DANS UN CANAL

DOMAINE TECHNIQUE

[001] Le domaine de l'invention est celui de la détermination d'une pression d'un liquide en écoulement dans un canal, et en particulier dans un canal millifluidique voire microfluidique.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

[002] La microfluidique concerne l'écoulement des liquides dans des canaux de dimensions transversales submillimétriques, et ses applications couvrent habituellement les sciences physiques, chimiques, du vivant, biologie, médical, environnement, génie des procédés et ingénierie.

[003] Selon les applications, il peut être important de connaître la pression du liquide en écoulement dans un canal microfluidique. Pour cela, on utilise habituellement un capteur de pression qui peut comporter une membrane ou un diaphragme déformable qui sépare deux espaces, l’un étant le lieu d’écoulement du liquide, et l’autre étant porté à une pression de référence. La différence de pression entre les deux espaces conduit à une déformation de la membrane, dont la mesure de l'intensité de déformation (ou de la fréquence de vibration) permet de déduire la pression du liquide en écoulement. Cependant, en raison des dimensions de la membrane, le capteur de pression est habituellement disposé en amont ou en aval du canal, dans une zone du circuit fluidique où les dimensions transversales sont suffisamment grandes. La pression n'est donc pas mesurée au sein même du canal microfluidique, ce qui peut conduire à fournir des valeurs erronées. De plus, le capteur de pression peut être sujet à une dérive de mesure, notamment qu'il subit une dégradation ou un encrassement progressif de la membrane, notamment lors d'une utilisation sur des temps longs.

EXPOSÉ DE L'INVENTION

[004] L'invention a pour objectif de remédier au moins en partie aux inconvénients de l'art antérieur, et plus particulièrement de proposer un système de mesure, et son procédé de détermination de la pression d'un liquide en écoulement dans un canal. Un tel système de mesure présente une fiabilité améliorée dans la mesure où la pression est déterminée à partir d'une mesure thermique et d'une fonction de calibration prédéterminée, et non pas de manière indirecte à partir de valeurs d'un capteur de pression déporté dont les performances sont par ailleurs susceptibles de se dégrader.

[005] Pour cela, un objet de l'invention est un système de mesure adapté à déterminer au moins une pression Pheq d'un liquide d'intérêt de compressibilité k _m en écoulement dans un canal de rayon intérieur r^t, le liquide d'intérêt et le canal étant choisis de sorte que le produit k _m xr _in t est inférieur ou égal à 12.5xl0 ^-11 mm/Pa. Il comporte : le canal ; un actionneur d'écoulement, adapté à mettre en écoulement le liquide d'intérêt dans le canal, de sorte que le liquide d'intérêt présente un rapport V _m /c inférieur ou égal à 0.3, où V _m est une vitesse maximale du liquide d'intérêt dans le canal et où c est une vitesse du son dans le liquide d'intérêt ; un dispositif de mesure thermique, adapté à mesurer au moins une température Theq du liquide d'intérêt en écoulement dans le canal ; et une unité de traitement, adaptée à déterminer la pression Pheq à partir de la température Theq mesurée et d'une fonction de calibration prédéterminée f, exprimant une évolution d'un écart en pression AP entre la pression Pheq et une pression de référence P _eq prédéfinie du liquide d'intérêt au repos dans le canal, en fonction d'un écart en température AT entre la température mesurée Theq et une température de référence T _eq prédéfinie du liquide d'intérêt au repos dans le canal.

[006] L'écart en température AT entre la valeur Theq mesurée et la valeur T _eq prédéfinie peut être déterminé par l'unité de traitement. La valeur T _eq prédéfinie peut être enregistrée dans une mémoire de l'unité de traitement. En variante, cet écart en température AT peut être déterminée par le dispositif de mesure thermique lui-même, qui intégrerait alors la valeur T _eq prédéfinie dans une mémoire et fournirait la valeur AT directement à l'unité de traitement.

[007] La fonction de calibration f exprime une variation, c'est-à-dire une évolution, de l'écart en pression AP en fonction de l'écart en température AT : AP = f(AT). On comprend donc que les termes 'variation' et 'évolution' ont la même signification. Cette variation ou évolution peut être positive ou négative. Par ailleurs, la fonction de calibration f peut être une fonction affine définie par la relation : AP = pxAT, où P est une constante prédéterminée, positive ou négative (et par exemple positive), avec AP=Ph _eq -Peq et AT=Theq-T _eq .

[008] Le canal peut présenter une longueur inférieure ou égale à 5cm.

[009] Il peut être rectiligne sur toute sa longueur et présenter un rayon intérieur r,nt constant.

[0010] L'actionneur d'écoulement peut comporter des conduits raccordant le canal à une pompe et à un réservoir du liquide d'intérêt, les conduits présentant un rayon intérieur supérieur à n _n t.

[0011] Le dispositif de mesure thermique peut être adapté à détecter un rayonnement infrarouge émis par le liquide d'intérêt et transmis par une paroi périphérique du canal et à déduire la température Theq, la paroi périphérique étant réalisée en un matériau transparent au rayonnement infrarouge.

[0012] Le dispositif de mesure thermique peut comporter au moins un capteur thermique de contact, disposé au contact d'une paroi périphérique du canal.

[0013] Le capteur thermique de contact peut être disposé au contact d'une face extérieure de la paroi périphérique, celle-ci étant réalisée en un matériau conducteur thermique de sorte que la température de la face extérieure est égale à la température Theq du liquide.

