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Mesure in-situ temps réel de la viscosité cinématique d'un fluide en écoulement sans calibration – VISCOFLOW

Innovation en Viscosité pour une meilleure qualité de production des fluides

La mesure in-situ en ligne de la qualité des fluides (pétro, agro, cosméto, chimie…) est un enjeu majeur pour la compétitivité des entreprises.<br />C'est ce que permet de manière simple, fiable et sans calibration le capteur développé pour des environnements variés voire agressifs.

Cisailler sans détruire, un enjeu de qualité

La problématique associée à la technologie, nouvelle, développée pour conduire cette mesure in-situ de la viscosité est de pouvoir cisailler le fluide à des taux très faibles à très grands sans le déstabiliser. Par exemple, le risque d'une agitation trop forte d'une crème est de voir l'émulsion s'effondrer, comme des blancs en neige ratés. C'est pourtant l'obtention de ce rhéogramme sur une gamme large de taux de cisaillement qui intéresse les industriels afin de savoir comment se comportent leurs produits et dans quelle phase de maturation en est la fabrication.<br />Le travail de R&D se focalise donc sur la mise au point d'un équipement adapté à une utilisation industrielle pour le tester en conditions réelles et apporter les solutions scientifiques et techniques qui permettront de valider son adéquation aux contraintes de production actuelles, tous domaines confondus.

Afin de comprendre les phénomènes qui contrôlent l'écoulement dans le capteur (constitué d'un milieu perméable, tel une membrane), plusieurs bancs d'essais ont été mis en place pour couvrir une large gamme d'écoulements (type de fluide, vitesse d'écoulement, conditions opératoires, étendue de mesure). Ainsi, l'approche multi-échelle permet des aller-retour entre recherche amont et développement aval pour que la théorie alimente la pratique et quelle celle-ci pousse la première qui ne peut tout envisager de manière couplée à son début.

Les résultats se distinguent en plusieurs catégories: économique, scientifique, technologique, innovation.
Sur le plan économique, ce capteur est d'abord une source d'activité donc de revenu tant pour le laboratoire que la société en charge de la commercialisation.
Scientifiquement, ce travail fournit un retour en terme de compréhension et de publications. Il engendre des échanges entre chercheurs qui nourrissent les collaborations.
Technologiquement, l'avancée obtenue par ce capteur permet d'obtenir des mesures impossibles jusqu'alors.

Cela a des conséquences en terme d'innovation car le capteur permet de formuler des produits qu'il n'était pas possible d'obtenir faute de capacité de mesure, donc de contrôle et de suivi.
Outre les publications scientifiques liées au travail du laboratoire, ce travail permet des échanges, stages, embauches, partenariats avec d'autres sociétés du domaine complémentaires.

Le capteur a fait l'objet d'un brevet FR, licencié à une start-up GVTech qui l'a depuis étendu.
• N. Gascoin, et al., Flow Measurement and Instrumentation, vol. 22 (2011), pp. 529-536
• N. Gascoin, et al., Procédé De Mesure De La Viscosité D'un Fluide Et Viscosimètre, FR 11 53829, PCT/FR2012/050988

Le projet Viscoflow du laboratoire PRISME (Université d'Orléans) vise à promouvoir son invention portant sur la mesure de viscosité des fluides et pâtes en écoulement par une technique in-situ et en temps réel. Son objectif passe par l'octroi de nouveaux moyens à une stratégie de valorisation née d'une réflexion entre le porteur de projet et le SURéO Innovation, le service de valorisation de l'Université d'Orléans. Celle-ci, initiée fin 2010, a été définie dans l'idée d'aboutir à la création d'une entreprise innovante et concerne en particulier les aspects de propriété intellectuelle, de marché et de développement technique. A ce titre, Viscoflow constitue un élément fort du volet technique qui doit permettre d'assurer le transfert technologique de la méthode de mesure en laboratoire vers le capteur industriel sur process.
Historiquement, la protection intellectuelle de la découverte a d'abord été assurée au travers d'une aide OSEO au transfert technologique (enveloppe SOLEAU puis brevet en mai 2011). La recherche de partenaires a ensuite permis d'identifier un ancien étudiant de l'Université d'Orléans, titulaire d'un CAAE, afin de co-porter le projet avec l'un des inventeurs (projet de Spin-Off à statut JEU avec licence globale exclusive). L'équipe est désormais incubée par l'ARITT Centre et a été lauréate du concours national de création d'entreprise en Emergence OSEO/MESR. Une étude de marché a permis d'identifier les secteurs clés (pétrochimie et polymères) et surtout de vérifier que le marché est accessible à une Spin-Off.
Pour mieux situer l'intérêt de cette mesure, la viscosité cinématique est par exemple liée à l'uniformité de l'injection de carburant dans les moteurs de voiture donc à leur consommation et aux émissions polluantes. Elle sera donc utile dans la mise au point des prochaines générations de moteurs automobiles. D'autres exemples existent dans les domaines de l'agroalimentaire (qualité des jus), de la cosmétique (texture des crèmes) ou de la pétrochimie (séparation gazole/essence).
A présent, les difficultés scientifiques et techniques de la mise au point du capteur (écoulement multiphasique en milieu poreux avec fortes hétérogénéités thermiques, hydrauliques voire chimiques) doivent désormais être levées pour éprouver le concept et étayer l'invention afin d'assurer le transfert technologique. Le projet Viscoflow présente donc 3 objectifs principaux qui doivent:
• assurer la précision et fiabilité du capteur par une levée de verrous scientifiques,
• en démontrer la robustesse en situation réelle (levée de derniers verrous techniques),
• aboutir à un prototype de pré-industrialisation ayant permis de lever tout verrou technologique.
Ce travail portera, via l'embauche d'un ingénieur temps plein et la mise en place d'un prototype, à résoudre la problématique de l'encrassement du système, à assurer la durée de vie du capteur entre deux maintenances, à quantifier les incertitudes et dérives selon les fluides à mesurer, à vérifier l'opérabilité d'un process via l'automatisation et le pilotage par le capteur. Deux sites test industriels représentatifs ont pour cela été déjà identifiés (BP, SOPREMA) et l'équipe dispose d'un banc intermédiaire pré-industriel mis à disposition par le Pôle Capteurs et Automatisme de Bourges (facteur 1000 sur le débit par rapport au banc de laboratoire).
Un gain fort de crédibilité est nécessaire, et attendu au travers de Viscoflow, pour concrétiser la création d'une Spin-Off par les porteurs et pour leur permettre une levée de fonds. Celle-ci assurera à la valorisation toutes les chances de succès dès son démarrage.

Coordination du projet

Nicolas GASCOIN (Laboratoire Pluridisciplinaire de Recherche en Ingénierie, Systèmes Mécanique et Energie) – nicolas.gascoin@insa-cvl.fr

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

PRISME Laboratoire Pluridisciplinaire de Recherche en Ingénierie, Systèmes Mécanique et Energie

Aide de l'ANR 247 153 euros
Début et durée du projet scientifique : mars 2012 - 24 Mois

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