 2 et 10 fois plus rapidement que dans l'art antérieur.

Enfin, on notera que, grâce à l'invention, une quantité restreinte de fluide est utilisée. Ceci est avantageux, non seulement en termes économiques, mais également en termes environnementaux, ainsi qu'en termes de sécurité pour l'utilisateur.

L'invention peut, selon une autre application, être mise en œuvre dans le cadre d'un contrôle de production industrielle.

Le dispositif est particulièrement utile pour identifier et/ou concevoir des composés et ou formulations utiles dans les domaines suivants: formulations de revêtements, par exemples des peintures formulations de fluides pour l'extraction de pétrole et/ou de gaz

- des formulations mises en oeuvre dans le bâtiment et les travaux publics

- formulations cosmétiques, notamment comprenant des phases structurées, en particulier des liquides à phases structurées de tensioactifs ("SSL" Structured Surfactant Liquids) formulations détergentes pour les soins domestiques, notamment comprenant des phases structurées,

- formulations phytosanitaires, des formulations d ' encapsulation et/ou de protection et/ou de libération de composés actifs, notamment dans les domaines de la pharmacie et/ou de la santé animale.

L'invention est particulièrement avantageuse pour l'étude des tensioactifs, des polymères et/ou des formulations, souvent des formulations aqueuses, comprenant un ou plusieurs tensioactif (s) , et/ou un ou plusieurs polymère (s) et le cas échéant d'autres additifs tels que des sels. Dans le cas des analyses de viscosité et de conductimétrie et d'optique, notamment des analyses de biréfringence sous lumière polarisée, l'invention peut très avantageusement être utilisée pour étudier et/ou concevoir des formulations structurée comprenant une association de plusieurs tensioactifs, éventuellement au moins un polymère et éventuellement des sels. En particulier elle permet d'identifier des systèmes à base de tensioactifs et/ou de polymères présentant:

- une rhéologie onctueuse appréciée des consommateurs,

- une faculté de mise en suspension et/ou la stabilisation de particules solides, liquides ou gazeuses, et/ou de phases liquides constituant des rayures ou autres formes géométriques, dans une formulation aqueuses, les liquides pouvant être notamment des huiles. Elle permet en outre d'identifier des systèmes aqueux de tensioactifs structurés comprenant éventuellement des sels, présentant un taux de structuration efficace (par exemple avec au moins 40% en volume de phases structurées, de préférence au moins 75%, encore de préférence au moins 95%), avec une rhéologie appropriée, un pouvoir de suspension (un seuil rhéologique) approprié. Sans vouloir être lié à une quelconque théorie, on pense que la structuration est due à la formation d'arrangements de phases sphérulitiques et/ou lamellaires (observables par des moyens optiques) qui modifient la rhéologie, la conductivité (en incorporant dans la structure plus ou moins de sels et/ou d'eau et/ou en modifiant la mobilité de ces espèces). L'invention permet d'identifier de manière simple et rapide de tels systèmes ou d'obtenir de informations pouvant suggérer des modifications de formulation à effectuer afin d'obtenir de tels systèmes.

Un exemple de mise en œuvre de l'invention va maintenant être décrit dans ce qui suit.

On réalise différentes formulations ternaires à partir d'une huile de silicone de viscosité 20OcP, d'eau et d'un tensioactif. On fait s'écouler ces différentes formulations dans une plaquette, dont le canal d'écoulement présente une section transversale de 1 mm par 1 mm et une longueur de 43 mm, entre deux capteurs de pression. Par ailleurs, on réalise des mesures de microscopie en polarisation croisée, ainsi que de conductivité, dans cette plaquette.

Le canal d'écoulement de cette plaquette est mis en relation avec un tube en KAPTON, dont le rayon est de 1,2 mm et la longueur de 10 cm, en vue d'une mesure de rayons X. Toutes ces mesures sont réalisées en faisant s'écouler les différentes formulations à un débit de 2 000 //1/h.

On réalise par ailleurs un micromélangeur, placé en amont, à partir de PMMA et d'une plaque structurée en acier inoxydable, en vue d'un éventuel chauffage. Un joint réalisé en VITON scelle les deux parties du mélangeur. Par ailleurs, dans la chambre, on utilise un barreau magnétique de 8 mm de longueur et de 1 mm de diamètre, tournant à une vitesse de rotation de 50 tours par minute.

