La présente invention concerne le domaine de l'analyse et de la caractérisation d'un carburant, notamment d'un carburant de type Diesel, biodiesel, essence ou carburéacteur (carburant utilisé en aéronautique également appelé jet fuel mais aussi kérosène par abus de langage).

Elle concerne plus particulièrement un dispositif de caractérisation permettant la mesure de la stabilité à l'oxydation et/ou la stabilité thermique du carburant.

La stabilité des carburants suscite un intérêt considérable de la part des acteurs du domaine aéronautique et du domaine des véhicules terrestres mais aussi du domaine du raffinage en raison, d'une part, de la diversification des carburants (carburants issus du pétrole brut, carburants alternatifs et biocarburants) et des procédés, et d'autre part, des évolutions technologiques.

Par exemple, dans le domaine automobile, les normes anti-pollution imposées aux véhicules incitent les industriels à développer des moteurs de plus en plus performants afin de réduire les émissions à la source, c'est à dire, dès la combustion, ce qui se traduit par une technologie actuelle des moteurs à combustion avec des conditions opératoires des systèmes d'injection diesel de plus en plus sévères, avec une augmentation des contraintes thermiques (T>150°), une augmentation de la pression (P>2500 bar) associées à une diminution du diamètre des trous des injecteurs.

Dans le domaine aéronautique, les cycles de montée en température et en pression imposés au carburant associés à des conditions qui se sévèrisent est critique pour maintenir un produit stable.

Dans le domaine logistique, il apparaît que la chaîne logistique devient de plus en plus complexe avec de nombreux produits différents associés à des additifs variés et nouveaux.

Ces différents points poussent à une caractérisation de la stabilité thermique du carburant très détaillée afin d'éviter des problèmes causés par la dégradation des carburants dans l'automobile, l'aéronautique et le raffinage logistique (ex. : dépôts). Actuellement, il y a une demande croissante des industriels automobiles (constructeurs automobiles, équipementiers, pétroliers, etc.), notamment en Europe, pour une caractérisation de la stabilité thermique de manière plus représentative des nouvelles contraintes subies par les carburants. Aujourd'hui, il n'y a pas de technique certifiée pour étudier la perte de stabilité thermique et la formation de dépôts des carburants diesel en condition dynamique. Cela est lié à la complexité des différentes configurations moteurs ainsi qu'à la difficulté de trouver un test représentatif. Les caractérisations des carburants diesel sont plutôt axées sur la stabilité à l'oxydation avec par exemple les méthodes PetroOxy (selon la norme ASTM 7545) et Rancimat (selon la norme EN15751 ). Dans le cas de l'industrie aéronautique, la stabilité thermique des carburéacteurs est contrôlée et mesurée à travers le test JFTOT™ (Jet Fuel Thermal Oxidation Tester, pour test d'oxydation thermique des carburéacteurs). Un exemple de cette méthode est décrit dans le brevet US 5293218 et dans la méthode standard ASTM D3241 -14be1 . Le test JFTOT™ consiste à faire circuler un carburéacteur autour d'un tube chauffé. Cependant, un test du type JFTOT™ dédié au carburant diesel est actuellement inexistant dans la norme et dans la spécification carburant. De plus, cet équipement présente les inconvénients d'être encombrant, d'avoir une interprétation difficile. Il peut être ajouté que les résultats obtenus par cette méthode ne sont pas représentatifs de ce qu'on retrouve sur le système réel, notamment par le choix des matériaux. En outre, le test de type JFTOT nécessite une quantité de carburant importante et un environnement sécurisé.

Afin de réduire l'encombrement, certains moyens de test de carburant utilisent des puces micro-fluidiques. Un exemple d'un tel moyen de test d'oxydation de carburant est décrit dans la demande de brevet BR PI 1002057-8 A2. Le test spécifique décrit dans ce document concerne une oxydation accélérée au moyen d'injection d'ozone. Toutefois, le dispositif décrit dans cette demande de brevet est complexe, car il nécessite l'injection d'ozone dans le carburant. En outre, la cellule micro-fluidique qui présente un schéma unique ne permet pas de reproduire les phénomènes physiques auxquelles sont soumis les carburants dans la réalité.