[0014] Le canal peut présenter un diamètre intérieur dint compris entre lOpm et 1mm.

[0015] Le dispositif de mesure thermique peut être adapté à acquérir une image thermique du liquide d'intérêt, et l'unité de traitement peut être adaptée à déterminer une image de pression à partir de l'image thermique acquise et de la fonction de calibration f.

[0016] Un autre objet de l'invention est un procédé de détermination d'une pression Pheq d'un liquide d'intérêt en mouvement dans le canal du système de mesure selon l'une quelconque des caractéristiques précédentes, le procédé comportant une phase de mesure comportant les étapes suivantes : o choix d'un liquide d'intérêt de compressibilité k _m et du canal de rayon intérieur n _n t, de sorte qu'un produit k _m xr _in t est inférieur ou égal à 12.5xio ^-11 mm/Pa ; o mise en écoulement du liquide d'intérêt dans le canal à un débit prédéfini par l'actionneur d'écoulement, de sorte qu'il présente un rapport V _m /c inférieur ou égal à 0.3, où V _m est une vitesse maximale du liquide dans le canal et où c est une vitesse du son dans le liquide d'intérêt ; o mesure d'une températureTheq du liquide d'intérêt en écoulement dans le canal par le dispositif de mesure thermique, et détermination d'un écart en température AT alors non nul entre la température mesurée Theq et une température de référence T _eq prédéfinie du liquide d'intérêt au repos ; o détermination de la pression Pheq du liquide d'intérêt par l'unité de traitement, à partir de l'écart en température AT déterminé, et d'une fonction de calibration prédéterminée f, exprimant une évolution d'un écart en pression AP entre la pression Pheq du liquide d'intérêt en écoulement dans le canal et une pression de référence P _eq prédéfinie du liquide d'intérêt au repos, en fonction de l'écart en température AT.

[0017] Le procédé peut comporter une phase de calibration, effectuée avant la phase de mesure, comportant les étapes suivantes : o choix d'un liquide de compressibilité k _c et d'un canal de rayon intérieur r,nt d'un système de calibration, de sorte qu'un produit k _c xri _n t est inférieur ou égal à 12.5xl0 ^-11 mm/Pa ; o mise en écoulement du liquide dans le canal par un actionneur d'écoulement du système de calibration à un débit prédéfini, de sorte qu'il présente un rapport V _m /c inférieur ou égal à 0.3, où V _m est une vitesse maximale du liquide dans le canal et où c est une vitesse du son dans le liquide ; o mesure d'une température Theq du liquide en écoulement dans le canal par un dispositif de mesure thermique du système de calibration, et détermination d'un écart en température AT alors non nul entre la température mesurée Theq et une température de référence T _eq prédéfinie du liquide au repos ; o mesure d'une pression Pheq du liquide en écoulement dans le canal par un capteur de pression du système de calibration, et détermination d'un écart en pression AP alors non nul entre la pression mesurée Pheq et une pression de référence P _eq prédéfinie du liquide au repos ; o réitération des étapes de mesures de la température Theq et de la pression Pheq pour différents débits du liquide dans le canal ; o détermination de la fonction de calibration f, par une unité de traitement du système de calibration à partir des différentes valeurs de l'écart en température AT et des valeurs correspondantes de l'écart en pression AP.

[0018] Le liquide d'intérêt peut être choisi parmi l'eau, un alcool et le glycérol.

[0019] Le liquide d'intérêt peut être identique au liquide utilisé lors de la phase de calibration

[0020] La mise en écoulement du liquide d'intérêt peut être effectuée par aspiration, de sorte que la température mesurée Theq est alors inférieure à la température de référence T _eq et correspond à un refroidissement du liquide d'intérêt ; ou peut être effectuée par refoulement, de sorte que la température mesurée Theq est alors supérieure à la température de référence T _eq et correspond à un réchauffement du liquide d'intérêt.

[0021] Le canal peut être réalisé en un matériau thermiquement conducteur, et au contact thermique d'un dispositif externe, de sorte que le refroidissement ou le réchauffement du liquide d'intérêt entraîne respectivement un refroidissement ou un réchauffement du dispositif externe.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

[0022] D’autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure IA est une vue schématique et partielle d'un système de mesure selon un mode de réalisation, adapté à déterminer la pression d'un liquide en écoulement dans un canal ; la figure IB est une vue schématique et partielle, en coupe longitudinale, du canal du système de mesure ; la figure IC est une vue schématique et partielle, en coupe transversale, du canal et du dispositif de mesure thermique du système de mesure ; la figure 2A illustre un exemple d'une fonction de calibration f exprimant une évolution d'un écart en pression AP en fonction d'un écart en température AT ; la figure 2B est une vue schématique et partielle d'un système de calibration selon un mode de réalisation, adapté à déterminer la fonction de calibration f ; la figure 3 est un organigramme d'un procédé de détermination de la pression du liquide en écoulement dans le canal, comportant ici une phase préalable de détermination de la fonction de calibration f.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

[0023] Sur les figures et dans la suite de la description, les mêmes références représentent les éléments identiques ou similaires. De plus, les différents éléments ne sont pas représentés à l'échelle de manière à privilégier la clarté des figures. Par ailleurs, les différents modes de réalisation et variantes ne sont pas exclusifs les uns des autres et peuvent être combinés entre eux. Sauf indication contraire, les termes « sensiblement », « environ », « de l'ordre de » signifient à 10% près, et de préférence à 5% près. Par ailleurs, les termes « compris entre ... et ... » et équivalents signifient que les bornes sont incluses, sauf mention contraire.

