WO2016005702A1 - Dispositif portatif pour détecter la présence d'éléments ayant une activité glaçogène dans au moins un échantillon - Google Patents

Dispositif portatif pour détecter la présence d'éléments ayant une activité glaçogène dans au moins un échantillon Download PDF

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Cindy E. MORRIS
Jean-Marc BASTIEN
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    • G01N1/42—Low-temperature sample treatment, e.g. cryofixation

Definitions

  • the present invention relates to portable devices for detecting the presence of elements having ice-forming activity.
  • Extra pure water can be kept supercooled up to
  • water contains many elements with “ice-forming” activity, commonly referred to as “crystallization nuclei” or “ice nucleuses”, that is, elements causing a supercooling breakup of the water at negative temperatures, likely to be relatively close to 0 ° C.
  • Ice nucleuses have diverse and important roles in the environment.
  • ice nuclei trigger important processes for the formation of rain and snow, but also frost damage to overwintering plants and organisms.
  • Certain particles of biological origin are capable of causing this setting in ice water at negative temperatures close to 0 ° C (advantageously between - 10 ° C and (C).
  • Such a portable device is for example described in the document Neuner et al. ("Ice training and foliar frost resistance in attached and excised shoots Nothofagus menziesii, "New Zealand Journal of Botany, 35: 2221-227).
  • the corresponding portable device comprises for this purpose a refrigerated chamber of which:
  • a first end is open so as to allow the introduction of a plant sample
  • a second end, facing, is equipped with refrigeration means comprising a Peltier module whose cold face is associated with ventilation to generate a flow of air in said refrigerated chamber.
  • the present invention relates to a portable device for detecting the presence of elements having a gelogenic activity in at least one sample.
  • This portable device comprises a refrigeration unit which comprises:
  • said target temperature being suitable for detecting the presence of elements having a gelogenic activity in said sample or samples
  • said locations each have dimensions which are adapted, with the game, to the reception of said container consisting of a microtube.
  • Such a portable device has the advantage of allowing a detection of the presence of elements having a gelogenic activity, simultaneously in several samples.
  • This portable device also has the advantage of being autonomous, transportable and low energy consumption.
  • the locations are formed in a thermal conductive member located in the chamber (adapted to a refrigeration of said locations, in particular by thermal conduction); in this case, the thermal conductive member advantageously rests on the refrigeration means; the locations are formed, throughout their height, in said thermal conductive member, or for a lower part, within the thermal conductive member and, for an upper part, within a thermal insulating block, directly overlying said thermal conductive member;
  • the chamber is delimited, in part, by the refrigeration means; in this case, preferably, the refrigeration means comprise a module
  • Peltier which comprises: - a cold face, forming at least a part of one of the walls of the chamber, and - a hot face, external to said chamber and coupled to means for the dissipation of heat;
  • the volume of the chamber is between 100 and 200 cm 3 , and said chamber has a bottom surface of between 30 and 50 cm 2 and a height of between 3 and 4 cm;
  • the cold face of the Peltier module extends over an area of between 80 and 90 cm 2 ;
  • the chamber is devoid of means for mixing the air within said chamber
  • the portable device further comprises timing means adapted to shift the activation of the means to signal the attainment of the target temperature for a certain time;
  • the portable device comprises a pre-conditioning unit comprising: a thermally insulated chamber in which said sample or samples are intended to be introduced; means for refrigerating said chamber; means for measuring the temperature; temperature within said chamber; means for setting a target temperature within said chamber, said target temperature being higher than the target temperature set in the refrigeration unit; means for the autonomous power supply of said preconditioning unit.
  • the present invention further relates to a portable installation for detecting the presence of elements having a gelogenic activity in at least one sample, comprising:
  • the portable installation comprises: means for recording and / or analyzing the data
  • the portable installation comprises means for its movement on the ground and gripping means for its maneuver by a user.
  • the present invention also relates to a method for detecting the presence of elements having a gelogenic activity in at least one sample, by means of a portable device according to the invention, consisting of:
  • sample or samples by suspending elements having a gelogenic activity potentially present in a medium of interest by means of a sample liquid initially free of such elements having a gelogenic activity, said sample or samples being each reported in a container consisting of a microtube,
  • the sample (s) taking the ice-cream sample corresponding to the sample (s) containing elements having a glacogenic activity and, on the other hand, the sample or samples whose sample liquid remains in a liquid state, corresponding to the sample (s) lacking elements having an ice-forming activity.
  • the target temperature is advantageously between 0 ° C. and -15 ° C., preferably between -6 ° C. to -9 ° C. vs.
  • the sample or samples prepared are each packaged in a container which is attached in one of the locations; and the height of the sample is adjusted to be less than or equal to the depth of the associated location.
  • the microtube has a capacity of less than or equal to 0.5 ml, and / or the volume of sample in each microtube is between 40 and 400 ⁇ , limits included.
  • FIG. 1 is a schematic view, in a vertical sectional plane, of a refrigeration unit constituting a portable device according to the invention
  • FIG. 2 represents the refrigeration unit according to FIG. 1, in which its various structural elements are dissociated from one another;
  • FIG. 3 illustrates the refrigeration unit of Figures 1 and 2, exploded and in perspective
  • FIG. 4 schematically shows a portable installation in which is introduced the portable device according to the invention
  • FIG. 5 is a schematic view, along a vertical sectional plane, of an alternative embodiment of the refrigeration unit according to FIGS. 1 to 3.
  • the portable device according to the invention is designed to detect the presence, in at least one sample (advantageously in several samples), of elements having a gelogenic activity.
  • the portable device according to the invention makes it possible in particular to detect, in the field, the presence of elements having a glazing activity, in an autonomous and compact manner.
  • portable device is preferably meant a device adapted to be easily transported by an individual.
  • elements having a glacogenic activity is meant in particular any grain of matter that promotes the formation of ice crystals in liquid water.
  • any element capable of causing a supercooling rupture of the liquid water at negative temperatures close to 0 ° C. is understood.
  • negative temperatures close to 0 ° C is meant in particular temperatures between -15 ° C and 0 ° C, preferably between -10 ° C and 0 ° C, preferably between -9 ° C and 6 ° C, more preferably between -8 ° C and -7 ° C.
  • Such elements having a glacogenic activity are still commonly referred to, and indifferently throughout the present description, under the names of "crystallization nuclei” or “ice nucleuses”.
  • Such gelogenic nuclei may be of biological origin, such as microorganisms, debris on the surface of the leaves, particles recovered from the soil, air or water.
  • ice-forming bacteria which is selected from the following species: Pseudomonas syringae, Pseudomonas viridiflava or Xanthomonas campestris pv translucens.
  • the ice-forming activity could also be of fungal origin, due in particular to the spores of certain rusts, or other fungi.
  • the portable device advantageously allows the detection, in a sample, of an element or a mixture of elements having a gelogenic activity for a temperature less than or equal to a determined target temperature.
  • Samples to be analyzed advantageously mean any sampling (liquid or solid in a sample liquid) in the environment, in a liquid state at a temperature above 0 ° C., that is to say for example:
  • ice-forming nuclei for example of ice-forming microorganisms
  • a support for example a plant or part of a plant (leaf in particular), or
  • - biological products such as plant tissues (leaves, buds, flowers, fruits, bark, etc.) or insects, pollen, spores, litter, to detect the presence of intrinsic icogenesis activity, or
  • detecting the presence of elements having an ice-forming activity in a sample is meant in particular the approach of discrimination / distinction of the samples with respect to each other, between:
  • a sample devoid of ice nucleuses ie a sample in the liquid state at a target temperature, and a sample containing ice-forming nuclei, that is to say a sample taken in ice at said target temperature.
  • the portable device 1 comprises a refrigeration unit 2 (illustrated in Figures 1 to 3 and 5) which comprises:
  • a chamber 3 (FIGS. 1 and 5), thermally insulated, in which the sample or samples E are intended to be introduced,
  • control means 6 (FIGS. 1, 2 and 5), in particular for setting a target temperature within the chamber 3,
  • the refrigeration unit 2 according to the invention is advantageously able to reach a target temperature, negative and close to 0 ° C, which is adapted to the detection of the presence of ice nucleuses in the sample or samples reported in the room 3.
  • the chamber 3 is here laterally delimited by a thermal insulating block 31 having a through-light 32 which is closed at its two ends:
  • the thermal insulating block 31 is for example made of the following material: polyvinyl chloride (or PVC).
