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MÉTROLOGIEAVEC LE COLLÈGE

FRANÇAIS DE MÉTROLOGIE

elles sont particulièrement adaptéesau domaine de l’agroalimentaire, sansperte de charge et stérilisables. Du côtédes microdébits, on retrouve les MEMSmettant à profit l’effet Coriolis à petiteéchelle. Ils permettent des mesures dedébit inférieures à 2 g /h.Enfin ont été présentées les dernièresévolutions en termes d’étalonnage avecen particulier le développement d’unnouveau banc par le x. Cela revient àmesurer une goutte tous les 35 jours !Une seconde présentation de Flores-tan Ogheard s’est focalisée sur une nou-velle méthode d’étalonnage, la méthodedynamique. Le développement de cetteméthode part du constat d’un décalageentre les conditions d’étalonnage (sta-bles et sur une longue durée) et lesconditions de mesures réelles (insta-ble et souvent sur des temps court,notamment lorsqu’il y a une boucle derégulation du débit). Un des premiersproblèmes est le temps de réponse longdes débitmètres pouvant aller jusqu’àplusieurs secondes voire dépasser les 10secondes. Une application où cet effetpeut avoir des conséquences écono-miques majeures est celle par exem-ple des compteurs d’eau domestique.Des travaux réalisés pour cette appli-cation dans le cadre du projet européenMetrowamet en cours, a pour but de sti-muler l’innovation, faire évoluer lesnormes et vise à faire émerger uneméthode d’étalonnage permettant d’at-teindre des temps d’établissement infé-rieurs à 0,1 s et de mesurer des débitsde 1 g/h à 15000 kg/h au sein des labo-ratoires références nationales en débit-métrie liquide partenaires du projet.Cette méthode sera validée par descomparaisons interlaboratoires à tra-vers le réseau Euramet en 2020.

Cette journée s’est ouverte sur uneprésentation de Florestan Oghearddu Cetiat qui était aussi le copi-lote de la journée et qui a large-

ment contribué à sa programmation.Mr Ogheard a présenté un panoramades dernières innovations en débitmé-trie liquide. Il s’est attaché tout d’abordà présenter les développements desmesures existantes avec les débitmè-tres à usage unique permettant la me-sure de faibles débits (inférieurs à 1 litre/h) adaptés aux applications médi-cales, intégrant la détection de bullesd’air et selon les types, la mesure detempérature intégrée et d’autres mo-dèles permettant la mesure de débitsplus importants (< 4 500 litres /h)pour des applications par exemple enchromatographie ou biopharmaceu-tique. Par ailleurs, pour des applicationsen chimie, pétrochimie ou procédés in-dustriels, de nouveaux modèles de dé-bitmètres à ultrasons à temps de transitsont particulièrement adaptés car ilspermettent d’opérer sur une plage detempérature étendue de -190°C à+600°C. Certains modèles sont parti-culièrement simples à mettre en œuvreavec une électronique enclipsable. Lesdésormais classiques débitmètres mas-siques à effet Coriolis continuent des’améliorer avec des mesures de débitspouvant aller jusqu’à 550 000 litres /hsur des plages de température de -196°Cà +200°C tout en conservant une exac-titude de 0,1% VM (valeur mesurée).Ensuite, Florestan Ogheard a présentéles nouvelles méthodes de mesure. Ona pu voir notamment l’utilisation desondes acoustiques de surface, désor-mais implémentées dans des capteursindustriels. Permettant des mesures dedébits allant jusqu’à 90 000 litres /h,

Les présentations se sont poursuiviespar une intervention de Frédéric Rufide la société Bürkert qui a présenté undébitmètre mettant en œuvre la tech-nologie citée précédemment des ondesacoustiques de surface. La présenta-tion a insisté sur la différence avec lamesure classique par ultrasons. Sousl’effet d’un transducteur interdigité, spé-cialement conçu et protégé par unefamille de brevets, les ondes acous-tiques de surfaces se développent à lasurface du tube transportant le fluide etse couplent à celui-ci sous la formed’une onde de compression. Quatretransducteurs pouvant agir commeémetteur et récepteur sont actifs etcouplés. Les temps de transit des ondesainsi générées sont directement liés àla nature et la vitesse du fluide dans leconduit, ce qui permet de remonter audébit. Cette méthode est particulière-ment robuste vis-à-vis des variationsde température. Elle ne présente pasles inconvénients des mesures électro-magnétiques qui requièrent une conduc-tivité non nulle du fluide, les débitmètresCoriolis avec des pertes de charge, et lesdébitmètres à ultrasons avec une ins-tallation parfois délicate.Lionel Matthys, le CTO de la sociétéFluigent a ensuite pris la parole pourprésenter les développements des tech-nologies microfluidiques en particuliersur la génération et la régulation dedébits. La microfluidique est un domainede recherche assez récent qui trouveses sources en particulier dans l’obser-vation du monde vivant (animal avec lescapillaires sanguins ou végétal avec lapropagation de la sève dans les feuillesd’arbre). La microfluidique a été mise àprofit dans les imprimantes à jet d’en-cre ou encore les cytomètres en flux.

COMPTE RENDU DES JOURNÉES TECHNIQUES DU CFM

Quoi de neuf en débitmétrie liquide ?Le 2 avril dernier, le Collège français de métrologie organisait une journée technique sur lethème de la débitmétrie liquide, en s’attachant à présenter les dernières avancées, enparticulier technologiques de ce domaine en constante évolution. Différents intervenantsexperts dans ce domaine ont pu apporter leur témoignage et présenter des exemples etretours d’expérience concrets.