[0024] L'invention porte sur la détermination d'une pression Pheq d'un liquide en écoulement dans un canal, non pas à partir d'un capteur de pression dédié, mais à partir d'une mesure d'une température du liquide (et plus précisément d'un écart en température AT) et au moyen d'une fonction de calibration f prédéterminée. Le liquide dont il s'agit ici de déterminer la pression est appelé par la suite 'liquide d'intérêt', pour ainsi le distinguer du liquide utilisé pour établir au préalable la fonction de calibration. Le liquide d'intérêt, comme le liquide de calibration, est un liquide de masse volumique p, de viscosité dynamique p, et de compressibilité k. [0025] Dans le cadre théorique habituel de la mécanique des fluides, on considère un liquide comme étant incompressible lorsque son volume et, par conséquent, la masse volumique de chaque particule liquide, reste constant au cours du mouvement. Aussi, la masse volumique p est une constante dans tout l'écoulement et en tout instant. C'est en particulier le cas lorsque le nombre de Mach correspondant est faible, habituellement inférieur à 0.3, voire inférieur à 0.1, ou moins. Le nombre de Mach est défini par la relation : Ma = V _m /c où V _m est la vitesse maximale du liquide en écoulement et c la vitesse du son dans le liquide en question.

[0026] Ainsi, dans un liquide incompressible, puisque le champ de vitesse est par définition à divergence nulle, les effets de dilatation et de compression du liquide sont supposés inexistants. Ainsi, les équations du modèle classique de mécanique des liquides pour un liquide incompressible (équations de continuité, de dynamique et d'énergie) conduisent à découpler le problème dynamique (vitesse, pression) du problème thermique. Ainsi, en écoulement incompressible, on considère habituellement que la pression du liquide n'a pas d'influence thermodynamique, et que les problèmes dynamique et thermique peuvent être résolus indépendamment l'un de l'autre.

[0027] Cependant, les inventeurs ont constaté que ce cadre théorique classique n'est pas toujours vrai dans le cas des liquides en mouvement lorsqu'une condition sur le produit de la compressibilité k du liquide avec une dimension transversale caractéristique r,nt du canal est vérifiée (cette condition est explicitée plus loin). C'est en particulier le cas dans les canaux de taille millimétrique, micrométrique, voire même nanométrique. Ils ont ainsi mis en évidence que les liquides habituellement considérés comme étant incompressibles en écoulement présentent une certaine compressibilité, c'est-à-dire reliée à une élasticité (appelée élasticité de cisaillement) dont l'effet physique est d'autant plus important que la dimension caractéristique r,nt du canal est faible.

[0028] Aussi, mettre en mouvement un tel liquide dans un canal en respectant la condition sur le produit kxr _int revient à solliciter l'élasticité de cisaillement du liquide, et donc à le mettre hors d'équilibre thermodynamique par effet thermoélastique (effet que l'on pourrait également appeler « élasto-calorique ». En effet, un couplage thermoélastique est alors présent, de sorte que la mise en écoulement du liquide se traduit par un échauffement (contrainte mécanique en compression) ou par un refroidissement (contrainte mécanique en tension). Une présentation de la thermoélasticité liée à l'élasticité de cisaillement mésoscopique se trouve notamment dans l'article de Kume et al. intitulé Strain-induced violation of temperature uniformity in mesoscale liquids, Sci Rep, 10, 13340 (2020).

[0029] Les inventeurs ont développé un système de mesure et un procédé de détermination de la pression du liquide, tirant parti de cet effet thermoélastique appliqué à l'écoulement dans des canaux dont la dimension caractéristique r,nt respecte la condition sur le produit kxr _int . Un tel système de mesure permet d'écarter les inconvénients des capteurs de pression de l'art antérieur mentionnés précédemment, dans la mesure où la pression du liquide en écoulement est déterminée in situ dans une zone de mesure du canal, à partir d'une mesure thermique (donc par une mesure qui ne perturbe pas l'écoulement du liquide), et d'une fonction de calibration prédéterminée.

[0030] Notons par ailleurs que cette variation de la température du liquide d'intérêt par effet thermoélastique diffère d'un échauffement lié à un effet de type friction visqueuse (un tel effet n'est d'ailleurs pas en mesure de provoquer un refroidissement du liquide). En effet, un échauffement par dissipation visqueuse est conventionnelle attendu lorsque le liquide s'écoule à une vitesse proche de celle du son (Ma = 1), ce qui ne correspond pas au cadre opératoire de l'invention.

[0031] La figure IA est une vue schématique et partielle d'un système de mesure 1 selon un mode de réalisation, adapté à déterminer une pression d'un liquide d'intérêt en écoulement dans un canal 10. Les figures IB et IC sont des vues schématiques et partielles, en coupes longitudinale et transversale, du canal 10 du système de mesure 1 de la fig.lA.

[0032] D'une manière générale, le système de mesure 1 comporte le canal 10, un dispositif de mise en mouvement 20 du liquide d'intérêt dans le canal 10 (appelé actionneur d'écoulement), un dispositif de mesure thermique 30 adapté à mesurer une température du liquide dans le canal 10, et une unité de traitement 40 adaptée à déterminer la pression du liquide dans le canal 10 à partir de la température mesurée (et plus précisément à partir d'un écart en température AT) et de la fonction de calibration f prédéterminée.