Pour pallier ces inconvénients, la présente invention concerne un dispositif de mesure de la stabilité à l'oxydation et/ou de la stabilité thermique de tout type de carburant, y compris le diesel, par une miniaturisation du système de test grâce à la technique micro- fluidique. Les phénomènes physiques auxquelles sont soumis les carburants sont reproduits par les micro-canaux de la puce micro-fluidique, qui comportent des moyens représentatifs de l'injection du carburant et/ou la circulation du carburant pour un système d'entraînement, par exemple un moteur à combustion interne, ou un réacteur aéronautique. Le dispositif selon l'invention

L'invention concerne un dispositif de mesure de la stabilité à l'oxydation et/ou de la stabilité thermique d'un carburant, ledit système de mesure comprenant des moyens d'alimentation en carburant, une puce micro-fluidique, des moyens de circulation dudit carburant au sein de ladite puce micro-fluidique depuis lesdits moyens d'alimentation en carburant, et des moyens de mesure de la stabilité à l'oxydation et/ou de la stabilité thermique dudit carburant, lesdits moyens de mesure étant liés à ladite puce micro-fluidique. Ladite puce micro-fluidique comporte un circuit de micro-canaux de circulation dudit carburant, lesdits micro-canaux comportant des moyens représentatifs de l'injection et/ou de la circulation dudit carburant pour un système d'entraînement, tel qu'un moteur à combustion interne ou un réacteur.

Selon un mode de réalisation de l'invention, lesdits moyens représentatifs de l'injection ou de la circulation d'un carburant comprennent au moins un moyen de cisaillement dudit carburant.

Avantageusement, ledit moyen de cisaillement du carburant comporte au moins une restriction de diamètre d'un micro-canal de circulation dudit carburant.

Conformément à une mise en œuvre, lesdits moyens représentatifs comprend en outre au moins un micro-canal de dérivation dudit carburant, et/ou au moins une forme prédéterminée de micro-canal de circulation dudit carburant.

Avantageusement, les dimensions de la dite puce micro-fluidique sont comprises entre 10x20 mm et 50x100 mm.

Selon un aspect de l'invention, lesdits moyens de mesure comprennent des moyens de mesure relative à l'écoulement dudit carburant pour déterminer une variation d'une propriété physique dudit carburant.

De manière avantageuse, lesdits moyens de mesure relative à l'écoulement dudit carburant comprennent au moins un débitmètre, et/ou au moins un capteur de pression et/ou un capteur de différentiel de pression, et/ou des moyens de contrôle d'un dépôt formé dans ladite puce micro-fluidique.

En outre, lesdits moyens de mesure comportent au moins un spectromètre.

De manière avantageuse, ladite puce micro-fluidique est en verre ou en métal.

De préférence, ledit carburant est un carburant de type carburéacteur, diesel, biodiesel, biocarburant, carburant alternatif, coupes de raffinage ou essence.

Selon un aspect de l'invention, ledit dispositif de mesure comprend des moyens de chauffage de ladite puce micro-fluidique.

Conformément à une caractéristique, lesdits moyens de circulation dudit carburant comprennent un pousse-seringue. De plus, l'invention concerne un système de test d'un carburant comprenant un dispositif de mesure selon l'une des caractéristiques précédentes connecté à une réserve dudit carburant.

En outre, l'invention concerne un capteur d'encrassement agencé au sein d'un moteur à combustion interne ou d'un réacteur. Le capteur d'encrassement comprend un dispositif de mesure selon l'une des caractéristiques précédentes.

Présentation succincte des figures

D'autres caractéristiques et avantages du dispositif selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après.

La figure 1 illustre un dispositif de mesure selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 2 illustre un exemple de puce micro-fluidique selon un mode de réalisation de l'invention.