  • This insulating block 31 has the general shape of a frame, comprising (FIG. 2):
  • the through-light 32 advantageously comprises two successive parts:
  • the lower part 321 comprises two superimposed portions, each of parallelepiped shape, namely an upper portion 321 1 and a lower portion 3212 ( Figure 2).
  • the upper portion 321 1 has a horizontal section which is smaller than the horizontal section of the lower portion 3212.
  • the removable cover 33 is advantageously also thermal insulator, and preferably transparent, made for example in the following material: polymethylmethacrylate.
  • the chamber 3 is delimited by a thermal and monobloc insulating cowling 35 comprising an upper wall 351 extended by a peripheral frame 352.
  • This cowling 35 is advantageously made of a plastic material, comprising a honeycomb structure (diamond or honeycomb for example).
  • the surface of this cowling 35 may be covered with at least one layer of a thermal insulating material, for example a thin insulator (for example aluminum adhesive tape) and / or a low thermal conductivity foam layer (for example 0.036 W / m ° C at 25 ° C).
  • a thermal insulating material for example a thin insulator (for example aluminum adhesive tape) and / or a low thermal conductivity foam layer (for example 0.036 W / m ° C at 25 ° C).
  • the light 32 also comprises two successive parts:
  • this chamber 3 is here devoid of any means for mixing the air within said chamber 3 (for example fan).
  • the chamber 3 contains at least two locations 8, forming a rack, which are each adapted to receive one of the samples E to be analyzed.
  • the locations 8 are at least 2 in number, advantageously between 10 and 20, for example 16 in number (FIG. 3). Each location 8 has dimensions that are adapted, with the game, to receive a container containing a sample E to be analyzed, namely a microtube M ( Figures 1 and 2).
  • microtube in particular a small tube provided with a cap to be screwed or clipped, possibly monobloc.
  • a microtube is conventionally made of plastic, for example polypropylene, capable of withstanding high temperatures and low temperatures.
  • the microtube M advantageously has a capacity of less than or equal to 0.5 ml, for example chosen from 0.5 ml or 0.2 ml.
  • This microtube M preferably consists of an Eppendorf microtube, for example of the "Safe-lock” type.
  • the microtube M comprises a cylindrical upper part Ml which, on one side, has an upper opening M2 associated with a cap M3 and, on the other hand, is extended by a conical lower part M4 (FIG. 1).
  • the microtube M containing the sample E, can advantageously be used in a LINDA device as described in the document Stopelli et al. (Atmospheric Measurement Techniques, 7, 129-134, 2014).
  • the locations 8 thus each have a cylindrical upper portion 81 which is extended by a conical lower portion 82 ( Figures 2 and 5).
  • the cylindrical upper portion 81 has a diameter equal to or less than 8 mm.
  • the depth of the locations 8 is less than or equal to 30 mm, with a conical bottom portion 81 of a height less than or equal to 13.5 mm.
  • the cylindrical upper part 81 has a diameter of 7.8 mm
  • the conical bottom portion 81 has a height of 13.5 mm, with an end diameter of about 3 mm.
  • the locations 8 are formed here, at least partially, within a thermal conductive member 9.
  • These locations 8 consist of blind holes.
  • these locations 8 here consist of blind holes which are formed over their entire height within the thermal conductive member 9, emerging at an upper surface of said thermal conductive member 9.
  • the thermal conductive member 9, here monobloc, advantageously provides a direct and complete contact of the walls of the microtube M with the surface of the complementary location 8.
  • the locations 8 also consist of blind holes, which are formed:
  • thermal insulating block 1 for an upper part (advantageously the cylindrical upper part 81), within a thermal insulating block 1 1, directly above a top surface of said thermal conductive member 9.
  • the thermal conductive member 9, here also monobloc, advantageously provides a direct and partial contact with the walls of the microtube M.
  • the thermal insulating block 1 1 thus has through-holes 1 1 1, extending coaxially with blind holes 95 formed in the thermal conductive member 9.
  • This thermal insulating block 1 1 is advantageously made of a thermal insulating foam (also called “low thermal conductivity foam”).
  • This foam is preferably elastic for the effective maintenance of the microtubes M and also to facilitate the gripping of these microtubes JVI (the foam can be slightly crushed during the capture of a microtube M with the fingers).
  • this conductive member 9 is adapted to refrigeration of the surface of its locations 8, in particular by thermal conduction.
  • This thermal conductive member 9 is advantageously made of a metal material, preferably machinable, for example aluminum or aluminum alloy.
  • This thermal conductive member 9 is located in the chamber 3, reported within the lower portion 321 thereof.
  • the thermal conductive member 9, located in the chamber 3, here has a shape corresponding, with the game, to the lower part 321 of the chamber 3.
  • the thermal conductive member 9 here consists of a part comprising two superimposed parallelepipedal parts:
  • a bottom portion 91 forming a base, corresponding to the clearance near the lower portion 3212 of the chamber 3 and having a lower surface 91 1 resting on the refrigerating means 4, and
  • an upper part 92 corresponding to the play near the upper portion 321 1 of the chamber 3 and in which are provided at least partially the locations 8 (which extend here partially in the base 91) opening at an upper surface 921.
  • the lower portion 91 has a horizontal section that is greater than the horizontal section of the upper portion 92.
  • This structural feature aims to ensure a maximum contact area between the thermal conductive member 9 and the refrigeration means 4.
  • the upper part 322 of the free chamber 3 is delimited between, on the one hand, the upper surface 921 of the thermal conductive member 9 and, on the other hand, the removable cover 33.
  • the upper part 322 of the free chamber 3 is defined here between, on the one hand, the upper surface of the thermal insulating member 11 and, on the other hand, the cowling 35.
  • the refrigeration means 4 advantageously comprise a Peltier module 41.
  • Such a Peltier module is based on a phenomenon of thermoelectric cooling, able to transform into electric current into a difference in temperature.
  • Such a Peltier module which is conventional in itself, consists of a series of semiconductors having properties of the P or N type, suitably electrically connected.
  • this Peltier module 41 comprises (FIG. 2):
  • a hot face 412 which is lower, outside the chamber 3 and coupled to heat dissipation means 42, 43.
  • the cold face 41 1 of the Peltier module 41 is able to reach a negative temperature, close to 0 ° C., that is to say in particular a temperature of between -15 ° C. and 0 ° C. preferably between -10 ° C and 0 ° C, preferably between -9 ° C and -6 ° C, more preferably between -8 ° C and -7 ° C.
  • the cold face 41 1 of the Peltier module 41 here has a surface greater than the lower surface 91 1 of the thermal conductive member 9.
  • this cold face 41 1 of the Peltier module 41 is here covered by the lower surface 91 1 of the thermal conductive member 9 and, on its periphery, by the lower surface 314 of the thermal insulating block 31.
  • the thermal conductive member 9 rests on the cold face 41 1 of the refrigeration means 4 so as to generate an optimal heat transfer to the locations 8.
  • the heat dissipation means 42, 43 consist, on their sides, of a superposition of two components:
  • the chamber 3 has the following dimensional characteristics:
  • the volume of the chamber 3 is between 100 and 200 cm 3 .
  • the chamber 3 has a bottom surface of between 30 and 50 cm 2 ,
  • the cold face of the Peltier module 41 extends over an area of between 80 and 90 cm 2 .
  • the means 7 for the autonomous power supply of the portable device 1 advantageously consist of an autonomous power source, such as a 12-volt battery.
  • This battery consists for example of a lithium-ion battery, or lithium-ion battery.
  • the power supply of the portable device 1 can also be carried out directly:
  • the means 5 for measuring the temperature consist of a temperature probe, for example of the platinum resistance thermometer type (for example of the Pt 100 type).
  • This probe is advantageously arranged to directly measure the temperature of the thermal conductive member 9 in which the locations 8 are formed.
  • the portable device 1 preferably also comprises a temperature probe for measuring the temperature of the hot face 412 of the Peltier module 41. Means of command
  • the control means 6 advantageously consist of an on-board system, advantageously an autonomous system comprising electronic means and / or computer means for controlling the operation of the portable device 1, and in particular of its refrigeration unit 2 (and optionally a pre-cooling unit).
  • control means 6 comprise, for example, at least one microcontroller comprising a recording medium on which is recorded a computer program.
  • This computer program comprises program code means for the operation of the device, when said computer program is executed by the control means 6.
  • the control means 6 comprise means (not shown) for controlling the operation of the refrigeration means 4, in order to reach the desired target temperature within the chamber 3.