[0033] Le canal 10 est un conduit d'écoulement formé d'une paroi périphérique 11 présentant une face intérieure 12, qui délimite la section de passage du liquide, et une face extérieure 13 opposée. Le canal 10 s'étend longitudinalement entre une première extrémité 10.1 et une deuxième extrémité 10.2, sur une longueur L. La section droite (section transversale) d'écoulement fluidique du canal 10 peut être de forme circulaire (tube) ou ovale, ou de forme polygonale par exemple carrée, octogonale.... Le canal 10 présente de préférence un rapport d'aspect égal à 1, le rapport d'aspect étant défini à partir de deux dimensions intérieures transversales du canal 10 orthogonales entre elles. On définit une dimension intérieure transversale dint du canal 10, appelée diamètre intérieur ou diamètre intérieur équivalent, comme étant le diamètre d'un disque présentant la même surface que la section droite d'écoulement fluidique du canal 10. Le rayon intérieur r,nt est égal à la moitié du diamètre dint- Dans la suite de la description, à titre d'illustration, le canal 10 est un tube cylindrique de section circulaire.

[0034] Le rayon intérieur r,nt est choisi en fonction de la valeur de la compressibilité k _m du liquide de sorte que la condition suivante soit vérifiée : k _m xr _in t < 12.5xl0 ^-11 mm/Pa. Lorsque cette condition est vérifiée, les inventeurs ont constaté que le liquide en écoulement dans le canal 10 présente un effet thermoélastique qui conduit à une variation de la température Theq du liquide par rapport à la température T _eq du liquide au repos. Aussi, lorsque la compressibilité k _m du liquide est de l'ordre de 10 ^-9 à 10 ¹¹ Pa ¹ (ici dans le cas d'un liquide), le rayon intérieur r,nt du canal 10 peut être de l'ordre de quelques microns, voire dizaines ou centaines de microns, voire de l'ordre du millimètre ou de la dizaine de millimètres. Ainsi, dans le cadre d'un écoulement microfluidique ou millifluidique, le diamètre intérieur dint peut être compris entre lpm et 10mm, voire être compris entre lOpm et 1mm.

[0035] Le canal 10 peut s'étendre de manière rectiligne sur toute sa longueur, voire de manière courbe. Il peut également être rectiligne ou courbe dans la zone de mesure thermique. Son diamètre d, _n t peut être constant sur toute sa longueur, ou peut varier. La longueur L peut être inférieure ou égale à 5cm si l'on souhaite limiter ou éviter la présence d'instabilités thermiques suivant l'axe longitudinal du canal 10.

[0036] La paroi périphérique 11 du canal 10 peut être réalisée en un matériau transparent au rayonnement lumineux infrarouge, par exemple dans le LWIR (Long Wavelength Infrared, en anglais), dans le cas où le dispositif de mesure thermique 30 repose sur une mesure par détection infrarouge. En variante, dans le cas où le dispositif de mesure thermique 30 comporte une ou plusieurs thermistances situées au contact de la face extérieure 13 de la paroi périphérique 11, cette dernière est réalisée en un matériau présentant une conductivité thermique suffisante pour que la face extérieure 13 présente une température égale à celle du liquide. Ainsi, le matériau de la paroi périphérique 11 (et donc ses propriétés optique et thermique) dépend du type de dispositif de mesure thermique 30 utilisé, comme décrit en détail plus loin.

[0037] Le liquide d'intérêt est un matériau qui peut s'écouler dans le canal. Il peut s'agir, par exemple, d'un liquide visqueux, newtonien ou non, tel que l'eau, du glycérol, d'un alcool, un polymère fondu, les liquides physiologiques ou organiques (sang, lymphe, sérosité...), les solutions colloïdales, entre autres. Il présente une viscosité dynamique p _m , d'une masse volumique p _m , et d'une compressibilité k _m . La compressibilité k _m peut être égale à quelques unités ou à quelques centaines de 10 ¹¹ Pa ¹ . A titre d'exemple, k _m est égal à 3.7xio ^-11 Pa ¹ pour le mercure, à 45.8xl0 ^-11 Pa ¹ pour l'eau, et à HOxlO ¹¹ Pa ¹ pour l'éthanol. [0038] Comme indiqué précédemment, le liquide d'intérêt de compressibilité k _m et le canal 10 de rayon intérieur r,nt sont choisis de sorte que la condition suivante soit vérifiée : k _m xr _in t < 12.5xl0 ^-11 mm/Pa. Lorsque cette condition est vérifiée, le liquide en écoulement dans le canal 10 présente un effet thermoélastique homogène qui conduit à une variation de la température Theq du liquide par rapport à la température T _eq du liquide au repos.

[0039] Le système de mesure 1 comporte un dispositif de mise en écoulement 20, également appelé actionneur d'écoulement, adapté à assurer un écoulement du liquide d'intérêt dans le canal 10 à un débit D prédéfini qui peut être constant ou non. L'écoulement peut ainsi être continu suivant une direction ou dépendant du temps et peut présenter un débit qui peut varier ou rester constant.

[0040] L'actionneur d'écoulement 20 comporte ainsi au moins une pompe 21 (c'est-à-dire un dispositif adapté à mettre le liquide en mouvement par refoulement ou aspiration), au moins un réservoir 22 du liquide d'intérêt, et des conduits de raccordement 23 qui assure le raccord fluidique du canal 10 à la pompe 21 et au réservoir 22. La ou les pompes 21 sont raccordées directement aux conduits 23, et ne sont pas situées dans le canal 10 de manière à éviter de perturber l'écoulement du liquide dans le canal 10 et ainsi à éviter de dégrader la qualité de la mesure de la température du liquide.