Description détaillée de l'invention

La présente invention concerne un dispositif de mesure de la stabilité à l'oxydation et/ou de la stabilité thermique d'un carburant. Le dispositif selon l'invention permet notamment de mesurer les dépôts, en d'autres termes l'encrassement, issus d'un carburant dans des conditions spécifiques, qui correspondent aux conditions d'utilisation du carburant. Ainsi, le dispositif selon l'invention peut être utilisé pour analyser les problèmes de colmatage et de formation de dépôts de type vernis, gomme, laque et coke au sein d'un système d'entraînement.

On appelle stabilité à l'oxydation ou autoxydation la tendance d'un carburant à se dégrader à partir de l'oxydation de ses composés par le contact avec l'oxygène.

On appelle stabilité thermique ou thermo-oxydation la caractéristique d'un carburant à se dégrader ou à se décomposer à partir de l'exposition à des températures élevées dans un milieu avec ou sans oxygène. On peut noter que la température ayant un effet direct sur la cinétique des réactions de décomposition d'un carburant.

On appelle système d'entraînement, un système capable de convertir l'énergie chimique d'un carburant en énergie mécanique. En particulier, il peut s'agir d'un moteur à combustion interne, ou d'un réacteur aéronautique (turbine aéronautique). Le carburant testé peut être de tout type, en particulier un diesel, un biodiesel, une essence, un biocarburant, un carburant alternatif ou un carburéacteur. Le système selon l'invention comporte au moins :

- des moyens d'alimentation en carburant à tester, il peut s'agir notamment d'une réserve de carburant, ou de moyens de connexion à un système d'alimentation en carburant,

- une puce micro-fluidique, qui comprend des micro-canaux pour l'écoulement du carburant, et au sein de laquelle le carburant est dégradé et/ou forme des dépôts,

- des moyens de circulation du carburant au sein de la puce micro-fluidique depuis les moyens d'alimentation, et

- des moyens de mesure liés à la puce micro-fluidique, les moyens de mesures sont aptes à mesurer au moins une caractéristique du carburant circulant dans la puce micro-fluidique, et/ou une caractéristique liée au dépôt (encrassement) dans la puce micro-fluidique.

Une puce micro-fluidique est un ensemble de micro-canaux gravés ou moulés dans un matériau (par exemple verre (allant du quartz à la silice fondue en passant par les sodocalciques et borosilicates), silicium, métal ou polymère tel que le PDMS, pour PolyDiMethylSiloxane, ou les résines photosensibles comme la SU-8, ou les polymères thermoplastiques, comme le PMMA ou le PEEK). Classiquement, les micro-canaux constituant la puce micro-fluidique sont connectés entre eux de manière à réaliser une fonction voulue (mélanges, pompage, tri, contrôle de l'environnement bio-chimique, mesures, analyses chimiques). Ce réseau de micro-canaux enfermés dans la puce micro- fluidique est relié à l'extérieur par au moins une entrée et au moins une sortie percées à travers la puce, comme des interfaces entre le monde macroscopique et microscopique. Ce sont par ces trous que le carburant est injecté et évacué de la puce micro-fluidique (au travers de tubes, adaptateurs à seringue ou même de simples trous dans la puce) avec des systèmes actifs extérieurs (contrôleur de pression, pousse-seringue ou pompes péristaltiques) ou des moyens passifs (par exemple des pressions hydrostatiques). Une puce micro-fluidique peut fonctionner sous pression.

Selon l'invention, les micro-canaux de la puce micro-fluidique comportent des moyens représentatifs de l'injection et/ou de la circulation du carburant dans un système d'entraînement (par exemple moteur à combustion interne ou réacteur). On appelle circulation du carburant, l'ensemble du système permettant de relier le réservoir de carburant au système d'entraînement au sein d'un véhicule (automobile ou aéronautique). Ainsi, il est possible de reproduire (« simuler ») les phénomènes physiques, et de réaliser des mesures représentatives des conditions réelles d'utilisation du carburant au sein d'un système d'entraînement. De cette manière, il est possible de quantifier précisément la stabilité à l'oxydation et la stabilité thermique d'un carburant.

