Les articles de blog sur la régulation du débit les plus populaires en 2019

Quel article de notre blog a été le plus amusant, le plus utile, le plus captivant ou le plus intéressant en 2019 ? Lynn nous dévoile le top 5 des articles les plus populaires.

Lynn Woerts
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Quelques jours après le début de la nouvelle année, les projets et objectifs pour cette année commencent à prendre forme. Dans cette optique, il est temps de faire un bref bilan de l’année dernière. Par exemple, quels objectifs avons-nous atteints ? Quel article de blog a été le plus amusant, le plus utile, le plus captivant ou le plus intéressant pour vous ? D’ailleurs, soyez assurés que nous partagerons avec vous tout ce que nous savons sur les faibles débits, le débit massique et les débitmètres encore plus souvent au cours de la nouvelle année. D’après les données présentées dans les statistiques de 2019, nous avons compilé un top 5 des articles de blog les plus populaires. Les gagnants sont :

  1. Que faire en cas de vibrations lors de l’utilisation de débitmètres massiques Coriolis ?
  2. Savez-vous pourquoi les conditions de référence de débit massique sont importantes ?
  3. Compensation de la pression et de la température en temps réel pour optimiser la régulation du débit.
  4. Précision et répétabilité d’un débitmètre.
  5. La vanne de régulation de débit, l’accessoire le plus utilisé dans la régulation de débit

Top 5 des articles de blog les plus populaires en 2019 :

1. Que faire en cas de vibrations lors de l’utilisation de débitmètres massiques Coriolis ?

Vibration et débitmètre Coriolis

Instrument connu pour sa grande précision, le débitmètre massique Coriolis présente de nombreux avantages. Il n’est donc pas étonnant que cet article de blog ait atteint la première place. Dans les applications industrielles, toutes sortes de vibrations avec différentes amplitudes sont très courantes. Toutefois, la question est de savoir si ces vibrations ont une influence sur la précision de mesure d’un débitmètre massique Coriolis. Ferdinand Luimes, responsable de produits pour les technologies de débit de liquides, parle des avantages et des inconvénients de ces débitmètres et donne quelques conseils pratiques pour utiliser ces instruments.

2. Savez-vous pourquoi les conditions de référence pression/température des unités de mesure de débit massique sont importantes ?

Différence entre conditions standard et normales

Le monde de la mesure de débit applique des conditions de référence, qui peuvent être divisées en conditions standards et en conditions normales. Il existe également une distinction entre le style européen et le style américain. Chris King, Directeur général de Bronkhorst USA, nous éclaire sur cette construction apparemment compliquée dans son article de blog, en détaillant exactement les différences et en expliquant pourquoi ces conditions de référence sont importantes.

3. Compensation de la pression et de la température en temps réel pour optimiser la régulation du débit

Régulateur de débit insensible aux variations de pression

Cet article de blog a eu le plus grand succès en 2018 et est toujours dans le top 5 aujourd’hui, prouvant une fois de plus la pertinence de ce sujet. Il s’avère que divers facteurs externes peuvent avoir une influence sur la précision de mesure et la stabilité de régulation des régulateurs de débit massique. Vincent Hengeveld, responsable de produits pour le débit de gaz, explique le principe de la compensation de la pression et de la température en temps réel.

4. Justesse et répétabilité d’un débitmètre

Débitmètre-répétabilité et justesse de mesure

Choisir le bon débitmètre adapté à votre application est un élément essentiel pour la réussite du projet. En général, les deux caratéristiques clés sont la justesse et la répétabilité du débitmètre. Dans son article de blog, Chris King explique ce que ces deux paramètres signifient et pourquoi ils sont d’une importance fondamentale.

5. La vanne de régulation : l’outil le plus utilisé dans la régulation de débit

Vanne de régulation

Pour terminer la liste, un article de blog sur les vannes de régulation, probablement l’outil le plus utilisé dans la régulation de débit. Utilisée pour réguler un débit, une vanne de régulation fait varier la capacité de passage de débit. Savez-vous quelle vanne est la plus appropriée pour votre débitmètre ? Stefan von Kann, ingénieur expert en physique appliquée, présente un certain nombre de conseils et d’astuces sur les points les plus importants.

Les blogueurs invités en 2019

Nous tenons à remercier vivement nos blogueurs invités pour leurs études fascinantes et leurs histoires captivantes. Nous sommes ravis que vous ayez contribué au contenu de notre site en 2019.

