Technologie Marine - Marine Technology

Architecture

 Description de l’architecture des analyseurs CHEMINI

L’idée générale lors du développement de la gamme CHEMINI a été de se diriger vers un appareil très intégré avec une base électronique et hydraulique dont la maîtrise est assurée, ce qui permet d’envisager des évolutions vers d’autres types de mesure assez simplement sans entraîner de grandes modifications. Le but a également été de se servir au maximum d’éléments disponibles sur étagère notamment en ce qui concerne l’hydraulique et l’électronique, en prenant en compte les problèmes d’obsolescence et de coûts. Le choix des éléments composant la nouvelle génération s’est fait suivant plusieurs préceptes : fiabilité (simplicité de fonctionnement), performances (qualité des mesures, sensibilité, reproductibilité…), miniaturisation (dimensions, poids), consommation (énergétique et en réactifs), et coûts.

Les CHEMINI sont des analyseurs mono-paramètres ce qui permet de les assimiler à des capteurs. Cela offre plusieurs avantages avec notamment la possibilité de travailler en simultané, l’indépendance d’une mesure sur l’autre d’où un gain en fiabilité, l’utilisation possible de méthodes de détection différentes (colorimétrie et fluorimétrie) pour les différents paramètres mesurés. Les analyseurs peuvent être placés en série sur le point de prélèvement avec contrôle simultané par le même logiciel.

Pour des raisons de simplification et de miniaturisation, le circuit hydraulique est réalisé par usinage dans un matériau neutre chimiquement, le PMMA. Ce circuit gravé est comparable au bloc foré en hydraulique. Il permet d'intégrer directement les composants et de limiter le nombre de flexibles. On réduit aussi le nombre de raccords et par la même occasion le nombre de fuites possibles (fiabilité, ergonomie lors d'un changement de paramètre). De plus ce circuit sert de support pour l'intégration des éléments qui constituent l'analyseur.

Fig.1  Circuit gravé en PMMA
 

Les actionneurs utilisés sont des pompes péristaltiques miniatures et des micro-vannes solénoïdes. Les pompes offrent l'avantage d'avoir des dimensions très réduites, d'avoir un système d'appui sur les tubes très ingénieux (facilite le remplacement des tubes et accroît leur durée de vie) et enfin de fonctionner avec un moteur à courant continu beaucoup plus simple à gérer. On peut notamment jouer aisément sur la vitesse et le sens de rotation de la pompe. Les vannes sont à trois voies, fonctionnent sur le principe du "tout ou rien", sont complètement inertes et offrent un volume mort quasi nul. Les dimensions réduites de ces actionneurs permettent de séparer les fonctions en dupliquant le nombre de pompes, ce qui permet d'optimiser les consommations en réactifs et échantillons.

Les modules de détection colorimétrique et fluorimétrique ont été développés en collaboration avec la société Micromodule. Le module colorimétrique comporte une architecture compacte à 2 couches : Electronique et Optique. Dans ce mode de fonctionnement dit « séquentiel », les sources leds (une de mesure, l’autre de référence) sont chacune associées à un filtre interférentiel. Elles fonctionnent successivement, la détection se faisant sur un seul photo-détecteur. Le photo-courant issu du photo-détecteur de réception est traité par un amplificateur de charge réalisant la transformation courant-tension. La détection synchrone s’effectue par une opération de multiplication entre cette tension et le signal de l’oscillateur, suivie d’une intégration. Pour ajuster le niveau du signal de sortie, il est possible d’agir sur le courant d’alimentation des leds, la durée d’intégration et la capacité utilisée pour la conversion courant-tension. On dispose ainsi d’une très grande dynamique de mesure (plus de 14 décades). Le module fluorimétrique est composé de la même électronique que le module colorimétrique, seule la tête d’illumination diffère. Elle se compose d’une LED UV et d’un système de focalisation optique. Ce module d’émission remplace avantageusement les sources flash à Xénon utilisées habituellement en fluorimétrie qui consomment beaucoup plus d’énergie, sont plus volumineuses et beaucoup plus chères pour une durée de vie relativement limitée.

L’électronique du système complet est basé sur l’utilisation d’une carte d’application développée par le service TSI/ME de l’Ifremer avec pour cœur numérique la carte ATMEL Atméga. Il s’agit d’une électronique basse consommation qui anticipe les utilisations sur le long terme. En outre, la nouvelle électronique permet d’intégrer les technologies Bluetooth et Wi-Fi ce qui donne accès à une communication sans fil avec l’analyseur. Les analyseurs CHEMINI ont une capacité de stockage en interne des données d’environ 700 spectres entiers à deux longueurs d’onde (mesure et référence). En ce qui concerne le logiciel embarqué, les analyseurs CHEMINI fonctionnent sous deux types d’application :

• une application bas niveau à partir de laquelle l’utilisateur a accès à toutes les actions élémentaires de l’analyseur que ce soit pour les opérations de maintenance ou de mise au point en laboratoire ou sur site (pompes, vannes on et off, réglage thermostat, réglage module LED, acquisition avec visualisation des signaux….). Le débit et le sens de rotation des pompes, l'intensité des LEDS, le gain du module de détection sont paramétrables par logiciel.

• une application de type manuelle à partir de laquelle l’analyseur effectue des cycles complets programmés, c’est à dire des séquences regroupant plusieurs actions élémentaires (mesure d’un échantillon, d’un standard, lavage du circuit…) dont le déclenchement est assuré par un tiers (soit par l’utilisateur comme dans le cas du fonctionnement télé-opéré soit par le biais d’un automate maître).

Les analyseurs CHEMINI sont contrôlés à l’aide d’un logiciel sous Windows XP développé par le service TSI/ME de l’Ifremer. Ce logiciel permet d’avoir accès aux deux types d’applications décrites précédemment avec un mode bas niveau et un mode cycle. Le logiciel permet également le traitement des données et la conversion des données brutes et des résultats directement sous EXCEL.