  • This target temperature is in practice advantageously negative and close to 0 ° C, that is to say in particular a temperature of between -15 ° C and 0 ° C, preferably between -10 ° C and 0 ° C, advantageously between -9 ° C and -6 ° C, more preferably between -8 ° C and -7 ° C.
  • the control means 6 also comprise means for signaling the attainment of said target temperature (not shown), for example in the form of visual signals (light, screen, etc.) and / or auditory (loudspeaker).
  • the control means 6 also comprise timing means (not shown), for example of the type timer means, adapted to shift the activation of the means to signal the attainment of the target temperature by a predetermined time.
  • These delay means are designed to provide a sufficient period of time (for example a few minutes) to be sure of an effective ice taking of samples E containing ice nucleuses.
  • the portable device 1 may also comprise a pre-conditioning unit (not shown), in parallel with the refrigeration unit 2.
  • Such a pre-conditioning unit can be juxtaposed with the refrigeration unit 2 in a thermal insulation envelope, in particular to facilitate the transfer between the two units.
  • the pre-cooling unit is similar to the refrigeration unit 2 described above in connection with FIGS. 1 to 3.
  • This pre-cooling unit is distinguished from the refrigeration unit 2 only in that its chamber is devoid of heat-conducting member 9 forming a rack.
  • This pre-cooling unit thus comprises:
  • means for refrigerating said chamber for example a Peltier module
  • control means for setting a target temperature within said chamber (positive and close to 0 ° C), said target temperature being higher than the target temperature set in the refrigeration unit,
  • control means 6 and the power supply means 7 are common to the refrigeration unit 1 and the pre-cooling unit.
  • Portable installation is common to the refrigeration unit 1 and the pre-cooling unit.
  • the device 1 according to the invention is advantageously intended to form part of a portable installation 10 (FIG. 4).
  • This installation 10 advantageously further comprises a unit for storing accessories suitable for the preparation of samples and / or the processing of data acquired by the implementation of the refrigeration unit 2 (not shown).
  • sample collection means pipettes, etc.
  • Accessories adapted to the processing of acquired data include for example:
  • a computer equipped with means for recording and / or analyzing the collected data and telecommunication means for the transfer of data via a telecommunication network (for example the Internet),
  • Geolocation means for example GPS type
  • the portable installation 10 comprises a container 101, for example of the box type having a closure lid, in which is reported the portable device 1 according to the invention.
  • This container 101 is advantageously sealed, especially to air and liquid (typically water or moisture).
  • This container 101 is advantageously equipped (FIG. 4):
  • - Gripping means 103 to facilitate its maneuvering by rolling on the ground, for example of the telescopic handle type.
  • the user can optionally extract the portable device 1 out of the container 101 of the portable installation 10.
  • the portable device 1 is for example deposited on a foldable work plane present in the portable installation 10.
  • the portable device 1 remains in the container 101 for its implementation.
  • the user starts the refrigeration means 4, before returning the samples E, so as to obtain a prior cooling of the chamber of the refrigeration unit 2 (and optionally the chamber of the unit of pre -cooling).
  • control means 6 advantageously provide control of the respective refrigeration means of the refrigeration unit 2 and the pre-cooling unit, so that:
  • the target temperature of the chamber 3 of the refrigerating unit 2 is advantageously between -15 ° C. and 0 ° C.
  • the target temperature of the chamber of the pre-cooling unit is advantageously between 1 ° C. and 4 ° C.
  • the cooling rate obtained with the device 1 according to the invention is advantageously between 3 ° C and 4 ° C per nfnute.
  • the target temperature of the chamber 3 of the refrigeration unit 2 is reached in less than 30 minutes (min), preferably in less than 15 minutes and more preferably in less than 10 minutes.
  • the device 1 according to the invention also makes it possible to obtain an inside / outside temperature difference of between 30 ° C. and 40 ° C. (for example -7 ° C. in the chamber 3 of the refrigeration unit 2, for 25 at 26 ° C outside).
  • the sample (s) E are prepared by suspending the potentially present ice-forming nuclei in a medium of interest consisting of a sample liquid initially devoid of such ice-forming nuclei.
  • the sample liquid initially free of ice nuclei, is able to remain in a liquid state at the target temperature.
  • This sample liquid consists for example of sterile distilled water or a sterile buffer (solution with phosphate or potassium salts for example).
  • a known mass of a medium of interest is mixed with a known volume of sterile buffers. Aliquots of 200 ⁇ . are distributed in microtubes M.
  • the samples are cut into pieces whose size is adapted to the volume of the microtubes. These pieces are weighed and deposited in the microtubes in which are then reported 200 ⁇ l of a sample liquid initially free of such icogenous nuclei.
  • the sample volume E in each microtube M is advantageously between 40 and 400 ⁇ _, advantageously between 100 and 300 ⁇ , more preferably between 100 and 250 ⁇ (limits included).
  • sample volume E in each microtube M is advantageously adjusted so that its surface extends below the upper surface 921 of the thermal conductive member 9.
  • the samples E are stored in the preconditioning unit (for example for at least 30 min), before carrying out the actual step of determining their ice-forming activity.
  • the chamber of this pre-conditioning unit is for example maintained at a temperature of between 1 ° C. and 4 ° C.
  • This step of preconditioning the samples aims to activate the ice nuclei to facilitate their detection.
  • an ambient temperature of 15 ° C., or less, for about 1 hour promotes the activation of the proteins responsible for the ice-forming activity.
  • the presence of ice nucleuses is detected by bringing the microtubes M into the locations 8 of the refrigeration unit 2.
  • the control means 6 control the refrigeration means 4 so that the temperature of the thermal conductive member 9 (rack) equilibrium with the target temperature, adapted according to the application, for taking ice samples E containing elements with ice-forming activity.
  • the target temperature is advantageously between -15 ° C. and 0 ° C., preferably between -2 ° C. and -8 ° C.
  • the samples E are incubated for a determined time at this target temperature, advantageously about 4 to 6 min.
  • the delay means advantageously shift the activation of the means to signal the attainment of the target temperature by a predetermined time.
  • control means 6 activate the means to signal the achievement of the target temperature.
  • microtubes M are extracted and observed successively (one by one) by an operator, so as to distinguish if:
  • the sampling liquid has taken up in ice, corresponding then to a sample E containing ice-forming nuclei, or -
  • the sample liquid remains in a liquid state, corresponding to a sample E devoid of ice nuclei.
  • the results and their geolocation can be transmitted in real time, according to the objectives of the analysis.
  • the portable device 1 according to the invention has various nonlimiting advantages:
  • the system is designed to be autonomous, transportable and low energy consumption.

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif portatif pour détecter la présence d'éléments ayant une activité glaçogène dans au moins un échantillon (E). Le dispositif portatif (1) comprend une unité de réfrigération (2) comportant - une chambre (3), isolée thermiquement, comportant au moins deux emplacements (8) qui sont chacun adaptés à recevoir un récipient (M) contenant l'un desdits échantillons (E), - des moyens (4) pour la réfrigération de ladite chambre (3), - des moyens (5) pour la mesure de la température, - des moyens (6) pour le réglage d'une température cible au sein de ladite chambre (3), - des moyens (7) pour l'alimentation électrique autonome de ladite unité de réfrigération (2), - des moyens (6) pour signaler l'atteinte de ladite température cible. Selon l'invention, lesdits emplacements (8) ont chacun des dimensions qui sont adaptées, au jeu près, à la réception dudit récipient (M) consistant en un microtube (M).

Description

DISPOSITIF PORTATIF POUR DETECTER LA PRESENCE D'ELEMENTS AYANT UNE ACTIVITE GLAÇOGENE DANS AU MOINS UN ECHANTILLON
DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION
La présente invention concerne les dispositifs portatifs pour détecter la présence d'éléments ayant une activité glaçogène.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
L'eau extra pure peut être maintenue en état de surfusion jusqu'à
-40 °C.
Toutefois, dans la nature, l'eau contient de nombreux éléments ayant une activité « glaçogène », couramment dénommés « noyaux de cristallisation » ou « noyaux glaçogènes », c'est-à-dire des éléments provoquant une rupture de surfusion de l'eau à des températures négatives, susceptibles d'être relativement proches de 0°C.
Les noyaux glaçogènes ont des rôles divers et importants dans l'environnement.
En particulier, en provoquant la prise en glace, les noyaux glaçogènes déclenchent des processus importants pour la formation de la pluie et de la neige, mais aussi des dégâts dus au gel sur les plantes et les organismes en hivernation.