  • Roland Snijder, physicien médical au centre Hospitalier de Haaglanden Medisch (Pays-Bas), a travaillé comme chercheur sur le projet de multi-perfusions au service de Technologie médicale et de physique clinique du Centre médical universitaire d’Utrecht. Dans son article de blog, il se concentre sur l’étude des causes physiques des erreurs de dosage dans les systèmes de multi-perfusions.
  • Jean-François Lamonier (Université de Lille) est un expert dans le traitement catalytique des composés organiques volatils. Dans cet article de blog, il explique comment son équipe utilise des débitmètres à cet effet.
  • Jornt Spit, chercheur au sein du groupe de recherche Radius à l’Université des Sciences Appliquées Thomas More en Belgique, a une formation en biochimie et en biotechnologie. Il travaille sur la biomasse renouvelable. Lisez son article de blog sur l’apport de CO2 contrôlé pour l’algoculture et sa précieuse contribution en tant que source alternative de carbone.
  • La Prof. Michaela Aufderheide (Cultex Technology GmbH) travaille depuis plus de 30 ans dans le domaine des méthodes analytiques alternatives à base de cellules vivantes, notamment sur la toxicologie par inhalation. La pollution croissante de l’air ambiant extérieur et du lieu de travail rend nécessaire de nouvelles méthodes d’essai. Lisez son article de blog : « La cigarette électronique – Bonne ou mauvaise ? »

Vous cherchez encore plus d’inspiration ? Tous les articles de blog sont accessibles sur notre site.

Au nom de toute l’équipe Bronkhorst, je vous souhaite une année 2020 saine, merveilleuse et innovante !

PS : Quels sujets d’articles aimeriez-vous que nous écrivions sur notre blog en 2020 ? Partagez avec nous vos idées !

L'odeur de votre haleine en dit long sur votre état de santé

Les régulateurs de débit massique sont utilisés dans les spectromètres de mobilité ionique (IMS) pour réguler les gaz dans le tube de dérive. Les instruments basés sur la technologie MEMSn, tel que l’IQ+FLOW, sont idéals pour ces types d’applications.

Rob Ten Haaft
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Cela peut surprendre, mais déjà au Moyen Âge, les gens s'intéressaient à l'odeur de l'haleine. Analyser l'haleine devait représenter tout un défi, mais on réussit quand-même à l’utiliser pour diagnostiquer des maladies comme le diabète (associé à une odeur sucrée d'acétone) et l'insuffisance hépatique (odeur de poisson). Je ne parlerai pas des traitements utilisés, mais disons qu'il y a eu beaucoup de progrès depuis. Par exemple, de nos jours, les spectromètres de mobilité ionique (SMI) sont utilisés pour mesurer les composés organiques volatils (COV).

Des études du début du 21e siècle montrent que les chiens peuvent détecter le cancer par l'odorat. Ils sont entraînés à détecter différents types de cancers dans l'haleine expirée des patients humains, puisqu’ils peuvent sentir des odeurs avec une sensibilité en parties par milliard (ppt). Par exemple : l'odeur de l'équivalent d'un centimètre cube cm3 de sang, dilué dans le volume d'eau de 20 piscines olympiques, peut être détectée par le chien. Il est donc probable que les chiens puissent distinguer les échantillons d'haleine entre eux en fonction de l’odeur, mais on ne sait toujours pas quelle odeur ou quel mélange de composés ils détectent. La détection du cancer par des chiens spécialement entraînés peut paraître une panacée, mais elle nécessite beaucoup d'entraînement et on ne sait pas pourquoi toutes les formes de cancer ne peuvent pas être détectées.

Composés organiques volatils (COV)

C'est une des raisons pour laquelle les chercheurs commencent à concevoir des analyseurs qui peuvent faire le même travail qu’un chien. Au cours des dernières années, on a découvert que les composés organiques volatils (COV) peuvent être des biomarqueurs distinctifs dans le diagnostic des maladies humaines. Les composés organiques volatils sont des composés qui s'évaporent ou se volatilisent facilement à la température ambiante, une propriété qui, dès lors, s’appelle la volatilité.

L'haleine humaine expirée contient quelques milliers de composés organiques volatils et leur composition est utilisée lors de tests de l'haleine comme biomarqueurs pour dépister des maladies comme le cancer du poumon.

La spectrométrie de mobilité ionique (SMI) est une technique de plus en plus utilisée pour mesurer les COV. Elle est rapide, résiste à l'humidité, est hautement sensible et fonctionne à pression ambiante. Elle est donc adaptée dans les applications médicales portables ou pour les tests réalisés sur les lieux d'intervention médicale.

Spectrométrie de mobilité ionique (SMI)

Le principe de fonctionnement du spectromètre de mobilité ionique (SMI) repose sur la dérive ou le temps de vol des ions qui se forment dans la chambre d'ionisation. Les ions se déplacent suivant un champ électrique, dans le tube de dérive où ils se mêlent à un gaz propulseur (N2 ou de l'air). En fonction de leur forme et leur valence, certains ions circuleront plus facilement dans les gaz propulseurs que d’autres, ce qui fait que les ions de l'échantillon s’étalent et, à la détection par couleur, finissent par former un spectre SMI, comme le montre la figure 1.

Spectromètre de mobilité ionique Spectromètre de mobilité ionique avec spectre

Régulateurs de débit massique

Bronkhorst possède les connaissances et l'expérience nécessaires pour fournir les produits adéquats permettant d'acheminer les gaz dans le tube de dérive. Nos produits répondent aux spécifications requises pour le contrôle des gaz à l’aide de la spectrométrie de mobilité ionique, par exemple :

  • la propreté
  • la petite taille des instruments
  • la réponse rapide et la fiabilité
  • l’efficacité énergétique
  • le faible coût de possession

Nos instruments fondés sur les microsystèmes électromécaniques (Micro Electro Mechanical Systems - MEMS), comme les débitmètres thermiques IQ+FLOW, conviennent parfaitement à la spectrométrie de mobilité ionique.