[0041] Dans cet exemple, le système de mesure 1 comporte une seule pompe 21, disposée entre le réservoir 22 et la première extrémité 10.1 du canal 10. Il peut s'agir d'une micropompe, telle qu'une micropompe péristaltique, ou de tout dispositif équivalent (pousse-seringue par exemple). La pompe 21 est adaptée à assurer l'écoulement du liquide dans le canal 10 à un débit D prédéfini, qui peut être constant ou non.

[0042] Un débitmètre 24 est de préférence raccordé au canal 10, et est ici situé entre la pompe 21 et la première extrémité 10.1 du canal 10. A partir de la valeur mesurée par le débitmètre 24, on peut en déduire la valeur du débit D du liquide dans le canal 10. De préférence, la pompe 21 est configurée pour que le débit du liquide dans le canal 10 soit inférieur ou égal à une valeur maximale D _m prédéfinie si l'on souhaite éviter la présence d'instabilités thermiques suivant l'axe longitudinal du canal 10. Le débit maximal D _m dépend notamment de la nature du liquide, et est de 416mm ³ /s environ dans le cas de l'eau, et de 2.5mm ³ /s pour un alcool.

[0043] Le réservoir 22 du liquide est raccordé ici aux deux extrémités du canal 10. Le liquide y présente une pression prédéfinie, qui peut être ici la pression atmosphérique P _atm . Cette pression correspond également à la pression de référence P _eq du liquide lorsqu'il est au repos dans le canal

10. [0044] Les conduits de raccord 23 assurent donc le raccordement fluidique entre le réservoir 22, la pompe 21 et le canal 10. Ils présentent un diamètre intérieur qui peut être supérieur au diamètre dint du canal 10, par exemple d'un rapport 2, 5, 10 voire davantage.

[0045] D'autres configurations sont bien entendu possibles. Ainsi, une deuxième pompe peut être situé entre le réservoir 22 et la deuxième extrémité 10.2. Par ailleurs, plusieurs réservoirs peuvent être utilisés. Le ou les réservoirs peuvent également contenir le liquide d'intérêt en surpression, auquel cas la ou les pompes peuvent ne pas être nécessaires, et une vanne est prévue pour autoriser ou bloquer l'écoulement du liquide.

[0046] Notons que la disposition de la pompe 21 vis-à-vis du canal 10 et le sens de l'écoulement imposé définissent le type de contrainte mécanique, en compression ou en tension, subi par le liquide dans le canal 10, et donc le signe de la variation en température AT (échauffement ou refroidissement).

[0047] Ainsi, dans cet exemple où la pompe 21 est située entre le réservoir 22 et la première extrémité 10.1 du canal 10, un sens d'écoulement orienté de la première extrémité 10.1 à la deuxième extrémité 10.2 conduit à ce que le liquide dans le canal 10 subit une contrainte mécanique en compression, se traduisant par un échauffement par effet thermoélastique. Le liquide présente alors un écart en température AT = Theq -T _eq de signe positif et un écart en pression AP = Pheq - Peq de signe positif également. On note ici T _eq et P _eq la température et la pression du liquide au repos dans le canal 10 (« eq » correspond à « en équilibre thermodynamique »), et Theq et Pheq la température et la pression du liquide en écoulement dans le canal 10 (« heq » correspond à « hors équilibre thermodynamique »).

[0048] Inversement, dans le cas où le sens d'écoulement imposé par la pompe 21 est orienté de la deuxième extrémité 10.2 à la première extrémité 10.1, le liquide en écoulement dans le canal 10 subit une contrainte mécanique en tension, se traduisant par un refroidissement par effet thermoélastique. Le liquide présente alors un écart en température AT de signe négatif et un écart en pression AP de signe négatif également.

[0049] Notons enfin que l'effet thermoélastique conduit à ce que la température Theq et la pression Pheq du liquide en écoulement dans le canal 10 sont sensiblement constants suivant l'axe longitudinal du canal 10 (dans le cas où il n'y a pas d'instabilité d'écoulement), alors que la température dans les conduits 23 peut être sensiblement égale à la température de référence (température ambiante), et que la différence de la pression entre une pression haute imposée par la pompe 21 et la pression ambiante du réservoir 22 induit l'écoulement du liquide. Le fait que la pression du liquide en écoulement dans le canal 10 y soit sensiblement constante est dû au fait que, lors de l'activation de la pompe 21, le liquide présent dans le canal 10 résiste tout d'abord à l'écoulement du fait des interactions avec la paroi périphérique 11 jusqu'à un certain seuil, puis est mis en mouvement. Le couplage thermoélastique est alors présent, de sorte que le liquide présente une température Theq et une pression Pheq spatialement sensiblement constantes suivant l'axe longitudinal du canal 10 qui correspond à l'état hors d'équilibre thermodynamique du liquide.

[0050] Le système de mesure 1 comporte également un dispositif de mesure thermique 30, adapté à déterminer une valeur de la température du liquide dans le canal 10. Il peut être de type sans contact, par exemple par détection optique d'un rayonnement infrarouge, ou de type avec contact.