Pour reproduire au mieux les phénomènes physiques, les micro-canaux de la puce micro-fluidique peuvent comprendre les moyens représentatifs suivants, seuls ou en combinaison :

- au moins une restriction de diamètre d'un micro-canal de circulation du carburant, une telle restriction de diamètre peut permettre notamment de représenter l'injection du carburant ou la présence d'une vanne,

- au moins un micro-canal de dérivation du carburant (en d'autres termes, la séparation du carburant dans au moins deux micro-canaux parallèles), une telle dérivation peut permettre notamment de représenter une portion d'un circuit d'alimentation en carburant d'un système d'entraînement,

au moins une forme prédéterminée d'un micro-canal : par exemple une courbure du micro-canal, cette forme prédéterminée peut permettre notamment de représenter une portion courbée d'un circuit d'alimentation en carburant d'un système d'entraînement.

De préférence, les moyens représentatifs peuvent comporter au moins un moyen représentatif d'une restriction générant un cisaillement du carburant. Le cisaillement est typiquement rencontré lors du passage du carburant dans un injecteur pour une application tant de le domaine automobile (carburant diesel et essence) comme aéronautique (kérosène). Ainsi, la puce micro-fluidique permet de réaliser des mesures représentatives des conditions réelles d'utilisation du carburant au sein d'un système d'injection. De cette manière, il est possible de quantifier précisément l'impact de l'évolution de la stabilité à l'oxydation et de la stabilité thermique d'un carburant dans un système dit micro-fluidique le plus représentatif possible d'un circuit carburant réel.

Un tel moyen représentatif générant du cisaillement peut préférentiellement prendre la forme d'une restriction de diamètre d'un micro-canal (quel que soit le type de restriction : épaulement, partie tronconique, etc.). La puce micro-fluidique présente l'avantage d'avoir des dimensions réduites, notamment par rapport aux systèmes de l'art antérieur. Dans un but de miniaturisation du dispositif de mesure, les dimensions de la puce micro-fluidique sont comprises entre 10x20 mm et 50x100 mm. De plus, les micro-canaux peuvent avoir des diamètres compris entre 10 μηι et 1000 μηι. En outre, les micro-canaux peuvent avoir des longueurs comprises entre quelques cm et quelques m.

De préférence, les micro-canaux sont sensiblement cylindrique et de section circulaire pour limiter les pertes de charge. Toutefois, les micro-canaux peuvent avoir toute forme adaptée à la circulation du fluide : par exemple cylindrique et de section elliptique, parallélépipédique, etc. Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de mesures liés à la puce micro-fluidique peuvent comprendre les éléments suivants, seuls ou en combinaison :

- au moins un débitmètre, placé en aval ou en amont de la puce micro-fluidique (selon la direction d'écoulement du carburant), selon un exemple de réalisation, le dispositif de mesure peut comprendre deux débitmètres, un en amont de la puce micro-fluidique, et un en aval de la puce micro-fluidique, ce montage permet de mesurer l'évolution du débit induite par la dégradation du carburant et la formation de dépôt au sein de la puce micro-fluidique, notamment si on travaille avec une pompe à pression contrôlée (type « flow control System » de Fluigent),

- au moins un capteur de pression, placé en aval, en amont, ou au sein de la puce micro-fluidique (selon la direction d'écoulement du carburant), selon un exemple de réalisation, le dispositif de mesure peut comprendre deux capteurs de pression, un en amont de la puce micro-fluidique, et un en aval de la puce micro- fluidique, ou un capteur de pression différentiel, ce montage permet de mesurer notamment l'évolution de la perte de charge induite par la dégradation du carburant ou la formation de dépôt au sein de la puce micro-fluidique, notamment si on travaille avec une pompe à débit contrôlé type pousse-seringue ou piston,

- un spectromètre pour mesurer notamment le vieillissement du carburant au sein de la puce micro-fluidique, par exemple infrarouge, UV, fluorescence, etc., un spectromètre réalise uniquement des propriétés chimiques du carburant, - des moyens de mesure en ligne de viscosité et/ou densité,