Débitmètre thermique gaz

Débitmètre thermique IQ+FLOW

La technologie MEMS utilisée dans les équipements de chromatographie en phase gazeuse vous intéresse? Lisez l'article de blog : MEMS technology to support compact gas chromatography equipment

Si vous souhaitez en savoir plus sur la spectrométrie massique et sur la façon dont les régulateurs de débit massique et l'évaporation sont utilisés comme source d'ionisation par électronébulisation (ESI), consultez notre article de blog « Mass spectrometry and mass flow control - A closer Ion them ».

Vous pouvez aussi lire tout sur nos réussites en matière d’application de débitmètres à gaz et régulateurs de pression IQ+ pour la chromatographie en phase gazeuse.

Si vous avez des questions ou des idées sur la spectrométrie de mobilité ionique ou d'autres applications analytiques comprenant le contrôle de gaz ou de liquides, contactez-nous à l'adresse email : sales@bronkhorst.fr

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La cigarette électronique – Bonne ou mauvaise ? A la recherche d’arguments avec la débitmétrie massique

La Prof. Aufderheide travaille dans le domaine des méthodes alternatives à base de cellules biologiques et ses recherches se concentrent sur la toxicologie par inhalation, c'est-à-dire, l'effet des substances actives de l’atmosphère sous forme d’aérosols sur les cellules épithéliales des voies respiratoires.

Prof. Michaela AUFDERHEIDE
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La Prof. Aufderheide travaille depuis plus de 30 ans dans le domaine des méthodes alternatives à base de cellules biologiques et ses recherches se concentrent sur la toxicologie par inhalation, c'est-à-dire, l'effet des substances actives de l’atmosphère sous forme d’aérosols sur les cellules épithéliales des voies respiratoires. Avec ses collaborateurs, elle a développé pour cela des appareils spéciaux, les modules CULTEX RFS brevetés, qui permettent de traiter les cellules cultivées directement avec ces substances actives. La pollution croissante de l'air ambiant extérieur et du lieu de travail rend nécessaire ce type de méthodes d'essai nouvelles afin de pouvoir prédire le risque de mise en danger avec de telles substances. La haute sensibilité des systèmes d'essais biologiques nécessite un montage technique stable et précis pour tester l’air ambiant en question, sachant qu'outre la technologie CULTEX, les régulateurs de débit massique sont essentiels pour ajuster et contrôler les débits d'aérosols sur les cellules.

La cigarette électronique

L'histoire de l'être humain est marquée par la sensibilité aux excitants. Depuis des temps immémoriaux, les substances toxiques comme l'alcool et le tabac en font partie. Bien que les risques pour la santé soient connus de nous tous, "la plupart des gens n'abandonnent leurs vices que lorsque ceux-ci leur causent des soucis" (William Sommerset Maugham).

Le tabagisme colle particulièrement à cette devise. On sait généralement que le tabagisme excessif augmente le risque de maladies cardio-vasculaires et notamment de cancer des poumons et pourtant nous cédons à la tentation de la "bouffée de fumée bleue". Les études épidémiologiques nous ont montré maintes fois la nocivité de cette dépendance au plaisir mais le renoncement promis à la cigarette échoue bien souvent, en dépit de la certitude que chaque cigarette peut être celle de trop.

L'industrie de la cigarette propage alors la cigarette électronique comme alternative. La combustion du tabac produit des milliers de substances nocives que le fumeur inhale aussi bien évidemment. Avec la cigarette électronique, on inhale un brouillard qui est censé ne contenir aucun produit dangereux pour la santé issu d'une combustion. Cette "vapeur" est produite à partir d'un liquide aromatisé (principaux ingrédients : propylène-glycol, glycérine, éthanol, divers arômes et selon les besoins, nicotine) à l'aide de ce que l'on appelle un atomiseur.

La cigarette électronique est ainsi prisée par l'industrie de la cigarette comme alternative "plus saine" à la cigarette conventionnelle et pour le sevrage du tabac. De grosses sommes d'argent sont investies pour prouver scientifiquement que les produits de la cigarette électronique ne sont pas aussi nocifs que ceux du tabac. Cette déclaration est correcte en principe. Cependant, elle ne répond pas à la question de l'effet de la "vapeur" en soi. Des études épidémiologiques sur la fumée de cigarette par exemple ne sont pas disponibles et par conséquent, personne ne peut exclure qu'une consommation excessive ou à long terme ne puisse mettre notre vie en danger.

Illustration 1 - CULTEX®RFS Compact avec Transwell 6 positions

Cultex RFS

Études in vitro

Comment puis-je maintenant aborder une telle problématique ? Il ne reste qu'à réaliser des études in vitro. Pour cela, nous utilisons la culture de cellules vivantes comme alternative aux essais sur les animaux.