Sur le tableau 1, on retrouve les valeurs de conductivité en μS (micro Siemens), placées au sein d'un diagramme ternaire. Par ailleurs, on retrouve sur le tableau 2 les valeurs de viscosité en cP, au sein de ce même diagramme. Par ailleurs, on réalise différentes prises de vue grâce au microscope en polarisation croisée associé à la plaquette. On effectue également une mesure de diffraction aux rayons X, dans le tube en KAPTON. Les résultats sont cohérents avec ceux que l'on attend dans le cadre de mesures réalisées de façon traditionnelle.

Tableau 1

TENSIOACTIF

4. 69

4. 47 4.74

4- 67 5 .34 |5- 2 6

|3.21 |3 .40 4.4E 4.83|

|3.34| 3 .64 3. 63 |3 . 35 2.54

|Ô793| [1.04 |Ô |0. 81 0.77 0.77

HUILE EAU

Tableau 2

TENSIOACTIF

2335

7203| ]2225|

|13846 E 3840 |4800

6435 9303| 6899|

139144 20585 Î8841 585 [598]

(7597 |1O12 1653 Ï6981 |1357|

HUILE EAU

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif d'analyse fluidique comprenant :

- au moins un canal d'écoulement (4) d'un fluide à analyser

- des moyens (12, 14, 18) d'amenée du fluide dans le canal d'écoulement

- un premier moyen d'analyse (28', 28'') propre à analyser la viscosité d'un premier échantillon dudit fluide, et

- au moins un autre moyen d'analyse (36i, 36₂, 46 ; 56χ, 56₂) , de nature différente dudit moyen d'analyse de la viscosité, propre à analyser ledit premier échantillon dudit fluide, ou un autre échantillon de même composition que ledit premier échantillon.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section transversale du canal d'écoulement (4) est comprise entre 100 μm² et 25 mm².

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le canal d'écoulement est un microcanal (40), dont la section transversale est comprise entre 100 μm² et 1 mm².

4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le canal d'écoulement

(4) présente une longueur (L) comprise entre 5 mm et 3 mètres, de préférence entre 1 cm et 10 cm.

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d' analyse de la viscosité comprennent un capteur de pression unique (128) placé en un point du canal d'écoulement (104).

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens d'analyse de la viscosité comprennent deux capteurs de pression (28', 28'') placés en deux points (30', 30'') distants du canal d'écoulement (4).

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est prévu au moins deux autres moyens d'analyse.

8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou les autre (s) moyen (s) d'analyse est (sont) choisi (s) parmi des moyens d'analyse de la conductivité (36_X/ 36₂) et des moyens d'analyse optique (46 ; 5G₁, 56₂) .

9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que les moyens d'analyse de la conductivité comprennent au moins deux électrodes (3G₁ , 36₂) propres à être mises en contact avec le fluide à analyser.

10. Dispositif selon les revendications 6 et 9, caractérisé en ce que les électrodes (36i, 36₂) sont placées dans une zone médiane, située entre les deux points (30', 30'') où sont placés les capteurs de pression (28', 28'').

11. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que les moyens d'analyse optique comprennent un microscope (46) comportant au moins un polariseur (48i, 48₂) placé en regard d'une zone (Z) d'observation du fluide à analyser.

12. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que les moyens d'analyse optique comprennent une source lumineuse (56]_.) et un détecteur d'intensité lumineuse (56₂) , disposés de part et d'autre d'une zone (Z) d'observation du fluide à analyser.

13. Dispositif selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce qu'il est prévu deux polariseurs (48j, 48₂ ; 58i, 58₂) disposés de part et d'autre de la zone d'observation (Z) .

14. Dispositif selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que la zone d'observation (Z) est située dans un canal dérivé (6) , raccordé au canal d'écoulement (4).

15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que la source lumineuse (56i) et le détecteur d'intensité lumineuse (562) sont montés sur un support (55), propre à être fixé, notamment de manière amovible, sur la plaquette (2) .

16. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que les moyens d'analyse optique comprennent un analyseur (146) pourvu d'un faisceau (146₁) de rayons X, qui est placé en regard d'un tronçon (IO2₃) perméable aux rayons X, bordant une partie du canal d' écoulement.

17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide a analyser est un mélange et le dispositif comporte en outre des moyens (14) de formation de ce mélange, prévus en amont du canal d'écoulement (4).

18. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que les moyens (14) de formation du mélange comprennent une chambre (16) comportant plusieurs entrées (16') en communication avec des moyens (8, 12) d'admission des composants du mélange, un organe d'agitation (20), notamment magnétique, reçu dans la chambre, ainsi qu'une sortie (16'') du fluide mélangé en direction du canal d'écoulement (4).

