LabVIEW automatise la distillation d'échantillons pour la biogéochimie isotopique de l'eau

Author(s):
Laurent Canale - Laboratoire BioEMCo

Industry:
Life Science, University/Education, Research

Products:
Data Acquisition, LabVIEW, High-Speed Digital I/O

The Challenge:
Développer dans un cadre didactique l'automatisation d'une ligne de distillation sous vide.

The Solution:
Contrôler des actionneurs et enregistrer des données sous LabVIEW de National Instruments via une carte d'E/S numériques NI PCI-6509.

L'équipe de Biogéochimie Isotopique des Interactions Biosphère-Atmosphère (BIIBA) du laboratoire BioEMCo (UMR7618) utilise le fractionnement naturel des isotopes de l'eau afin, notamment, d'améliorer les modèles météorologiques, d'optimiser les rendements hydriques au niveau des cultures ou encore de mieux connaître la génération des crues.
L'eau contenue dans les prélèvements de sols ou de plantes doit être extraite en totalité par une ligne de distillation sous vide afin d'être analysée sur un spectromètre de masse isotopique. Cette ligne, qui nécessite une permanence de 12 à 16 heures, a été automatisée afin de réduire les durées d'extraction et d'alléger le travail des opérateurs.

Il nous fallait trouver une solution qui soit polyvalente, simple à mettre en œuvre et connue des étudiants afin qu'ils puissent appliquer leurs enseignements sur des projets concrets, l'UMR ayant aussi une mission académique : le logiciel LabVIEW s'est imposé.
Ce dispositif de distillation sous vide, qui a fait l'objet d'un projet d'étude de quatre mois avec l'IUT de Vélizy, comporte 40 électrovannes pour le vide, une électrovanne pour l'azote liquide, 20 éléments chauffants, un moteur pas à pas, 4 jauges de pression Pirani, 20 capteurs d'humidité et 20 capteurs de température. Afin de commander ces différents actionneurs et de contrôler et enregistrer l'ensemble de ces données, nous avons fait l'acquisition d'une carte NI PCI-6509, qui offre 96 voies d'E/S numériques.

Les contraintes
L'adaptation du dispositif initial (réalisé sur mesure en verre) n'étant pas possible, nous avons repensé l'ensemble du système sur la base des principes physiques fondamentaux en utilisant des éléments standards (réduction des coûts et facilité de maintenance), en prévoyant la sécurité des personnes (utilisation de la basse tension), en tenant compte de l'intégration (réduction du volume, gain de place) et de l'ergonomie (facilité d'utilisation, réduction des contraintes). De plus, le contrôle et l'enregistrement des différents paramètres permettent d'assurer la qualité des résultats obtenus. Avec le contrôle à distance et le transfert de données (via Internet), l'enregistrement des variables sous un format lisible par Excel, une face-avant claire et agréable, l'intégration de la régulation par PID des éléments chauffants, LabVIEW a permis de remplir le cahier des charges avec l'avantage d'un mode de programmation clair et didactique auquel s'ajoute une maintenance aisée.

Mise en œuvre
Le montage réalisé se présente sous la forme d'un ensemble de modules indépendants constitués de cloches à vide sous lesquelles les échantillons sont placés ;ceux-ci reposant sur des éléments chauffants (110°C). Deux voies d'accès sous la cloche permettent le transfert de la vapeur d'eau et les passages de courant pour les capteurs de température et humidité relative. Deux électrovannes assurent le pompage et l'isolation de la section. Une fois sous vide et isolée, un piège en verre situé à l'autre extrémité du module est plongé dans l'azote liquide, l'échantillon est lyophilisé et l'eau à analyser gèle dans le piège. Les pièges sont graduellement mis en contact avec l'azote liquide en fonction des mesures de pression via un élévateur actionné par un moteur pas à pas. Le contrôle et la commande des différents actionneurs (électrovannes, éléments chauffants, élévation du bac d'azote liquide par le moteur pas à pas, vanne pour l'azote liquide) en fonction des différents paramètres (mesures d'humidité, pression, température, niveau d'azote liquide) sont entièrement assurés par LabVIEW via la carte d'entrées/sorties numériques.

Au terme de ce projet, les enseignants, encadrants et étudiants sont très satisfaits des résultats obtenus. Son développement sera poursuivi l'année prochaine en y intégrant un contrôle à distance sécurisé via Internet.

Septembre 2006

Author Information:
For more information on this Case Study, contact:
Laurent Canale
Laboratoire BioEMCo
Campus INRA – INAPG
Thiverval – Grignon 78850
FR
Tel: 0033 1 30 81 52 89
canale@grignon.inra.fr

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