Les substances inhalées rencontrent d'abord l'épithélium qui les tapissent dans les poumons. Celui-ci est constitué d'une multitude de cellules qui, du fait de leurs fonctions spéciales, servent à se défendre contre les substances inhalées ou à les inactiver. On trouve les cellules produisant du mucus qui, avec leur sécrétion, "piègent" de telles substances nocives, mais aussi des cellules porteuses de cils qui peuvent évacuer ce mucus. D'autres cellules servent à désintoxiquer et dans un corps sain, nous disposons de suffisamment de cellules de remplacement qui peuvent remplacer les cellules endommagées ou nécrosées.

Dans le domaine de la recherche basée sur les cellules, nous pouvons disposer de ce genre de populations de cellules humaines pour nos travaux (voir illustration 2). Les cellules sont cultivées sur des membranes microporeuses dans ce que l'on appelle des transwells où elles sont alimentées en nutriments par leur face inférieure par le biais de la membrane, tandis que la partie apicale (extérieure) de la culture peut réagir à l'air environnant.

Coupe transversale de membranes d'insert de culture de cellules avec cellules NHBE (CL-1548) immortalisées colorées à l'HE (hématoxyline et éosine). Après 21 jours de mise en culture à l'interface air-liquide, les cellules ont été soumises de manière répétée (quotidiennement pendant cinq jours et après une phase de récupération de deux jours, de nouveau durant trois jours consécutifs, temps d’exposition maximal : 8 répétitions de l'exposition à la fumée) à de l'air propre (CA), de la fumée de cigarette ordinaire (CS ; 4x K3R4F cigarettes par passage conf. à la norme ISO 3308, University of Kentucky, Lexington, KY, USA) et à de la vapeur de liquide électronique (EC) sans nicotine (Tennessee Cured, Johnsons Creek, Hartland, WI, USA). K3R4F cigarettes ont été fumées par une machine à fumer et comme suit : 24 bouffées avec un volume de 35 mL en 2 s, une durée de soufflage de 7 s et une distance entre les bouffées de 10 s. Le type de cigarette électronique InSmoke Reevo Mini (InSmoke Shop, Suisse) a été traité de manière comparable : 50 bouffées (volume 35 mL, durée de la bouffée 2 secondes, durée de soufflage de 7 secondes) et un intervalle entre les bouffées de 10 s.

Membrane microporeuse culture cellulaire

Les régulateurs de débit massique – les gardiens de l'exposition des cellules

Avec les années, nous avons développé des systèmes d'exposition efficaces pour les cellules, les modules CULTEX®RFS, qui permettent une exposition directe, stable et reproductible de cellules pulmonaires cultivées à l'interface air-liquide (Air-Liquid Interface – ALI) (voir illustration 1). Cette stabilité est notamment le garant de résultats probants et est assurée d'une part par la conception coordonnée physiquement des aérosols des modules CULTEX®RFS mais aussi par l'emploi de régulateurs de débit massique pilotés par ordinateur (séries IQ+FLOW et EL-FLOW Select de la société Bronkhorst) qui, en termes de commande et de conception, sont adaptés aux besoins d'une exposition des cellules. La régulation de débit produit une atmosphère précise et reproductible pour l'exposition des cellules aux gaz d'essai. Seule cette fiabilité dans le montage expérimental nous fournit des résultats qui permettent de tirer des conclusions sur l'effet de chaque atmosphère d'essai. Dans ce cas, la vapeur de cigarette électronique (50 bouffées par traitement) et la fumée de cigarette normale en comparaison (24 bouffées par traitement) a été tirée sans pression sur les cellules différenciées, sachant que les cellules ont été soumises à la dose de traitement respective pendant 8 jours. Des cellules traitées à l'air sain ont été utilisées comme référence du test.

Les résultats sont regroupés sur l'illustration 2 et sont surprenants. La comparaison des préparations histologiques des cellules traitées avec la fumée et la vapeur de cigarettes électroniques avec celles de référence de l'air sain a montré que la fumée de cigarette – comme on s'y attendait - a produit une nette réduction tant dans la production de mucus que dans le nombre et la forme des cils. Cependant, un effet comparable bien que moins marqué a pu être observé également pour le liquide aérosol après cette période de traitement. En comparaison aux cellules traitées à l'air sain, nous avons là un effet significatif qui nous donne à réfléchir dans tous les cas. L'affirmation "la vapeur est moins active que la fumée" ne doit pas être associée à la conclusion que la vapeur n'a aucun effet. Il faudra s'attaquer à cette problématique à l'avenir, afin de pouvoir contrer les dégâts sur le long terme de façon prophylactique.

Apprenez-en plus sur les régulateurs de débit massique thermiques utilisés : séries IQ+ FLOW et EL-FLOW Select

Comment les débitmètres sont-ils utilisés dans le traitement catalytique des composés organiques volatils (COV) ?

Comment les débitmètres sont-ils utilisés dans le traitement catalytique des polluants atmosphériques émis par les sources fixes et mobiles?

Jean-François LAMONIER
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Enseignant-chercheur à l’Université de Lille, Jean-François Lamonier s’intéresse au traitement catalytique des Composés Organiques Volatils (COV). Il est responsable de l’équipe de recherche « Remédiation et Matériaux Catalytiques » (REMCAT) de l’Unité de Catalyse et Chimie du Solide (UCCS), équipe spécialisée dans la dépollution catalytique de polluants atmosphériques issus de sources fixes (industries) et mobiles (véhicules). Dans cet article de blog, il nous présente ses activités de recherches et nous explique la fonction des instruments de mesure et de régulation de débit dans ses applications.