La détection de ces noyaux glaçogènes dans l'environnement permet ainsi d'apporter divers conseils, par exemple pour gérer le risque de dégâts dus au gel ou pour enrichir des sources environnementales de micro-organismes qui peuvent être transportés aux nuages pour contribuer au processus atmosphérique.
Certaines particules d'origine biologique (micro-organismes, tissus végétaux, matière organique sur les particules de sol par exemple) sont capables de provoquer cette prise en glace de l'eau à des températures négatives proches de 0° C (avantageusement comprises entre - 10°C et (?C).
Dans le domaine du végétal, de nombreux noyaux glaçogènes se rencontrent, en particulier des souches bactériennes qui constituent un excellent initiateur de prise en glace dès -2° C telles que Pseudomonas syringae.
Pour détecter la présence de ces noyaux glaçogènes, il est intéressant de pouvoir mettre en œuvre des dispositifs portatifs destinés à être amenés sur le terrain.
Un tel dispositif portatif est par exemple décrit dans le document Neuner et al. (« Ice formation and foliar frost résistance in attached and excised shoots from seedlings and adult trees of Nothofagus menziesii », New Zealand Journal of Botany, 35:2,221 -227).
Le dispositif portatif correspondant comprend pour cela une chambre réfrigérée dont :
- une première extrémité est ouverte de sorte à permettre l'introduction d'un échantillon de plante, et
- une seconde extrémité, en regard, est équipée de moyens de réfrigération comprenant un module Peltier dont la face froide est associée à une ventilation pour générer une circulation de l'air dans ladite chambre réfrigérée.
Toutefois, un tel dispositif portatif est relativement limité en ce qu'il permet la détection de la présence de noyaux glaçogènes dans un unique échantillon, qui est sous une forme solide et de grande dimension.
OBJET DE L'INVENTION
Dans ce contexte, la présence invention concerne un dispositif portatif pour détecter la présence d'éléments ayant une activité glaçogène dans au moins un échantillon.
Ce dispositif portatif comprend une unité de réfrigération qui comporte :
- une chambre, isolée thermiquement et dans laquelle ledit ou lesdits échantillons sont destinés à être introduits,
- des moyens pour la réfrigération de ladite chambre,
- des moyens pour la mesure de la température au sein de ladite chambre,
- des moyens pour le réglage d'une température cible au sein de ladite chambre, ladite température cible étant adaptée à la détection de la présence d'éléments ayant une activité glaçogène dans ledit ou lesdits échantillons,
- des moyens pour l'alimentation électrique autonome de ladite unité de réfrigération,
- des moyens pour signaler l'atteinte de ladite température cible, laquelle chambre contient au moins deux emplacements qui sont chacun adaptés à recevoir un récipient contenant l'un desdits échantillons.
Et conformément à la présente invention, lesdits emplacements ont chacun des dimensions qui sont adaptées, au jeu près, à la réception dudit récipient consistant en un microtube.
Un tel dispositif portatif a pour avantage de permettre une détection de la présence d'éléments ayant une activité glaçogène, simultanément dans plusieurs échantillons. Ce dispositif portatif a également pour intérêt d'être autonome, transportable et à faible consommation d'énergie.
D'autres caractéristiques avantageuses, pouvant être prises en combinaison ou indépendamment les unes des autres, sont développées ci- dessous :
- les emplacements sont ménagés dans un organe conducteur thermique situé dans la chambre (adapté à une réfrigération desdits emplacements, notamment par conduction thermique) ; dans ce cas, l'organe conducteur thermique repose avantageusement sur les moyens de réfrigération ; les emplacements sont ménagés, sur toute leur hauteur, dans ledit organe conducteur thermique, ou pour une partie inférieure, au sein de l'organe conducteur thermique et, pour une partie supérieure, au sein d'un bloc isolant thermique, directement sus-jacent dudit organe conducteur thermique ;
- la chambre est délimitée, en partie, par les moyens de réfrigération ; dans ce cas, de préférence, les moyens de réfrigération comprennent un module
Peltier qui comporte : - une face froide, formant au moins une partie de l'une des parois de la chambre, et - une face chaude, extérieure à ladite chambre et couplée à des moyens pour la dissipation de chaleur ;
- le volume de la chambre est compris entre 100 et 200 cm3, et ladite chambre présente une surface de fond comprise entre 30 et 50 cm2 et une hauteur comprise entre 3 à 4 cm ;
- la face froide du module Peltier s'étend sur une surface comprise entre 80 et 90 cm2 ;
- la chambre est dépourvue de moyens pour le brassage de l'air au sein de ladite chambre ;
- le dispositif portatif comporte encore des moyens de temporisation adaptés à décaler d'un temps déterminé l'activation des moyens pour signaler l'atteinte de la température cible ;
- le dispositif portatif comprend une unité de pré-conditionnement comportant : - une chambre, isolée thermiquement et dans laquelle ledit ou lesdits échantillons sont destinés à être introduits, - des moyens pour la réfrigération de ladite chambre, - des moyens pour la mesure de la température au sein de ladite chambre, - des moyens pour le réglage d'une température cible au sein de ladite chambre, ladite température cible étant supérieure à la température cible réglée dans l'unité de réfrigération, - des moyens pour l'alimentation électrique autonome de ladite unité de pré-conditionnement. La présente invention concerne encore une installation portative pour détecter la présence d'éléments ayant une activité glaçogène dans au moins un échantillon, comprenant :
- un dispositif portatif selon l'invention, et
- un contenant étanche, dans lequel est rapporté ledit dispositif portatif, et
- éventuellement une unité pour le stockage d'accessoires adaptés à la préparation des échantillons et/ou au traitement des données acquises par la mise en œuvre dudit dispositif portatif.
Selon une caractéristique avantageuse, l'installation portative comporte : - des moyens d'enregistrement et/ou d'analyse des données,
- des moyens de transfert de données, et
- des moyens de géolocalisation.
Selon encore une caractéristique avantageuse, l'installation portative comporte des moyens pour son déplacement sur le sol et des moyens de préhension pour sa manœuvre par un utilisateur.
La présente invention concerne aussi un procédé pour détecter la présence d'éléments ayant une activité glaçogène dans au moins un échantillon, au moyen d'un dispositif portatif selon l'invention, consistant :
- à préparer ledit ou lesdits échantillons par une mise en suspension d'éléments ayant une activité glaçogène potentiellement présents dans un milieu d'intérêt au moyen d'un liquide de prélèvement initialement dépourvu de tels éléments ayant une activité glaçogène, ledit ou lesdits échantillons étant chacun rapportés dans un récipient consistant en un microtube,
- à disposer ledit ou lesdits échantillons dans les emplacements de la chambre de l'unité de réfrigération dudit dispositif portatif,
- à piloter les moyens de réfrigération de l'unité de réfrigération dudit dispositif portatif de sorte à atteindre la température cible adaptée à la prise en glace des échantillons contenant les éléments ayant une activité glaçogène, et
- une fois ladite température cible atteinte, à déterminer, d'une part, le ou les échantillons dont le liquide de prélèvement a pris en glace, correspondant au(x) échantillon(s) contenant des éléments ayant une activité glaçogène et, d'autre part, le ou les échantillons dont le liquide de prélèvement reste dans un état liquide, correspondant au(x) échantillon(s) dépourvu(s) d'éléments ayant une activité glaçogène.
Selon une forme de réalisation particulière, pour la détection d'éléments ayant une activité glaçogène d'origine biologique, la température cible est avantageusement comprise entre 0°C et -15° C, de préérence entre de -6° C à - 9° C. Selon encore une forme de réalisation particulière, le ou les échantillons préparés sont conditionnés chacun dans un récipient qui est rapporté dans l'un des emplacements ; et la hauteur de l'échantillon est ajustée de sorte à être inférieure ou égale à la profondeur de l'emplacement associé.
De préférence, le microtube a une contenance inférieure ou égale à 0,5 mL, et/ou le volume d'échantillon dans chaque microtube est compris entre 40 et 400 μΙ_, bornes incluses.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION
La présente invention sera encore illustrée, sans être aucunement limitée, par la description suivante de modes de réalisation particuliers en relation avec les figures annexées dans lesquelles :
- la figure 1 est une vue schématique, selon un plan de coupe vertical, d'une unité de réfrigération constitutif d'un dispositif portatif selon l'invention ;
- la figure 2 représente l'unité de réfrigération selon la figure 1 , dans laquelle ses différents éléments structurels sont dissociés les uns des autres ;
- la figure 3 illustre l'unité de réfrigération des figures 1 et 2, de manière éclatée et en perspective ;
- la figure 4 représente schématiquement une installation portative dans laquelle est introduit le dispositif portatif selon l'invention ;
- la figure 5 est une vue schématique, selon un plan de coupe vertical, d'une variante de réalisation de l'unité de réfrigération selon les figures 1 à 3.