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La réalisation de systèmes utilisant lamicrofluidique repose au départ sur lagénération de particules de manièrerépétable. Elle ouvre la voie des tech-nologies Lab-on-a-chip pour des appli-cations notamment de médecinepersonnalisée où les laboratoires serapprochent des patients. Pour ces tech-nologies, la génération et la maîtrisedes débits est clé. Fluigent a développéune expertise au départ sur les pompesde pression et la mesure des débits pourdébits allant de 1 à 500 microlitres /min pour des applications biologiquespar exemple. Son expertise s’est élargienaturellement vers les boucles de régu-lation en débit en partant du tradition-nel PID pour aller vers des algorithmesfonctionnant par apprentissage tempsréel permettant de compenser les effetsde crosstalk et d’éviter les overshoots.Lionel Matthys conclut sur les besoinsforts de collaborations avec les acteursde la métrologie.C’est Yann Le Gueniou de Bronkhorst quiprend le relai en présentant des retoursd’expériences sur le microdosage. Lepremier sujet concerne les mesures demicrodébits par débitmètre massiqueCoriolis. Il n’est jamais inutile et tou-jours intéressant de rappeler l’origined’un effet physique avec la mise en évi-dence en 1835 par Gustave GaspardCoriolis de l’effet éponyme : la déviationapparente d’un objet en mouvementdans un référentiel en rotation. Cemême effet que l’on expérimentelorsque l’on marche dans le train et quel’on ressent une force latérale lorsque letrain se trouve dans une courbe. L’effetCoriolis est implémenté avec succèsen mesurant la déformation d’un tubeen mouvement lors du passage dufluide. Il permet des mesures répétablesavec une grande justesse, quelles quesoient la nature et la phase des fluidesmesurés et ce sur des plages de débitstrès larges, en adaptant bien sûr la géo-métrie des tubes et donc du capteur.Ces débitmètres sont implémentés trèsefficacement dans des boucles de régu-lation avec vannes et algorithme derégulation type PID.Pour la mesure de petits débits, Yann LeGueniou présente la technologie desdébitmètres à ultrasons à temps de

transit qui est non intrusive avec uneconception hygiénique insensible auxvibrations. Enfin, la maîtrise de ces tech-nologies permet le développement desystèmes complets applicables à descas complexes par exemple les dosagesd’additifs. Dans ce cas, l’utilisation d’undébitmètre massique Coriolis présen-tant une grande exactitude de mesureest requise. La conception de tels sys-tèmes depuis le choix des composants(capteurs, actionneurs) jusqu’aux fonc-tionnalités logicielles ne peut se fairequ’en ayant à la fois une compréhensionfine du besoin et une connaissancedétaillée des composants, de leurscaractéristiques, leurs performances etcomment celles-ci influent sur les per-formances globales.Oras Abbas de Trescal a présentéensuite un retour d’expérience sur lesméthodes d’étalonnage de débitmètresliquides. Tout d’abord une présentationdes activités du laboratoire de débit-métrie de Cherbourg met en évidencela diversité des débitmètres étalonnés :à ultrasons, à turbine, électromagné-tiques, à flotteur, Coriolis, à liaisonmagnétique, compteurs d’eau. OrasAbbas présente ensuite la caractérisa-tion et la validation d’une méthoded’étalonnage par comparaison à desdébitmètres Coriolis. Cette méthodes’avère reproductible ; les incertitudesrevendiquées sont validées par corres-pondance à une méthode accréditée ;elle apporte un gain de temps significa-tif et permettra d’étalonner 80 % desappareils à étalonner.Pour finir cette journée, un retour d’ex-périence présentant aussi les enjeuxassociés à la mesure de débit liquideen centrale nucléaire a été donné parEmmanuel Thibert d’EDF. La mesurede débits en particulier d’eau est au

cœur de la performance des centres deproduction d’électricité d’EDF. Elle aussifondamentale pour la validation descodes de calculs. La méthode présentéepour la mesure de débit d’eau est lamesure par diaphragme. Une étudedétaillée des différents paramètres(notamment géométrique…) influen-çant la mesure est présentée. Des résul-tats de simulation et comparaison àd’autres modalités de mesure permet-tent d’avancer dans la compréhensiondu modèle et l’adéquation aux résultatsde mesure. Enfin, l’intervention s’achèvepar la présentation du banc Everest.

ConclusionEn conclusion, la débitmétrie liquide estun domaine qui est mature avec destechnologies comme la débitmétrieCoriolis bien connue aujourd’hui, maî-trisée et déployée largement, mais qui parailleurs ne cesse d’évoluer soit dans ledéveloppement des technologies exis-tantes soit dans le développement denouvelles technologies par exemple lesondes de surface. Les évolutions vers lesmicrodébits ouvrent la voie vers la microet nanofluidique qui sont un champ d’ex-périmentation qui verra sans aucun doutepousser de nouvelles innovations quiimpacteront la biologie, la chimie, lamédecine dans un futur proche.

Lors du congrès international de

métrologie (CIM2019) qui aura lieu du 24

au 26 Septembre 2019 à Paris en parallèle

du salon Measurement World, une session

orale « Innovations en débitmétrie » et une

session posters « Débit » présenteront les

dernières avancées dans ce domaine

d’experts internationaux.

Plus d’informations ici :

http://www.cim2019.com/

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