Les axes de recherches de l’équipe REMCAT

L'Equipe de recherche REMCAT (Remédiation et Matériaux Catalytiques) de l'Unité de Catalyse et Chimie du Solide (UCCS)

L’équipe REMCAT est composée de 6 enseignant-chercheurs et son activité est focalisée sur le post-traitement catalytique de polluants atmosphériques, principalement les oxydes d’azote (NOx et N2O) et les Composés Organiques Volatils (COV). Notre équipe intègre de nombreux savoir-faire en catalyse hétérogène : de la synthèse des catalyseurs à la caractérisation de nouvelles formulations catalytiques, l’évaluation de leurs performances au travers de tests catalytiques poussés, la caractérisation avancée des catalyseurs par spectroscopie infrarouge operando, la cinétique des réactions et la modélisation des réacteurs.

Traitement efficace de la pollution de l'air par la combinaison du plasma non thermique avec la catalyse

Cet ensemble de compétences en catalyse environnementale nous permet de développer des procédés originaux consistant à coupler différentes technologies pour un traitement de la pollution atmosphérique plus efficace, moins coûteux et plus soucieux de l’environnement. Dans ce cadre nous collaborons avec différents groupes de recherche nationaux et internationaux, et notamment avec le « Research Group Plasma Technology » de l’Université de Gand. Ce groupe de recherche est spécialisé dans le développement de réacteur plasma et nous apportons nos compétences en catalyse hétérogène pour développer ensemble des procédés qui couplent le plasma non thermique avec la catalyse. Ce travail de recherche se réalise au sein d’un Laboratoire Associé International « Plasma-Catalyse » que nous avons récemment créé et le projet Européen INTERREG V « DepollutAir » qui finance actuellement notre recherche.

L'utilisation d'une fonctionnalité d'adsorption dans le procédé de transformation par plasma - Catalyse

Les procédés classiques par plasma-catalyse pour l’élimination des Composés Organiques Volatils (COV), présents dans les effluents gazeux industriels, nécessitent un apport énergétique constant. Notre démarche consiste à intégrer une fonctionnalité d’adsorption préalable du polluant dans le procédé de transformation par plasma-catalyse. Ceci permet un fonctionnement en mode séquentiel du plasma pour l’élimination de Composés Organiques Volatils et la régénération de l’adsorbant et donc une économie d’énergie substantielle. Notre équipe apporte ses compétences dans l’élaboration de nouveaux matériaux adsorbant/catalyseur et dans la caractérisation avancée de ces matériaux.

Les débitmètres et régulateurs de débit dans les applications de traitement catalytique des Composés Organiques Volatils (COV) Dans le cadre de nos recherches, nous devons générer des mélanges de COV pour simuler les effluents gazeux industriels. Comme ces effluents gazeux diffèrent selon le type d’industrie et que nous devons être le plus représentatif possible des réalités industrielles, il faut être en mesure de générer un flux gazeux avec des teneurs en COV très variables et avec des COV de nature très différente tels que le formaldéhyde, le toluène, le chlorobenzène, le trichloroéthylène et le butanol.

Schéma dilution

Système de dilution avec un débitmètre Coriolis

Pour cela, nous utilisons un système de dilution fourni par Bronkhorst qui intègre un débitmètre Coriolis, un régulateur de pression (déverseur) et plusieurs régulateurs de débit massique. Nous avions besoin d’un équipement permettant d’atteindre des faibles concentrations de COV car les normes de plus en plus restrictives conduisent à une diminution de la teneur des COV à l’émission dans l’atmosphère. Il fallait également que le système soit le plus flexible possible pour s’adapter à la fois à la nature des divers liquides injectés dans le système et transformés en gaz et aux teneurs en COV dans l’effluent gazeux pouvant varier de 10 à 1000 ppmv.

Formulations catalytiques

L'humidité relative des effluents gazeux est un paramètre important à prendre en considération pour le développement des formulations catalytiques. En effet la présence de vapeur d’eau peut avoir un effet positif ou négatif sur la performance du procédé catalytique. Par conséquent, le système de génération de gaz devait aussi permettre de générer une humidité relative variable dans le mélange gazeux .

Solution de dilution Bronkhorst

De plus pour proposer une formulation catalytique adaptée à l’industriel, il faut non seulement vérifier que le catalyseur soit bien actif et sélectif (c’est-à-dire que le catalyseur doit donner les produits désirés) mais également qu’il soit stable dans le temps. En effet, il est difficile d’imaginer un catalyseur qui ne fonctionne qu’une seule journée et devoir le remplacer le lendemain. C’est pour cela que nous avons besoin de reproduire un effluent gazeux industriel constant sur plusieurs jours. Lorsqu’un test catalytique est effectué sur une journée, nous pouvons envisager d’utiliser un bulleur. En revanche, quand nous avons besoin de vérifier la stabilité des catalyseurs dans le temps, nous effectuons des tests de longue durée pour voir si le catalyseur est capable de garder son activité sur plusieurs jours. Ce serait plus compliqué de faire des tests dans la durée avec un système classique alors que le système de Bronkhorst permet de générer un flux constant, continu et sans à-coups de COV dans l’air. C’est un plus indéniable pour valider notre process.