Le dispositif portatif selon l'invention, tel que représenté sur les figures 1 à 3 et 5, est conçu pour détecter la présence, dans au moins un échantillon (avantageusement dans plusieurs échantillons), d'éléments ayant une activité glaçogène.
Le dispositif portatif selon l'invention permet en particulier la détection, sur le terrain, de la présence d'éléments ayant une activité glaçogène, de manière autonome et peu encombrante.
Définitions
Par dispositif « portatif », on entend avantageusement un dispositif adapté à être transporté aisément par un individu.
Par « éléments ayant une activité glaçogène », on entend en particulier tout grain de matière qui favorise la formation de cristaux de glace dans l'eau liquide.
On entend en particulier tout élément apte à provoquer une rupture de surfusion de l'eau liquide à des températures négatives proches de 0°C. Par « températures négatives proches de 0°C », on entend en particulier des températures comprises entre -15° C et 0°C, de péférence comprise entre - 10° C et 0°C, avantageusement comprise entre -9°C et6°C, de préférence encore comprise entre -8°C et -7° C.
De tels éléments ayant une activité glaçogène sont encore désignés couramment, et indifféremment tout au long de la présente description, sous les appellations de « noyaux de cristallisation » ou « noyaux glaçogènes ».
De tels noyaux glaçogènes peuvent être d'une origine biologique, tels que des micro-organismes, des débris présents sur la surface des feuilles, des particules récupérées dans le sol, dans l'air ou dans l'eau.
Dans le cas d'une origine bactérienne, il s'agit par exemple d'une souche bactérienne dites « bactéries glaçogènes » qui est choisie parmi les espèces suivantes : Pseudomonas syringae, Pseudomonas viridiflava ou Xanthomonas campestris pv translucens.
L'activité glaçogène pourrait également être d'origine fongique, due notamment aux spores de certaines rouilles, ou d'autres champignons.
Dans le cadre de la présente invention, le dispositif portatif permet avantageusement la détection, dans un échantillon, d'un élément ou d'un mélange d'éléments ayant une activité glaçogène pour une température inférieure ou égale à une température cible déterminée.
Par « échantillons » à analyser, on entend avantageusement tout prélèvement (liquide ou solide dans un liquide de prélèvement) dans l'environnement, dans un état liquide à une température supérieure à 0° C, c'est-à- dire par exemple :
- un prélèvement de noyaux glaçogènes (par exemple de micro-organismes glaçogènes) éventuellement présents en surface d'un support, par exemple d'une plante ou d'une partie de plante (feuille notamment), ou
- des produits biologiques, tels que des tissus de végétaux (feuilles, bourgeons, fleurs, fruits, écorces, etc.) ou d'insectes, du pollen, des spores, de la litière, pour détecter la présence d'activité glaçogène intrinsèque, ou
- des prélèvements d'eau dans l'environnement, par exemple de lac, de rivière, d'eau d'irrigation.
Par « détecter la présence d'éléments ayant une activité glaçogène dans un échantillon », on entend en particulier la démarche de discrimination / distinction des échantillons les uns par rapport aux autres, entre :
- un échantillon dépourvu de noyaux glaçogènes, c'est-à-dire un échantillon à l'état liquide à une température cible, et - un échantillon contenant des noyaux glaçogènes, c'est-à-dire un échantillon pris en glace à ladite température cible.
Dispositif portatif
Pour détecter la présence des noyaux glaçogènes dans le ou les échantillons à analyser, le dispositif portatif 1 selon l'invention comprend une unité de réfrigération 2 (illustrée sur les figures 1 à 3 et 5) qui comporte :
- une chambre 3 (figures 1 et 5), isolée thermiquement et dans laquelle le ou les échantillons E sont destinés à être introduits,
- des moyens 4 pour la réfrigération de cette chambre 3,
- des moyens 5 pour la mesure de la température au sein de la chambre 3 (figures 1 et 5),
- des moyens de commande 6 (figures 1 , 2 et 5), en particulier pour le réglage d'une température cible au sein de la chambre 3,
- des moyens 7 (figures 1 , 2 et 5) pour l'alimentation électrique autonome de cette unité de réfrigération 2.
En pratique, l'unité de réfrigération 2 selon l'invention est avantageusement apte à atteindre une température cible, négative et proche de 0° C, qui est adaptée à la détection de la présence de noyaux glaçogènes dans le ou les échantillons rapportés dans la chambre 3.
Chambre
Selon le mode de réalisation représenté sur les figures 1 à 3, la chambre 3 est ici délimitée latéralement par un bloc isolant thermique 31 comportant une lumière traversante 32 qui est fermée à ses deux extrémités :
- d'un côté supérieur, par un élément d'obturation 33, rapporté, formant un couvercle amovible, et
- d'un côté inférieur, par les moyens de réfrigération 4.
Le bloc isolant thermique 31 est par exemple réalisé dans le matériau suivant : polychlorure de vinyle (ou PVC).
Ce bloc isolant 31 a la forme générale d'un cadre, comportant (figure 2) :
- une surface intérieure 31 1 , délimitant la lumière traversante 32,
- une surface extérieure 312, opposée,
- une surface supérieure 313, délimitant une ouverture supérieure de la lumière traversante 32 et destinée à recevoir le couvercle amovible 33, et
- une surface inférieure 314, délimitant une ouverture inférieure de la lumière traversante 32 et destinée à reposer sur les moyens de réfrigération 4. La lumière traversante 32 comprend avantageusement deux parties successives :
- une partie inférieure 321 , au niveau de laquelle sont ménagés des emplacements adaptés chacun à recevoir l'un des échantillons E à analyser, et - une partie supérieure 322, destinée ici à rester libre, au sein de laquelle débouchent les emplacements.
La partie inférieure 321 comporte deux portions superposées, chacune de forme parallélépipédique, à savoir une portion supérieure 321 1 et une portion inférieure 3212 (figure 2).
La portion supérieure 321 1 a une section horizontale qui est inférieure à la section horizontale de la portion inférieure 3212.
Le couvercle amovible 33 est avantageusement également isolant thermique, et de préférence transparent, réalisé par exemple dans le matériau suivant : polyméthacrylate de méthyle.
Selon une variante de réalisation représentée sur la figure 5, la chambre 3 est délimitée par un capotage 35, isolant thermique et monobloc, comprenant une paroi supérieure 351 prolongée par un cadre périphérique 352.
Ce capotage 35 est avantageusement réalisé dans un matériau plastique, comportant une structure alvéolaire (en losange ou en nid d'abeille par exemple).
La surface de ce capotage 35 peut être recouverte d'au moins une couche d'un matériau isolant thermique, par exemple un isolant mince (par exemple du ruban adhésif aluminium) et/ou une couche de mousse à faible conductivité thermique (par exemple 0,036 W/m. °C à 25°C).
La lumière 32 comprend également deux parties successives :
- une partie inférieure 321 , au niveau de laquelle sont ménagés des emplacements adaptés chacun à recevoir l'un des échantillons E à analyser, et
- une partie supérieure 322, destinée à rester libre, au sein de laquelle débouchent les emplacements.
Par ailleurs, et de manière générale, cette chambre 3 est ici dépourvue de tout moyen pour le brassage de l'air au sein de ladite chambre 3 (par exemple de ventilateur).
Les emplacements
La chambre 3 contient au moins deux emplacements 8, formant portoir, qui sont chacun adaptés à recevoir l'un des échantillons E à analyser.
Les emplacements 8 sont au moins au nombre de 2, avantageusement entre 10 et 20, par exemple au nombre de 16 (figure 3). Chaque emplacement 8 a des dimensions qui sont adaptées, au jeu près, à la réception d'un récipient contenant un échantillon E à analyser, à savoir un microtube M (figures 1 et 2).
Par « microtube », on entend en particulier un petit tube muni d'un capuchon à visser ou à clipser, éventuellement monobloc. Un tel microtube est réalisé classiquement en matière plastique, par exemple en polypropylène, capable de résister aux hautes températures et aux basses températures.
Le microtube M a avantageusement une contenance inférieure ou égale à 0,5 ml_, par exemple choisie parmi 0,5 ml_ ou 0,2 ml_.
Ce microtube M consiste de préférence en un microtube Eppendorf, par exemple du type « Safe-lock ».