19. Dispositif selon la revendication 18, caractérisé en ce que les moyens (8, 12) d'admission des composants du mélange sont associés à des moyens (10) de régulation du débit de ces composants, de manière à réaliser plusieurs mélanges de composition différente.

20. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une partie du ou de chaque canal d'écoulement (4) est ménagé dans une plaquette (2) .

21. Dispositif selon les revendications 9 et 20, caractérisé en ce que les deux électrodes (36_1; 36₂) sont disposées sur une paroi de ladite plaquette (2) , bordant le canal d'écoulement (4) .

22. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisé en ce qu'au moins une partie du ou de chaque canal d'écoulement (104) forme le volume intérieur d'un organe d'écoulement tubulaire (102).

23. Dispositif selon les revendications 9 et 22, caractérisé en ce que l'une (136i) des deux électrodes est placée dans le volume intérieur d'un tronçon (102₂) de l'organe d'écoulement tubulaire (102), notamment de manière centrale, alors que l'autre électrode (136₂) forme une paroi du tronçon de cet organe d'écoulement tubulaire.

24. Dispositif de détermination de caractéristiques d'un fluide, comprenant au moins un dispositif d'analyse conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, ainsi que des moyens (34) de traitement, reliés aux différents moyens d'analyse (28', 28'', 36i, 36₂, 46), ces moyens de traitement étant propres à traiter des données provenant des moyens d'analyse en vue de la détermination de la viscosité, ainsi que d'au moins une autre caractéristique dudit fluide.

25. Procédé de mise en œuvre du dispositif d'analyse conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 23, dans lequel on fait s'écouler le fluide dans le canal d'écoulement, et éventuellement le canal dérivé (6) , et on analyse ce fluide par l'intermédiaire des moyens d'analyse (28', 28", 36i, 3β₂, 46) .

26. Procédé selon la revendication 25, caractérisé en ce qu'on fait s'écouler le fluide dans le canal d'écoulement (4), et éventuellement le canal dérivé (6), selon un débit compris entre 1 μl/h et 10 ml/min, de préférence entre 10 μl/h et 1 ml/min.

27. Procédé selon la revendication 25 ou 26, pour la mise en œuvre du dispositif d'analyse selon les revendications 12 à 21, caractérisé en ce qu'on arrête l'écoulement du fluide dans le canal d'écoulement (4), on fait s'écouler ce fluide dans le canal dérivé (6), on immobilise le fluide présent dans ce canal dérivé et on réalise une analyse optique du fluide ainsi immobilisé dans le canal dérivé.

28. Procédé de mise en œuvre du dispositif de détermination selon la revendication 25, dans lequel on analyse ledit fluide selon le procédé conforme à l'une des revendications 19 à 21, et on détermine la viscosité et au moins une autre caractéristique du fluide à partir des données fournies par les moyens d'analyse.

29. Procédé selon la revendication précédente, pour la mise en œuvre d'un dispositif de détermination selon la revendication 24 qui comprend un dispositif d'analyse selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'on détermine une différence de pressions (ΔP) entre, soit les pressions mesurées par les deux capteurs de pression (28', 28''), soit la pression mesurée par le capteur de pression unique (128) et la pression ambiante, et on déduit la viscosité du fluide à partir de cette différence de pressions, en utilisant les valeurs d' au moins une caractéristique géométrique du canal d'écoulement, notamment sa hauteur et/ou sa largeur et/ou son rayon, du débit (Q) de fluide s' écoulant dans le canal, et de la distance séparant, soit les deux capteurs de pression, soit le capteur de pression unique et la sortie (102'') du canal d'écoulement.

30. Procédé de criblage de plusieurs fluides, dans lequel on prépare lesdits plusieurs fluides, on détermine les caractéristiques de chaque fluide selon le procédé conforme à l'une des revendications 25 à 29, et on identifie au moins un fluide préféré, présentant un ensemble d'au moins deux, de préférence d'au moins trois, caractéristiques préférées, parmi lesdits plusieurs fluides.

31. Procédé selon la revendication 30, caractérisé en ce que lesdits plusieurs fluides présentent les mêmes composants en des proportions différentes.

32. Procédé selon la revendication 30 ou 31, caractérisé en ce qu'on programme la préparation desdits plusieurs fluides par un moyen informatique, de type ordinateur, et on réalise une acquisition desdites caractéristiques, relatives aux différents fluides, par ce moyen informatique.