Système DilLab

Retrouvez plus d’informations sur les travaux de recherches de Jean-François Lamonier et de l’équipe REMCAT de l’Unité de Catalyse et Chimie du Solide : activités de recherches

Université de Lille

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Apport de CO2 contrôlé pour l’algoculture

Les régulateurs de débit massique sont utilisés par le groupe de recherche Radius dans l'algoculture.

Jornt Spit
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Le blogueur invité cette fois-ci est Jornt Spit, chercheur auprès du groupe de recherche Radius au sein du groupe universitaire belge Thomas More. Il dispose d’une formation en biochimie et biotechnologie. Les chercheurs au sein du groupe Radius travaillent sur une biomasse renouvelable, dans laquelle des algues et insectes sont cultivés pour être ensuite transformés en matières premières précieuses dans le cadre d’une bioéconomie. Dans cette étude, ils utilisent les régulateurs de débit massique de Bronkhorst pour un ajout précis de dioxyde de carbone.

Le CO2 en tant que source alternative précieuse de carbone

Ces dernières années, le dioxyde de carbone (CO2) en tant que source de carbone précieuse attire de plus en plus l’attention. Bien entendu, la concentration croissante de CO2 dans l’atmosphère place le sujet au centre des préoccupations. Dans ce sens, il existe une orientation accrue vers la durabilité dans la société et au sein du groupe Thomas More, nous œuvrons à une économie plus circulaire et plus biosourcée. Autrement dit, une économie dans laquelle les matériaux, les substances chimiques et l’énergie proviennent de sources (d’énergie) renouvelables, et non de combustibles fossiles. La biomasse alternative peut devenir une ressource importante pour cela.

Algoculture Thomas More

Notre groupe de recherche s’occupe de la culture de biomasse renouvelable, entre autres sous la forme d’algues. Nous réalisons ceci dans des conditions contrôlées, dans les grands tubes horizontaux d’un photobioréacteur. Nous avons choisi d’utiliser du CO2 pur en tant que source de carbone, et nous cultivons les algues en vue de différentes applications. Les algues peuvent être utiles par exemple dans le secteur de l’alimentation du bétail (« feed »), dans l’industrie alimentaire (« food »), dans l’industrie de la santé (« neutraceuticals »), ou dans l’industrie cosmétique. En tant que groupe de recherche, nous sommes moins impliqués dans le développement de ces applications ; pour nous, il s’agit plus de l’optimisation de la culture des algues, donc de l’aspect technologique du processus.

Des algues pour une transformation en matières premières précieuses

Les micro-algues forment un groupe très vaste et très divers. Plus de 50 000 sortes différentes d’algues sont décrites, et il en existe vraisemblablement des centaines de milliers au total. Il s’agit d’organismes unicellulaires, mais elles peuvent parfois également former des colonies. Les algues sont des organismes photoautotrophes. Cela signifie qu’elles utilisent le CO2 en tant que source de carbone, et qu’elles le transforment en sucres au moyen de la photosynthèse. Les micro-algues que nous cultivons contiennent un nombre particulièrement élevé de substances intéressantes. À commencer par les grands groupes que sont les protéines, les sucres et les graisses. Les micro-algues produisent ensuite aussi des substances chimiques de haute qualité, comme des pigments et des antioxydants. Ainsi dans le groupe Radius, nous cultivons une algue spéciale qui produit le colorant rouge précieux phycoérythrine. Les algues sont en fait de petites usines qui produisent toutes sortes de substances qui nous intéressent ; pour synthétiser ces substances donc, inutile pour nous de complètement réinventer la roue. Dans les cellules d’algues, tout est développé de manière évolutive pour produire ces substances intéressantes, uniquement sur la base de la lumière du soleil, du CO2 et de quelques nutriments. Il existe par conséquent un énorme potentiel pour l’utilisation de ces substances.

Culture d'algues Thomas More

Une culture d’algues croît en densité par division cellulaire. Lorsque les conditions le permettent, les algues continuent à se diviser jusqu’à ce qu’une culture atteigne sa densité maximale. À ce point, les algues sont récoltées : la biomasse algale constitue donc le produit même. Dans nos photobioréacteurs fermés, nous atteignons une densité de 1 à 2 grammes de matière sèche par litre, et nous pouvons alors extraire celle-ci. Cette biomasse peut être utilisée directement dans l’alimentation du bétail par exemple, mais nous pouvons également transformer la biomasse, la « fractionner », et en tirer les substances intéressantes. Nous réalisons cette dernière opération sous la forme de bio-raffinage ou d’extraction. La totalité du processus de culture, récolte et transformation des algues constitue un véritable défi, dont chaque étape est importante et doit être exécutée le plus efficacement possible pour rendre l’ensemble rentable.