Le microtube M comprend une partie supérieure cylindrique Ml qui, d'un côté, comporte une ouverture supérieure M2 associée à un capuchon M3 et, d'un autre côté, est prolongée par une partie inférieure conique M4 (figure 1 ).
Le microtube M, contenant l'échantillon E, peut avantageusement être utilisé dans un dispositif LINDA tel que décrit dans le document Stopelli et al. (Atmospheric Measurement Techniques, 7, 129-134, 2014).
Les emplacements 8 ont ainsi chacun une partie supérieure cylindrique 81 qui est prolongée par une partie inférieure conique 82 (figures 2 et 5).
Uniquement à titre indicatif, la partie supérieure cylindrique 81 a un diamètre égal ou inférieur à 8 mm. La profondeur des emplacements 8 est inférieure ou égale à 30 mm, avec une partie inférieure conique 81 d'une hauteur inférieure ou égale à 13,5 mm.
Par exemple, pour des microtubes ayant une contenance de 0,5 mL : - la partie supérieure cylindrique 81 a un diamètre de 7,8 mm,
- la partie inférieure conique 81 a une hauteur de 13,5 mm, avec un diamètre d'extrémité d'environ 3 mm.
Les emplacements 8 sont ménagés ici, au moins partiellement, au sein d'un organe conducteur thermique 9.
Ces emplacements 8 consistent en des orifices borgnes.
Selon la figure 1 notamment, ces emplacements 8 consistent ici en des orifices borgnes qui sont ménagés sur toute leur hauteur au sein de l'organe conducteur thermique 9, débouchants au niveau d'une surface supérieure dudit organe conducteur thermique 9.
L'organe conducteur thermique 9, ici monobloc, assure avantageusement un contact direct et complet des parois du microtube M avec la surface de l'emplacement 8 complémentaire. Selon un mode de réalisation alternatif représenté sur la figure 5, les emplacements 8 consistent également en des orifices borgnes, qui sont ménagés :
- pour une partie inférieure (avantageusement la partie inférieure conique 82), au sein de l'organe conducteur thermique 9, et
- pour une partie supérieure (avantageusement la partie supérieure cylindrique 81 ), au sein d'un bloc isolant thermique 1 1 , directement sus-jacent d'une surface supérieure dudit organe conducteur thermique 9.
L'organe conducteur thermique 9, ici aussi monobloc, assure avantageusement un contact direct et partiel avec les parois du microtube M.
Ces emplacements 8 débouchent ici au niveau d'une surface supérieure dudit bloc isolant thermique 1 1 .
Le bloc isolant thermique 1 1 comporte ainsi des orifices traversants 1 1 1 , s'étendant coaxialement à des orifices borgnes 95 ménagés dans l'organe conducteur thermique 9.
Ce bloc isolant thermique 1 1 est avantageusement réalisé dans une mousse isolante thermique (dit encore « mousse à faible conductivité thermique »).
Cette mousse est de préférence élastique pour le maintien efficace des microtubes M et aussi pour faciliter la préhension de ces microtubesJVI (la mousse peut être légèrement écrasée lors de la saisie d'un microtube M avec les doigts).
Dans tous les cas, cet organe conducteur 9 est adapté à une réfrigération de la surface de ses emplacements 8, notamment par conduction thermique.
Cet organe conducteur thermique 9 est pour cela réalisé avantageusement en un matériau métallique, avantageusement usinable, par exemple en aluminium ou en alliage d'aluminium.
Cet organe conducteur thermique 9 est situé dans la chambre 3, rapporté au sein de la partie inférieure 321 de cette dernière.
L'organe conducteur thermique 9, situé dans la chambre 3, a ici une forme correspondant, au jeu près, à la partie inférieure 321 de la chambre 3.
Selon la figure 2, l'organe conducteur thermique 9 consiste ici en une pièce comprenant deux parties parallélépipédiques superposées :
- une partie inférieure 91 , formant embase, correspondant au jeu près à la portion inférieure 3212 de la chambre 3 et comportant une surface inférieure 91 1 reposant sur les moyens de réfrigération 4, et
- une partie supérieure 92, correspondant au jeu près à la portion supérieure 321 1 de la chambre 3 et dans laquelle sont ménagés au moins partiellement les emplacements 8 (qui se prolongent ici partiellement dans l'embase 91 ) débouchant au niveau d'une surface supérieure 921 .
La partie inférieure 91 a une section horizontale qui est supérieure à la section horizontale de la partie supérieure 92.
Cette caractéristique structurelle vise à assurer une surface de contact maximale entre l'organe conducteur thermique 9 et les moyens de réfrigération 4.
Selon le mode de réalisation de la figure 1 , la partie supérieure 322 de la chambre 3, libre, est ici délimitée entre, d'une part, la surface supérieure 921 de l'organe conducteur thermique 9 et, d'autre part, le couvercle amovible 33.
Selon le mode de réalisation de la figure 5, la partie supérieure 322 de la chambre 3, libre, est ici délimitée entre, d'une part, la surface supérieure de l'organe isolant thermique 1 1 et, d'autre part, le capotage 35.
Moyens de réfrigération
Les moyens de réfrigération 4 comprennent avantageusement un module Peltier 41 .
Un tel module Peltier s'appuie sur un phénomène de refroidissement thermoélectrique, apte à transformer en courant électrique en une différence de température.
Un tel module Peltier, classique en soi, est constitué d'une succession de semi-conducteurs ayant des propriétés de type P ou N, convenablement raccordés électriquement.
En particulier, ce module Peltier 41 comporte (figure 2) :
- une face froide 41 1 , supérieure, formant une paroi de fond de la chambre 3, et
- une face chaude 412, inférieure, extérieure à la chambre 3 et couplée à des moyens de dissipation de la chaleur 42, 43.
A titre d'exemple, la face froide 41 1 du module Peltier 41 est apte à atteindre une température négative, proche de 0°C, c'est-à-dire en particulier une température comprise entre -15°C et 0° C, de préférœice comprise entre -10° C et 0° C, avantageusement comprise entre -9° C et -6°C, d préférence encore comprise entre -8°C et -7° C.
La face froide 41 1 du module Peltier 41 a ici une surface supérieure à la surface inférieure 91 1 de l'organe conducteur thermique 9.
En l'espèce, selon la figure 1 , cette face froide 41 1 du module Peltier 41 est ici recouverte par la surface inférieure 91 1 de l'organe conducteur thermique 9 et, sur son pourtour, par la surface inférieure 314 du bloc isolant thermique 31 . Dans les différents modes de réalisation, l'organe conducteur thermique 9 repose sur la face froide 41 1 des moyens de réfrigération 4 de sorte à générer un transfert thermique optimal jusqu'aux emplacements 8.
Les moyens de dissipation de chaleur 42, 43 se composent, de leurs côtés, d'une superposition de deux composants :
- un radiateur 42, recouvrant la face chaude 412 du module Peltier 41 , et
- un ventilateur 43.
Caractéristiques dimensionnelles
De manière non limitative, la chambre 3 présente les caractéristiques dimensionnelles suivantes :
- le volume de la chambre 3 est compris entre 100 et 200 cm3, et
- la chambre 3 présente une surface de fond comprise entre 30 et 50 cm2,
- une hauteur comprise entre 2 à 4 cm.
La face froide du module Peltier 41 s'étend sur une surface comprise entre 80 et 90 cm2.
Moyens pour l'alimentation électrique autonome
Les moyens 7 pour l'alimentation électrique autonome du dispositif portatif 1 consistent avantageusement en une source d'énergie autonome, telle qu'une batterie 12 Volts.
Cette batterie consiste par exemple en une batterie lithium-ion, ou accumulateur lithium-ion.
Ses principaux avantages sont une énergie massique élevée ainsi que l'absence d'effet mémoire. L'autodécharge est relativement faible par rapport à d'autres accumulateurs.
La batterie est avantageusement rechargeable :
- sur le secteur via un chargeur de batterie avec transformateur, ou
- dans un véhicule au plus près de l'expérimentation, par exemple via une prise 12V, ou
- par des panneaux photovoltaïques sur le terrain pour une autonomie complète, via un onduleur.
De manière générale, l'alimentation électrique du dispositif portatif 1 peut également être réalisée directement :
- sur le secteur via un chargeur de batterie avec transformateur, ou
- dans un véhicule au plus près de l'expérimentation, par exemple via une prise 12V, ou - par des panneaux photovoltaïques sur le terrain pour une autonomie complète, via un onduleur.
Moyens pour la mesure de la température
Les moyens 5 pour la mesure de la température consistent en une sonde de température par exemple de type thermomètre à résistance de platine (par exemple du type Pt 100).