- des moyens de contrôle du dépôt formé dans la puce micro-fluidique, ces moyens de contrôle du dépôt peuvent être notamment :

o des moyens de mesure optiques, en temps réel (par exemple si la puce micro-fluidique est réalisée en verre) ou ex-situ, pour mesurer l'épaisseur et/ou la couleur et/ou le volume du dépôt, par exemple au moyen de l'une des méthodes suivantes : l'interférométrie ou l'éllipsométrie décrites dans la norme ASTM D3241 , o des moyens de mesure de la masse du dépôt,

Les mesures de débit et/ou de pression peuvent permettre de déterminer l'existence ou non d'une oxydation, par analyse des variations du débit et/ou de la pression.

Selon un aspect de l'invention, les mesures de débit et de pression peuvent être réalisées en temps réel.

De manière avantageuse, les moyens de mesure sont prévus pour réaliser des mesures d'écoulement du carburant. Ainsi il est possible de mesurer l'impact d'une variation des propriétés physiques du carburant sur les mesures de l'écoulement. Ces mesures de l'écoulement peuvent être mises en œuvre par un débitmètre, un capteur de pression ou de différentiel de pression, des moyens de mesure de la viscosité, des moyens de contrôle du dépôt.

Selon une mise en œuvre de l'invention, la puce micro-fluidique peut être réalisée en verre, car ce matériau est compatible avec les carburants et les conditions d'utilisation. De plus, ce matériau permet de faciliter les mesures, en particulier les mesures optiques.

Alternativement, la puce micro-fluidique peut être réalisée en métal, car ce matériau est compatible avec les carburants et les conditions d'utilisation. En outre, le métal correspondant aux matériaux utilisés dans les systèmes d'entraînement, la réalisation de la puce micro-fluidique en métal permet d'assurer une bonne représentativité de la mesure.

Conformément à un aspect de l'invention, le dispositif de mesure comprend des moyens de chauffage de la puce micro-fluidique, par exemple sous forme d'au moins une résistance électrique. Les moyens de chauffage permettent de chauffer le carburant circulant dans la puce micro-fluidique, afin de rendre plus sévères les conditions de circulation du carburant dans la puce micro-fluidique. Ainsi, la mesure de la stabilité à l'oxydation et particulièrement la stabilité thermique sont déterminées précisément.

Par exemple, les moyens de chauffage permettent de chauffer la puce micro-fluidique à des températures comprises entre 25 et 300 °C, de préférence entre 50 et 200 °C.

Conformément à une mise en œuvre de l'invention, le dispositif de mesure peut comprendre une pluralité de puces micro-fluidiques. Ainsi, il est possible de réaliser des mesures pour différentes conditions de fluide. En particulier, chaque puce micro-fluidique peut avoir un moyen de chauffage réglé à une température différente.

Selon un exemple de réalisation, les puces micro-fluidiques peuvent être associées en parallèle. Alternativement, les puces micro-fluidiques peuvent être associées en série. Cette configuration permet de limiter l'encombrement du dispositif de mesure. Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de circulation du fluide dans la puce micro-fluidique peuvent être aptes à réguler le débit de carburant circulant dans la puce micro-fluidique.

Afin de réguler le débit de circulation du fluide dans la puce micro-fluidique, les moyens de circulation de carburant peuvent être un pousse-seringue (avec un volume compris entre 10 μΙ_ et 50 ml_), qui est adapté aux faibles volumes et débits mis en œuvre par le dispositif selon l'invention.

En variante, les moyens de circulation de carburant peuvent être une pompe, par exemple une pompe péristaltique, ou une pompe à pression contrôlée (type « flow control System » de Fluigent).

Avantageusement, le dispositif de mesure peut comprendre en outre au moins l'un des équipements suivants :

- un réservoir d'échantillon du carburant à tester,

- un filtre pour éviter le transport du dépôt, et pouvant servir à la mesure du dépôt collecté par le filtre,

- des moyens d'automatisation de la mesure pour contrôler notamment les moyens de circulation du carburant et les moyens de mesure, et

- un circuit de flush pour nettoyer le dispositif entre deux mesures,

- un module d'analyse permettant de regrouper les mesures, etc.