[0051] De préférence, le dispositif de mesure thermique 30 est de type sans contact, et comporte un photodétecteur 31 d'un rayonnement lumineux émis ou provenant du liquide présent dans le canal 10, par exemple un rayonnement infrarouge. Le photodétecteur 31 peut être un photodétecteur matriciel (imageur) ou non matriciel (photodiode). Il peut être un bolomètre ou un microbolomètre, être un capteur CCD ou CMOS (ou équivalent, par exemple BS-CMOS...), ou encore un pyromètre optique. Le rayonnement lumineux à détecter peut être situé dans l'infrarouge, c'est- à-dire dont la longueur d'onde est comprise entre 0.7pm et 16pm environ. Il peut être compris dans la gamme du proche infrarouge (NIR pour Near Infrared) allant de 0.78 à lpm environ, être compris dans la gamme de l'infrarouge court (SWIR pour Short Wavelength Infrared) allant de 1 à 2.7pm environ, être dans la gamme de l'infrarouge moyen (MWIR pour Middle Infrared) allant de 3 à 5pm environ, voire être dans la gamme de l'infrarouge lointain (LWIR pour Long Wavelength Infrared) allant de 7pm et 14pm environ.

[0052] Dans cet exemple, un photodétecteur matriciel 31 (imageur) est utilisé, qui comporte une matrice de microbolomètres formant 382x288 pixels de détection. Chaque pixel de détection présente des dimensions de 20pm de côté dans le plan focal. La sensibilité thermique est de l'ordre de ±0.02°C dans une gamme nominale de 15-25°C environ. Le dispositif de mesure thermique 30 comporte également un ou plusieurs éléments optiques 32 de mise en forme du rayonnement lumineux incident, par exemple une ou plusieurs lentilles. La profondeur de champ dépend notamment du liquide et peut être de l'ordre de la centaine de microns, voire davantage. Par ailleurs, l'image thermique détectée correspond à une zone de mesure du canal 10, qui peut présenter une hauteur H _zm au moins égale au diamètre dint du canal 10, et une longueur L _zm qui peut être égale à une ou plusieurs fois dint, par exemple égale à 5mm environ.

[0053] A partir de l'image thermique détectée, le dispositif de mesure thermique 30 détermine une valeur de température du liquide dans le canal 10. Cette valeur peut être une moyenne, éventuellement pondérée, calculée à partir des valeurs de l'image thermique ou une cartographie thermique détaillée. On peut ainsi donner plus de poids, ou non, aux valeurs éloignées de la paroi périphérique 11. La valeur déterminée correspond ainsi à la température T du liquide dans le canal 10, c'est-à-dire à la température T _eq lorsque le liquide est au repos, et la température Theq lorsque le liquide est en écoulement. Cette valeur de la température est transmise à l'unité de traitement 40. En variante, l'image thermique (cartographie thermique) est transmise à l'unité de traitement 40, qui en déduira une image de pression (cartographie de pression).

[0054] Dans le cas où le dispositif de mesure thermique 30 est de type optique, la paroi périphérique 11 est formée d'un matériau, soit transparent au rayonnement lumineux à détecter, c'est-à-dire que le coefficient de transmission est au moins égal à 50%, voire à 75%, voire à 90% du rayonnement lumineux à détecter, soit opaque au rayonnement lumineux à détecter mais présentant un coefficient de conductivité thermique élevé de sorte que le rayonnement lumineux est celui émis par la face extérieure 13 de la paroi périphérique 11. Un matériau transparent peut être du fluorure de calcium (CaF2), du germanium (Ge), du bromure de potassium (KBr), ou certains matériaux plastiques, entre autres. Dans le cas où le matériau est opaque, l'épaisseur de la paroi périphérique 11 est de préférence inférieure ou égale au diamètre intérieur dint.

[0055] En variante, ou en complément, le dispositif de mesure thermique 30 peut comporter un ou plusieurs capteurs thermiques de contact, formés chacun d'un matériau thermistance situé au contact de la paroi périphérique. Dans le cas où le matériau thermistance est au contact de la face intérieure 12 de la paroi périphérique 11, il est au contact du liquide, et est connecté à l'unité de traitement 40 au moyen d'un câble électrique traversant la paroi périphérique 11 de manière étanche. Cependant, de préférence, le matériau thermistance est au contact de la face extérieure 13 de la paroi périphérique 11, auquel cas la paroi périphérique 11 est réalisée en un matériau conducteur thermiquement de sorte que la température de la face extérieure 13 de la paroi périphérique 11 est sensiblement égale à celle du liquide, ou de sorte que la température du liquide peut être déduite de la température de la paroi périphérique 11 au moyen d'un modèle physique prédéfini de conductivité thermique.

[0056] L'unité de traitement 40 est adaptée à déterminer la pression du liquide dans le canal 10, à partir d'une part de la température T _eq mesurée par le dispositif de mesure thermique 30 (et plus précisément à partir d'un écart en température AT) et d'autre part de la fonction de calibration f. Elle comporte donc un calculateur comprenant au moins un microprocesseur et au moins une mémoire où est stockée la fonction de calibration f. Comme indiqué précédemment, l’unité de traitement 40 peut recevoir au moins une valeur de température, par exemple une ou plusieurs valeurs thermiques, et par exemple une image thermique (cartographie thermique), pour en déduire au moins une valeur de pression correspondante, voire une image de pression (cartographie de pression).