Cette sonde est avantageusement agencée pour mesurer directement la température de l'organe conducteur thermique 9 dans lequel sont ménagés les emplacements 8.
Le dispositif portatif 1 comporte de préférence également une sonde de température pour mesurer la température de la face chaude 412 du module Peltier 41 . Moyens de commande
Les moyens de commande 6 consistent avantageusement en un système embarqué, avantageusement un système autonome comprenant des moyens électroniques et/ou des moyens informatiques pour piloter le fonctionnement du dispositif portatif 1 , et en particulier de son unité de réfrigération 2 (et le cas échéant une unité de pré-refroidissement).
A cet égard, ces moyens de commande 6 comprennent, par exemple, au moins un microcontrôleur comportant un support d'enregistrement sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur.
Ce programme d'ordinateur comprend des moyens de code de programme pour le fonctionnement du dispositif, lorsque ledit programme d'ordinateur est exécuté par les moyens de commande 6.
Les moyens de commande 6 comprennent des moyens (non représentés) pour piloter le fonctionnement des moyens de réfrigération 4, afin d'atteindre la température cible recherchée au sein de la chambre 3.
Cette température cible est en pratique avantageusement négative et proche de 0° C, c'est-à-dire en particulier une température comprise entre -15°C et 0° C, de préférence comprise entre -10°C et0° C, avantageusement comprise entre -9°C et -6° C, de préférence encore omprise entre -8° C et -7°C.
Les moyens de commande 6 comprennent également des moyens pour signaler l'atteinte de ladite température cible (non représentés), par exemple sous la forme de signaux visuels (voyant, écran, etc.) et/ou auditifs (haut-parleur). Les moyens de commande 6 comportent encore des moyens de temporisation (non représentés), par exemple du type moyens minuteurs, adaptés à décaler d'un temps déterminé l'activation des moyens pour signaler l'atteinte de la température cible.
Ces moyens de temporisation sont prévus pour ménager un laps de temps suffisant (par exemple quelques minutes) pour être sûr d'une prise en glace effective des échantillons E contenant des noyaux glaçogènes.
Unité de pré-refroidissement
Le dispositif portative 1 selon l'invention peut encore comporter une unité de pré-conditionnement (non représentée), en parallèle de l'unité de réfrigération 2.
Une telle unité de pré-conditionnement peut être juxtaposée avec l'unité de réfrigération 2 au sein d'une enveloppe isolante thermique, notamment pour faciliter le transfert entre les deux unités.
L'unité de pré-refroidissement est similaire à l'unité de réfrigération 2 décrite ci-dessus en relation avec les figures 1 à 3.
Cette unité de pré-refroidissement se distingue de l'unité de réfrigération 2 uniquement en ce que sa chambre est dépourvue d'organe conducteur thermique 9 formant portoir.
Cette unité de pré-refroidissement comporte ainsi :
- une chambre, sans emplacements, isolée thermiquement et dans laquelle ledit ou lesdits échantillons sont destinés à être introduits,
- des moyens pour la réfrigération de ladite chambre, par exemple un module Peltier,
- des moyens pour la mesure de la température au sein de ladite chambre,
- des moyens de commande, pour le réglage d'une température cible au sein de ladite chambre (positive et proche de 0°C), ladite température cible étant supérieure à la température cible réglée dans l'unité de réfrigération,
- des moyens pour l'alimentation électrique autonome de ladite unité de pré-conditionnement.
De préférence, les moyens de commande 6 et les moyens d'alimentation électrique 7 sont communs à l'unité de réfrigération 1 et à l'unité de pré- refroidissement. Installation portative
Le dispositif 1 selon l'invention est avantageusement destiné à faire partie d'une installation portative 10 (figure 4).
Cette installation 10 comporte avantageusement encore une unité pour le stockage d'accessoires adaptés à la préparation des échantillons et/ou au traitement des données acquises par la mise en œuvre de l'unité de réfrigération 2 (non représentés).
Les accessoires pour la préparation d'échantillons sont avantageusement choisis parmi :
- un plan de travail pliable,
- une balance de précision portable,
- des microtubes stériles,
- des moyens de prélèvement d'échantillons (pipettes, etc.).
Les accessoires adaptés au traitement des données acquises comprennent par exemple :
- un ordinateur équipé de moyens pour l'enregistrement et/ou l'analyse des données collectées et de moyens de télécommunication pour le transfert des données via un réseau de télécommunication (par exemple Internet),
- des moyens de géolocalisation (par exemple de type GPS),
- un appareil portatif de type téléphone portable.
Pour faciliter son transport, l'installation portative 10 comprend un contenant 101 , par exemple de type caisse comportant un couvercle de fermeture, dans lequel est rapporté le dispositif portatif 1 selon l'invention.
Ce contenant 101 est avantageusement étanche, notamment à l'air et au liquide (typiquement à l'eau ou à l'humidité).
Ce contenant 101 est avantageusement équipé (figure 4) :
- de moyens 102 pour son déplacement sur le sol, par exemple de type roulettes, et
- de moyens de préhension 103 pour faciliter sa manœuvre par roulement sur le sol, par exemple de type poignée télescopique.
Mise en œuyre de l'installation portative
Tout d'abord, l'utilisateur peut éventuellement extraire le dispositif portatif 1 hors du contenant 101 de l'installation portative 10.
Le dispositif portatif 1 est par exemple déposé sur un plan de travail dépliable présent dans l'installation portative 10.
De manière alternative, le dispositif portatif 1 reste dans le contenant 101 pour sa mise en œuvre. L'utilisateur met en marche les moyens de réfrigération 4, avant de rapporter les échantillons E, de sorte à obtenir un refroidissement préalable de la chambre de l'unité de réfrigération 2 (et le cas échéant de la chambre de l'unité de pré-refroidissement).
A cet égard, les moyens de commande 6 assurent avantageusement un pilotage des moyens de réfrigération respectifs de l'unité de réfrigération 2 et de l'unité de pré-refroidissement, de sorte que :
- la température cible de la chambre 3 de l'unité de réfrigération 2 est avantageusement comprise entre -15° C et 0°C, et
- la température cible de la chambre de l'unité de pré-refroidissement est avantageusement comprise entre 1 °C et 4°C.
La vitesse de refroidissement obtenue avec le dispositif 1 selon l'invention est avantageusement comprise entre 3° C et 4°C par nfnute.
A titre uniquement indicatif, la température cible de la chambre 3 de l'unité de réfrigération 2 est atteinte en moins de 30 minutes (min), de préférence en moins de 15 min et de préférence encore en moins de 10 min.
Le dispositif 1 selon l'invention permet en plus d'obtenir une différence de température intérieure/extérieure comprise entre 30 °C et 40 ° C (par exemple -7°C dans la chambre 3 de l'unité de réfrigération 2, pour 25 à 26° C extérieur).
De leurs côtés, le ou les échantillons E sont préparés par une mise en suspension des noyaux glaçogènes potentiellement présents, dans un milieu d'intérêt constitué par un liquide de prélèvement initialement dépourvu de tels noyaux glaçogènes.
Le liquide de prélèvement, initialement dépourvu de noyaux glaçogènes, est apte à rester dans un état liquide à la température cible.
Ce liquide de prélèvement consiste par exemple en de l'eau distillée stérile ou en un tampon stérile (solution avec des sels de phosphate ou de potassium par exemple).
Par exemple, pour détecter la présence de microorganismes glaçogènes, une masse connue d'un milieu d'intérêt est mélangée avec un volume connu de tampons stériles. Des aliquotes de 200 μί. sont répartis dans les microtubes M.
Pour détecter la présence d'activité glaçogène innée dans les tissus végétaux ou d'insectes par exemple, les prélèvements sont découpés en des morceaux dont la taille est adaptée au volume des microtubes. Ces morceaux sont pesés et déposés dans les microtubes dans lesquels sont ensuite rapportés 200 μ\- d'un liquide de prélèvement initialement dépourvu de tels noyaux glaçogènes. De manière générale, le volume d'échantillon E dans chaque microtube M est avantageusement compris entre 40 et 400 μΙ_, avantageusement entre 100 et 300 μΙ_, de préférence encore entre 100 et 250 μΙ_ (bornes incluses).
En pratique, le volume d'échantillon E dans chaque microtube M est avantageusement ajusté de sorte que sa surface s'étende en-dessous de la surface supérieure 921 de l'organe conducteur thermique 9.