Avantageusement, il est possible d'utiliser un carburant de type diesel, notamment en raison des matériaux utilisés pour la puce micro-fluidique, des températures de la mesure, et l'utilisation d'éventuels filtres.

La figure 1 illustre, schématiquement et de manière non limitative, un dispositif de mesure 1 selon un mode de réalisation de l'invention. Le dispositif de mesure 1 comporte une entrée de carburant 2 (par exemple une réserve de carburant), qui alimente une pompe seringue 3 au moyen d'une vanne trois voies 4 . Puis, par poussée de la pompe seringue 3, le carburant est conduit jusqu'à la puce micro-fluidique 7 au moyen de conduites 16, différents tronçons de conduites 16 sont reliés ensemble au moyen de connecteurs 10. Les connecteurs 10 permettent une adaptation aux différents diamètres des conduites. La puce micro-fluidique 7 est montée sur un support 6. La puce micro-fluidique peut avoir un diamètre d'entrée du carburant de 500 μηι), et une sortie du carburant de 100 μηι, par exemple une restriction de diamètre (non représentée) étant prévue entre l'entrée et la sortie de la puce micro-fluidique. Le support 6 peut comprendre des moyens de chauffage (non représentés) pour chauffer le carburant circulant au sein de la puce micro-fluidique 7. Pour les moyens de mesure, il est prévu deux débitmètres 5 et 8 ainsi qu'un capteur de pression différentiel 1 1 de part et d'autre de la puce. En amont de la puce micro-fluidique 7, le premier débitmètre 5 mesure le débit du carburant.. De plus, en aval de la puce micro-fluidique 7 est le deuxième débitmètre 8. Ainsi, il est possible de mesurer la différence de débit entre l'entrée et la sortie de la puce micro-fluidique 7 pour s'assurer de l'absence de fuite et de suivre l'évolution de la perte de charge via le capteur de pression différentiel 1 1 . Le dispositif de mesure 1 comporte également une sortie 9 du carburant qui collecte le carburant testé. Selon un mode de réalisation de l'invention, il est possible de travailler en boucle fermée en assurant une recirculation du fluide entre les réservoirs de sortie 9 et d'entrée 2 en utilisant par exemple une pompe péristaltique.

La figure 2, illustre schématiquement et de manière non limitative, une puce micro- fluidique selon un mode de réalisation de l'invention. La puce micro-fluidique 7 représentée comporte un unique micro-canal rectiligne 12. Le micro-canal 12 comporte une entrée de carburant 13, une restriction de diamètre 14 et une sortie de carburant 15, le diamètre de la sortie 15 étant inférieur au diamètre d'entrée 13. La puce micro-fluidique illustrée peut permettre de représenter l'injection de carburant (par exemple diesel) dans un moteur à combustion interne ou un réacteur.

La présente invention concerne également un système de test de carburant comprenant un dispositif de mesure selon une des variantes décrites précédemment (ou d'une combinaison de variantes décrites précédemment). Le système de test de carburant peut être connecté à une réserve de carburant.

Ainsi, le dispositif de mesure peut servir de test, par exemple pour le choix d'un carburant en fonction de conditions d'utilisation.

En outre, la présente invention concerne un capteur d'encrassement comprenant un dispositif de mesure selon l'une des variantes décrites précédemment (ou d'une combinaison de variantes décrites précédemment). Le capteur d'encrassement peut être agencé au sein d'un système d'entraînement, tel qu'un moteur à combustion interne ou un réacteur (ou turbine aéronautique). De plus, le capteur d'encrassement peut être embarqué au sein d'un véhicule (par exemple terrestre ou aéronautique).

Ainsi, le capteur d'encrassement permet de détecter l'encrassement du système d'entraînement, suite à la détection d'un dépôt dans le dispositif de mesure. L'installation au sein d'un système d'entraînement est rendue possible du fait des dimensions de la puce micro-fluidique.