[0057] La fonction de calibration f exprime une évolution (i.e. une variation) de l'écart en pression AP= Pheq-Peq en fonction de l'écart en température AT=Theq-T _eq du liquide dans le canal 10 : AP=f(AT). Il s'agit d'une fonction continue qui est de préférence une fonction affine, mais elle peut également être une fonction polynomiale, logarithmique, voire exponentielle. Elle est paramétrée lors de la phase préalable de calibration, comme détaillé plus loin. Ainsi, lorsque l'écart en température AT est nul, l'écart en pression AP est nul également. Comme indiqué précédemment, l'écart en température AT peut présenter des valeurs positives (échauffement) de sorte que l'écart en pression AP est également positif (liquide en compression), mais il peut également présenter des valeurs négatives (refroidissement) de sorte que l'écart en pression AP est également négatif (liquide en tension).

[0058] La figure 2A illustre un exemple d'une telle fonction de calibration f, déterminée pour de l'eau s'écoulant dans un canal 10 tubulaire de 0.3mm de diamètre, où la température T _eq du liquide au repos est la température ambiante de 20°C environ. La température a été mesurée au moyen d'un capteur thermique de contact, la paroi périphérique du canal 10 étant réalisée en un matériau opaque au rayonnement infrarouge, ici du verre silicaté, présentant une conductivité thermique élevée. La paroi périphérique 11 présente par ailleurs un diamètre extérieur de 0.8mm. On remarque qu'une variation | AT | de 0.34°C ± 0.02°C conduit à une variation | AP | de 0.68 bar. La fonction de calibration f est ici une fonction affine AP=pxAT, où P est une constante égale à 2 bar/°C environ. De préférence, l'écart de pression est AP est compris entre -lbar et +lbar, et de préférence entre -0.5bar et +0.5bar.

[0059] La figure 2B est une vue schématique et partielle d'un exemple d'un système de calibration 100, adapté à déterminer la fonction de calibration f qui est ensuite enregistrée dans l'unité de traitement 40 du système de mesure 1.

[0060] Le système de calibration 100 est similaire au système de mesure 1, dans le sens où il comporte un canal 110, un actionneur d'écoulement 120, un dispositif de mesure thermique 130 et une unité de traitement 140. Cependant, à la différence du système de mesure 1, il comporte au moins un capteur de pression 150 adapté à mesurer la pression du liquide dans le canal 10. Le capteur de pression 150 peut être un capteur de type à jauge de contrainte, capacitif, piézoélectrique, etc.... Plusieurs capteurs de pression 150 peuvent être disposés le long du canal 10, de manière à obtenir une valeur plus précise de la pression du liquide. Par ailleurs, notons que le canal 110 est identique en dimensions à celui du système de mesure 1. [0061] Le système de calibration 100 et le système de mesure 1 sont avantageusement deux systèmes distincts, de sorte que le système de calibration 100 est utilisé pour déterminer une seule fois la fonction de calibration f, et le système de mesure 1 est ensuite utilisé pour déterminer la pression du liquide s'écoulant dans le canal 10 à partir de la fonction de calibration f ainsi déterminée. Il peut s'agir du même système, où le système de mesure 1 correspond au système de calibration 100 dans lequel le ou les capteurs de pression 150 auraient été retirés. Notons que le liquide dont il s'agit de déterminer la pression par le système de mesure 1 peut être différent de celui ayant permis de déterminer la fonction de calibration f, si ce n'est qu'ils vérifient évidemment tous les deux la condition sur le produit kxr _int . De préférence, ces deux liquides présentent une même valeur de compressibilité k (à 10% près, voire à 5% près, voire moins), et de préférence il s'agit des mêmes liquides.

[0062] La figure 3 illustre différentes étapes d'un procédé de détermination de la pression du liquide en écoulement dans le canal 10 d'un système de mesure 1, ainsi que d'une phase préalable de détermination de la fonction de calibration f.

[0063] La phase de calibration 10 est tout d'abord effectuée par le système de calibration 100.

[0064] Lors d'une étape 11, on choisit un liquide de masse volumique p _c , de viscosité p _c et de compressibilité k _c . On choisit également un canal 110 de rayon intérieur Tint- Le liquide et le canal 110 sont donc choisis de sorte que le produit k _c xri _n t est inférieur ou égal à 12.5xl0 ^-11 mm/Pa. Par ailleurs, le canal 110 présente une longueur L inférieure ou égale à 5cm, et le diamètre intérieur dint est inférieur ou égal à 1mm, et de préférence compris entre lOpm et 1mm.

[0065] Lors d'une étape 12, le liquide est présent au repos dans le canal 110. On définit la température T _eq et la pression P _eq du liquide au repos et on les enregistre dans l'unité de traitement 140 du système de calibration 100. Ces valeurs peuvent être simplement définies par l'utilisateur (sans mesures), ou peuvent avoir été préalablement mesurées, par exemple au moyen du dispositif de mesure thermique 130 ou d'un autre capteur de température (non représenté), au moyen du capteur de pression 150 ou d'un autre capteur de pression (non représenté).

[0066] Lors d'une étape 13, l'actionneur d'écoulement 120 met en mouvement le liquide dans le canal 110 (débit constant dans cet exemple). Plus précisément, la pompe 121 assure l'écoulement du liquide à partir du réservoir 122, pour qu'il s'écoule dans les conduits 123 et dans le canal 110, pour revenir ici dans le réservoir. Le débit D du liquide dans le canal 110 est mesuré de manière à s'assurer qu'il ne dépasse pas une valeur maximale D _m prédéfinie, valeur qui dépend de la nature du liquide. Ainsi, dans le cadre de l'eau, l'écoulement a lieu sans que le débit ne dépasse 416 mm ³ /s environ dans le canal 110.