Le cas échéant, les échantillons E sont conservés dans l'unité de préconditionnement (par exemple pendant au moins 30 min), avant de mettre en œuvre l'étape proprement dite de détermination de leur activité glaçogène.
La chambre de cette unité de pré-conditionnement est par exemple maintenue à une température comprise entre 1 °C et 4° C.
Cette étape de pré-conditionnement des échantillons a pour objectif d'activer les noyaux glaçogènes afin de faciliter leur détection.
En particulier, dans le cas de certains microorganismes glaçogènes, une température ambiante de 15°C, ou moins, pendant environ 1 heure, favorise l'activation des protéines responsables de l'activité glaçogène.
Avec ou sans étape de pré-conditionnement, la présence de noyaux glaçogènes est détectée en rapportant les microtubes M dans les emplacements 8 de l'unité de réfrigération 2.
Les moyens de commande 6 pilotent les moyens de réfrigération 4 de sorte que la température de l'organe conducteur thermique 9 (portoir) s'équilibre avec la température cible, adaptée en fonction de l'application, pour la prise en glace des échantillons E contenant les éléments ayant une activité glaçogène.
Par exemple, pour la détection de noyaux glaçogènes d'origine biologique, la température cible est avantageusement comprise entre -15°C et 0°C, de préférence entre - 2°C et - 8° C.
Les échantillons E sont incubés pendant un temps déterminé à cette température cible, avantageusement environ 4 à 6 min.
A cet effet, les moyens de temporisation décalent avantageusement d'un temps déterminé l'activation des moyens pour signaler l'atteinte de la température cible.
Après ce laps de temps, les moyens de commande 6 activent les moyens pour signaler l'atteinte de la température cible.
Les microtubes M sont extraits et observés successivement (un par un) par un opérateur, de sorte à distinguer si :
- le liquide de prélèvement a pris en glace, correspondant alors à un échantillon E contenant des noyaux glaçogènes, ou - le liquide de prélèvement reste dans un état liquide, correspondant à un échantillon E dépourvu de noyaux glaçogènes.
L'ensemble des résultats (nature de l'échantillon, coordonnées géographiques, quantité testée, température de prise en glace) sont collectés.
Le cas échéant, les résultats et leur géolocalisation peuvent être transmis en temps réel, en fonction des objectifs de l'analyse.
Avantages de l'invention
Le dispositif portatif 1 selon l'invention a différents avantages, non limitatifs :
- la détermination du risque d'un dégât du au gel pour les bourgeons de fleurs dans un verger,
- l'identification de plantes porteuses de microorganismes ayant une activité glaçogène (les espèces de plantes et les régions, leurs cultures les plus propices),
- l'évaluation du potentiel de survie hivernale des populations d'insectes par rapport à leur capacité de surfusion (étude d'écologie révisée sur le terrain).
Le système est conçu pour être autonome, transportable et à faible consommation d'énergie.

Claims

- REVENDICATIONS -
1 . - Dispositif portatif pour détecter la présence d'éléments ayant une activité glaçogène dans au moins un échantillon (E),
lequel dispositif portatif (1 ) comprend une unité de réfrigération (2) comportant :
- une chambre (3), isolée thermiquement et dans laquelle ledit ou lesdits échantillons (E) sont destinés à être introduits,
- des moyens (4) pour la réfrigération de ladite chambre (3),
- des moyens (5) pour la mesure de la température au sein de ladite chambre (3),
- des moyens (6) pour le réglage d'une température cible au sein de ladite chambre (3), ladite température cible étant adaptée à la détection de la présence d'éléments ayant une activité glaçogène dans ledit ou lesdits échantillons (E),
- des moyens (7) pour l'alimentation électrique autonome de ladite unité de réfrigération (2), et
- des moyens (6) pour signaler l'atteinte de ladite température cible, laquelle chambre (3) contient au moins deux emplacements (8) qui sont chacun adaptés à recevoir un récipient (M) contenant l'un desdits échantillons (E), caractérisé en ce que lesdits emplacements (8) ont chacun des dimensions qui sont adaptées, au jeu près, à la réception dudit récipient (M) consistant en un microtube (M).
2. - Dispositif portatif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les emplacements (8) sont ménagés, au moins en partie, dans un organe conducteur thermique (9) situé dans la chambre (3).
3.- Dispositif portatif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les emplacements (8) sont ménagés :
- sur toute leur hauteur, dans ledit organe conducteur thermique (9), ou
- pour une partie inférieure, au sein de l'organe conducteur thermique (9) et, pour une partie supérieure, au sein d'un bloc isolant thermique (1 1 ), directement sus-jacent dudit organe conducteur thermique (9).
4. - Dispositif portatif selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'organe conducteur thermique (9) repose sur les moyens de réfrigération (4).
5. - Dispositif portatif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la chambre (3) est délimitée, en partie, par les moyens de réfrigération (4).
6. - Dispositif portatif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de réfrigération (4) comprennent un module Peltier (41 ) qui comporte : - une face froide (41 1 ), formant au moins une partie de l'une des parois de la chambre (3), et
- une face chaude (412), extérieure à ladite chambre (3) et couplée à des moyens pour la dissipation de chaleur (42, 43).
7.- Dispositif portatif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la chambre (3) est dépourvue de moyens pour le brassage de l'air au sein de ladite chambre (3).
8. - Dispositif portatif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte encore des moyens de temporisation adaptés à décaler d'un temps déterminé l'activation des moyens pour signaler l'atteinte de la température cible.
9. - Dispositif portatif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend une unité de pré-conditionnement comportant :
- une chambre, isolée thermiquement et dans laquelle ledit ou lesdits échantillons sont destinés à être introduits,
- des moyens pour la réfrigération de ladite chambre,
- des moyens pour la mesure de la température au sein de ladite chambre,
- des moyens pour le réglage d'une température cible au sein de ladite chambre, ladite température cible étant supérieure à la température cible réglée dans l'unité de réfrigération,
- des moyens pour l'alimentation électrique autonome de ladite unité de pré-conditionnement.
10. - Installation portative pour détecter la présence d'éléments ayant une activité glaçogène dans au moins un échantillon, caractérisée en ce qu'elle comprend :
- un dispositif portatif (1 ) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, et
- un contenant (101 ) étanche, dans lequel est rapporté ledit dispositif portatif (1 ).
1 1 .- Installation portative pour détecter la présence d'éléments ayant une activité glaçogène dans au moins un échantillon, selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comprend encore une unité pour le stockage d'accessoires adaptés à la préparation des échantillons et/ou adaptés au traitement des données acquises par la mise en œuvre dudit dispositif portatif (1 ).
12.- Installation portative selon l'une quelconque des revendications 10 ou
1 1 , caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (102) pour son déplacement sur le sol et des moyens de préhension (103) pour sa manœuvre par un utilisateur.
13. - Procédé pour détecter la présence d'éléments ayant une activité glaçogène dans au moins un échantillon, au moyen d'un dispositif portatif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il consiste :
- à préparer ledit ou lesdits échantillons (E) par une mise en suspension d'éléments ayant une activité glaçogène potentiellement présents dans un milieu d'intérêt au moyen d'un liquide de prélèvement initialement dépourvu de tels éléments ayant une activité glaçogène,
ledit ou lesdits échantillons (E) étant chacun rapportés dans un récipient (M) consistant en un microtube (M),
- à disposer ledit ou lesdits échantillons (E) dans les emplacements (8) de la chambre (3) de l'unité de réfrigération (2) dudit dispositif portatif (1 ),
- à piloter les moyens de réfrigération (4) de l'unité de réfrigération (2) dudit dispositif portatif (1 ) de sorte à atteindre la température cible adaptée à la prise en glace des échantillons (E) contenant les éléments ayant une activité glaçogène, et - une fois ladite température cible atteinte, à déterminer, d'une part, le ou les échantillons (E) dont le liquide de prélèvement a pris en glace, correspondant au(x) échantillon(s) contenant des éléments ayant une activité glaçogène et, d'autre part, le ou les échantillons (E) dont le liquide de prélèvement reste dans un état liquide, correspondant au(x) échantillon(s) dépourvu(s) d'éléments ayant une activité glaçogène.
14. - Procédé selon la revendication 13, pour la détection d'éléments ayant une activité glaçogène d'origine biologique, caractérisé en ce que la température cible est comprise entre -15°C et 0°C, de préférene entre -9°C et -6°C.
15. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce que :
- le microtube (M) a une contenance inférieure ou égale à 0,5 ml_, et/ou
- le volume d'échantillon (E) dans chaque microtube (M) est compris entre 40 et 400 μΙ_, bornes incluses.
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