Des régulateurs de débit massique pour un apport précis

Pour l’optimisation de la croissance, il est important de choisir une algue qui pousse dans les conditions dont nous disposons ici. Toutes les algues n’absorbent pas le CO2 avec la même efficacité, et toutes les algues ne poussent pas avec la même rapidité. Nous étudions à quelles températures les différentes sortes d'algues poussent le mieux, ainsi que la quantité de lumière dont elles ont besoin. Ici sur le campus, nous utilisons la lumière naturelle du soleil : les photobioréacteurs se trouvent dans une serre climatisée. Les algues poussent pendant la journée lorsque le soleil brille, et pas la nuit. Dans le cadre du projet interrégional « EnOp », nous posons la question de recherche suivante : si nous ajoutons du CO2 supplémentaire au réacteur, dans quelle mesure les algues pousseront-elles plus rapidement et quelles sortes d’algues absorberont le plus efficacement le CO2 ? Pour y répondre, nous avons besoin de régulateurs de débit massique, car nous voulons savoir exactement combien de CO2 nous avons ajouté.

Le CO2 est mélangé à l’air entrant qui est dirigé vers le réacteur, le CO2 se dissout ensuite dans le milieu de culture, avec à l’intérieur également d’autres substances nutritives. Étant donné que le CO2 (dioxyde de carbone) est un acide faible, l’acidité du milieu augmente de plus en plus (diminution du pH). Ceci a un effet négatif, car la plupart des algues ont une croissance optimale avec un pH compris en gros entre 7 et 8. Cependant, lorsque les algues poussent, elles absorbent le CO2 du milieu de culture, faisant remonter le pH. Le degré d’acidité est essentiel. Si le pH se retrouve en dehors de la plage souhaitée, les algues ont tendance à vouloir floculer. Les régulateurs de débit massique peuvent alors être également utilisés pour doser le CO2 de telle sorte que le pH demeure stable à un niveau optimal pour l’algue. C’est la raison pour laquelle le système de dosage a été couplé au pH, afin d’injecter le CO2 de la manière la plus optimale possible. De cette façon, nous pouvons voir quelle est la vitesse de croissance maximale de l’algue et combien de CO2 doit être ajouté à cet effet.

Description de l’image

Si une quantité excessive de CO2 est ajoutée, le pH du milieu de culture va chuter fortement (augmentation de l’acidité) et donc l’algue ne va plus pousser suffisamment. Si une quantité insuffisante de CO2 est ajoutée, il n’y a pas de problème en soi mais nous allons constater que l’algue pousse plus lentement, car la croissance est limitée par le manque de carbone. Il existe par conséquent une quantité optimale de CO2 à administrer. Et il y a encore autre chose : le CO2 doit avoir le temps de se dissoudre. Si le CO2 ne se dissout pas, il finit par simplement ressortir du réacteur, ce qui signifie qu’on gaspille du CO2. Le fait que le CO2 soit dissout et absorbé de manière efficace est donc également un facteur dont nous devons tenir compte. La conception du réacteur joue un rôle important à ce titre.

La précision joue donc un rôle majeur dans ce processus. Le régulateur de débit massique fait en sorte que nous puissions travailler en permanence de manière stable autour d’un niveau de pH déterminé et que nous sachions exactement combien de CO2 est ajouté.

... et l’avenir ?

Lorsque ce procédé est élargi pour passer à une échelle de production réelle, la logistique détermine en grande partie d’où est tiré le CO2. En principe, il est possible d’utiliser directement les gaz de fumée d’usines ; mais dans ce cas se pose le problème des substances comme l’oxyde de soufre et l’oxyde d’azote qui sont présentes dans ces gaz de fumée et qui, à certaines doses, freinent la croissance des algues. Mais il existe des solutions techniques pour cela. Reste la question : à quelle distance de la source de CO2 l’usine d’algues peut-elle se trouver au maximum ? Si cette distance est trop importante, le CO2 doit être transporté sous une autre forme contrôlée, par exemple sous forme de bicarbonate. En outre, des unités de captation de CO2 dans l’air peuvent être développées, permettant de capturer du CO2 supplémentaire à l’échelle locale. L’université de Twente y travaille par exemple dans le cadre d’un autre projet interrégional— le projet IDEA — sur la croissance des algues en Europe, auquel le groupe Radius Thomas More participe également. Ceci est possible d’un point de vue technologique, mais on en revient toujours à la question du prix de revient d’une telle technologie.

Source : pour cet article de blog, Jornt Spit est interviewé par Eddy Brinkman (Betase / Bronkhorst)

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Régulation des débits de gaz, de vapeur et de la pression pour les essais catalytiques

Régulateurs de débit massique et systèmes de contrôle de la vapeur pour la recherche et les essais catalytiques

Dirk Jan Boudeling

Aujourd’hui, je souhaite partager avec vous une application avec des débitmètres massiques mise en oeuvre par Umicore à Suzhou (Chine). Umicore est l’un des principaux fabricants mondiaux de catalyseurs pour les systèmes des émissions des gaz d'échappement des automobiles. L’entreprise développe et fabrique des catalyseurs de haute performance qui convertissent les polluants en gaz non dangereux pour les moteurs essence et diesel, ce qui permet d'avoir de l’air ambiant plus propre.