[0067] Lors d'une étape 14, alors que le liquide est en écoulement dans le canal 110 à un débit D(,), on mesure la température Theq(i) du liquide dans le canal 110 au moyen du dispositif de mesure thermique 130, ainsi que sa pression Pheq(i) au moyen du capteur de pression 140. L'incrément i varie ainsi de 1 à N, où N est le nombre total de mesures effectuées. On détermine ensuite l'écart en température AT;,) = Theq(i)-T _eq et l'écart en pression AP;,) = Pheq(i)-Peq- On obtient ainsi un couple ( AT(,j ; AP;,) ), et on réitère les mesures pour différentes valeurs de débits D(ij en incrémentant la valeur de i. Le nombre N est au minimum égal à 1, étant donné que le couple ( AT=0 ; AP=0 ) est présent par définition, mais il peut être d'au moins 6, avec au moins 3 mesures pour AT>0, et au moins 3 mesures avec AT<0.

[0068] Lors d'une étape 15, l'unité de traitement 140 détermine la fonction de calibration f, c'est- à-dire qu'elle détermine les paramètres de la fonction (par exemple la constante P dans le cas d'une fonction affine) à partir des valeurs mesurées des écarts en température et de pression, par exemple par régression linéaire. Le système de calibration 100 a ainsi déterminé la fonction de calibration f, qui est ensuite transférée le cas échéant dans l'unité de traitement 40 du système de mesure 1.

[0069] La phase de mesure 20 de la pression du liquide d'intérêt peut ensuite être effectuée par le système de mesure 1.

[0070] Lors d'une étape 21, on choisit le liquide d'intérêt. Il s'agit, tout comme le liquide utilisé pour la calibration, d'un liquide. Il présente une masse volumique p _m , une viscosité p _m et une compressibilité k _m égale à k _c à 10%, c'est-à-dire à 10% près voire moins. De préférence, le liquide d'intérêt est identique au liquide utilisé pour la calibration. Ainsi, le canal 10 étant identique à celui du système de calibration, le produit k _m xr _in t vérifie la condition k _m xr _in t < 12.5xl0 ^-11 mm/Pa, et ce produit est égal au produit k _c xri _n t (à 10% près voire moins).

[0071] Lors d'une étape 22, le liquide est présent au repos dans le canal 10, et la température T _eq et la pression P _eq sont définies et enregistrées dans l'unité de traitement 40. Ces valeurs peuvent être directement reprises de celles enregistrées dans le système de calibration 100. En variante, elles peuvent être définies et enregistrées par l'utilisateur dans l'unité de traitement 40 sans avoir été directement mesurées. En variante encore, on peut mesurer la température T _eq au moyen du dispositif de mesure thermique 30 (ou d'un autre capteur de température non représenté). La pression P _eq peut être mesurée par un capteur de pression (non représenté) disposé par exemple au niveau du réservoir 22 ou d'un conduit 23. [0072] Lors d'une étape 23, l'actionneur d'écoulement 20 met en mouvement le liquide dans le canal 10 (débit constant dans cet exemple). Le débit D est inférieur ou égal à la valeur maximale D _m prédéfinie. Le liquide d'intérêt présente donc un échauffement (AT>0) ou un refroidissement (AT<0) par effet thermoélastique, selon le sens de l'écoulement imposé par l'actionneur d'écoulement 20.

[0073] Lors d'une étape 24, alors que le liquide est en écoulement dans le canal 10 au débit D, on mesure la température Theq du liquide dans le canal 10 au moyen du dispositif de mesure thermique 30. L'unité de traitement 40 détermine ensuite l'écart en température AT = Theq-T _eq .

[0074] Lors d'une étape 25, l'unité de traitement 40 détermine l'écart en pression AP à partir de la fonction de calibration f et de la valeur obtenue de l'écart en température AT.

[0075] Enfin, lors d'une étape 26, l'unité de traitement 40 détermine la valeur de la pression P _eq du liquide en écoulement dans le canal 10, à partir de l'écart en pression AP et de la valeur de la pression du liquide au repos P _eq : Pheq = AP - P _eq .

[0076] Ainsi, le système de mesure 1 permet de déterminer la pression hors d'équilibre Pheq du liquide en écoulement dans le canal 10, sans avoir à mesurer dans le canal la pression du liquide en écoulement, et ceci en tirant parti d'un effet thermoélastique mis en évidence par les inventeurs. Ainsi, non seulement l'écoulement du liquide dans le canal n'est pas perturbé par le capteur de pression, mais la fiabilité du système de mesure 1 est améliorée dans la mesure où la pression n'est pas déterminée par un capteur de pression dédié déporté, local et susceptible de se dégrader mais par une mesure thermique et une fonction de calibration.

[0077] Notons qu'il est possible de générer des instabilités d'écoulement lors de la phase de mesure, et ainsi d'obtenir une image de variations de pression du liquide en écoulement via la mesure d'une image thermique.

[0078] Notons également qu'il est possible de tirer profit de réchauffement ou du refroidissement du liquide en écoulement pour échauffer ou refroidir le canal, et par là même, un dispositif externe qui serait en contact thermique (échanges thermiques) avec le canal.

[0079] Des modes de réalisation particuliers viennent d'être décrits. Différentes variantes et modifications apparaîtront à l'homme du métier.