Le site de production d’Umicore à Suzhou, Umicore Technical Materials, utilise les régulateurs de débit massique et les systèmes d'évaporation pour la recherche et les essais sur les matériaux pour les catalyseurs automobiles. Les nouveaux matériaux catalytiquement actifs d’Umicore sont constitués d’oxydes et de métaux précieux, comme le platine et le palladium, incorporés dans une structure poreuse qui permet d'avoir une grande surface de contact avec les gaz d’échappement.

Quels sont les matériaux catalytiques testés par Umicore ?

Umicore à Suzhou utilise différents bancs d’essais pour tester la performance (autrement dit : la capacité à réduire la production d’émissions toxiques) des matériaux catalytiques nouvellement développés. « Umicore développe de nouveaux catalyseurs directement avec les équipementiers automobiles de premier rang. Nous testons la performance de nos nouveaux matériaux et de nos nouvelles formes de catalyseurs. » explique M. Yang Jinliang.

Projet Umicore avec débitmètres Bronkhorst

Projet Umicore avec les débitmètres massiques Bronkhorst

Comment sont utilisés les débitmètres massiques et les régulateurs pour les tests et les simulations reproductibles ?

Les débitmètres massiques et les régulateurs Bronkhorst sont utilisés pour créer un mélange de plusieurs gaz dans des proportions précises afin de simuler les gaz d’échappement d’un moteur dans des situations différentes. « Pour vraiment comparer la performance des produits nouvellement développés, nous devons nous assurer que les conditions opérationnelles de nos tests sont identiques. » M. Yang explique que cela nécessite l’utilisation de régulateurs de débit massique de précision pour créer de façon reproductible les mélanges qui simulent les gaz d’échappement.

« Nous avons besoin d’un équipement de contrôle du débit fiable et qui assure une excellente reproductibilité pendant nos simulations. C’est pourquoi Umicor a développé l’équipement pour ses tests en collaboration avec les spécialistes de la débitmétrie gaz de Bronkhorst. » Umicore effectue différentes simulations. « Nous réalisons de façon artificielle les gaz d’échappement des moteurs pour des cycles de vie variés et dans différentes conditions de fonctionnement. Par exemple, les gaz d’échappement de la voiture sont différents selon que le moteur soit encore froid ou fonctionne à un régime élevé. »

Banc d’essai pour simuler le vieillissement

Un banc d’essai spécial de Umicore simule le vieillissement des matériaux catalytiques. Cela se fait en augmentant la température ambiante du catalyseur jusqu’à 800° Celsius pendant un essai qui dure de 2 à 24 heures tout en ajoutant les gaz d’échappement artificiel. « Les instruments Bronkhorst montrent ici une très grande stabilité dans des conditions d’essai difficiles », indique M. Yang.

Banc d'essais simulation du vieillissement

Banc d'essais pour la simulation du vieillissement des catalyseurs

Recette pour la simulation des gaz d’échappement

Pour simuler le gaz d’échappement de moteur, Umicore mélange plusieurs gaz. En général, les réactions suivantes ont lieu dans le convertisseur catalytique :

  1. Réduction des oxydes d’azote en azote et en oxygène : 2NOx → xO2 + N2
  2. Oxydation du monoxyde de carbone en dioxyde de carbone : 2CO + O2 → 2CO2
  3. Oxydation des hydrocarbures imbrûlés (HC) en dioxyde de carbone et en eau : CxH2x+2 + [(3x+1)/2]O2 → xCO2 + (x+1)H2O.

Des régulateurs de débit massique numériques EL-FLOW Select sont utilisés pour mélanger ces gaz. Afin de maintenir ce mélange de gaz à la même pression, un appareil Régulateur de pression EL-PRESS est utilisé pour la contrôler en même temps que le débit.

Les gaz d’échappement des moteurs contiennent également de la vapeur d'eau. C’est pourquoi le Système de mélange et d’évaporation régulé (CEM) de Bronkhorst est utilisé. Les régulateurs de débit massique numériques, le régulateur de pression et le CEM sont tous connectés à un ordinateur sur lequel un logiciel permet de piloter et faire l'acquisition de mesure des appareils.

Le banc d’essai de simulation du vieillissement de Umicore utilise les régulateurs de débit massique de Bronkhorst. Les régulateurs EL-FLOW Select de Bronkhorst ont leurs composants électroniques déportés pour résister à une température des gaz qui atteint 110° Celsius et continuer à réguler les gaz avec une très grande précision et une excellente reproductibilité.

M. Yang Jinliang d'Umicore

M. Yang Jinliang (devant l’équipement d’essai de simulation du vieillissement des catalyseurs Umicore

Quelle opinion avez-vous du support pour les produits Bronkhorst en Chine ?

À propos du support et du service Bronkhorst en Chine, M. Yang répond de façon très enthousiaste : « Tous les experts Bronkhorst en Chine sont très professionnels et répondent rapidement. C’était particulièrement vrai durant la phase de démarrage de notre projet quand nous avions besoin de plus de soutien, et mes contacts nous aidaient avec constance. Le système fonctionne sans problèmes, mais il est rassurant de savoir que Bronkhorst a l’une des agences de service à Shanghai au cas où nous aurions besoin d’étalonnage ou de maintenance. »

Logo support international Bronkhorst

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