Projet de Fin d’Etudes ACTEMIUM ITEIS Projet de Fin d’Etudes Etude et mise en service d’un système de contrôle- commande pour une installation de pré-concentration de gaz. Réalisé par : Quentin LAURENT Juin 2011 TUTEUR EN ENTREPRISE : M. Pierre YOUINOU DIRIGE PAR : M. Merouane QASTALANE TUTEUR A L’ECOLE : M. Jean-Michel HUBE
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Projet de Fin d’Etudes
ACTEMIUM ITEIS
Projet de Fin d’Etudes Etude et mise en service d’un système de contrôle-
commande pour une installation de pré-concentration de gaz.
Réalisé par :
Quentin LAURENT
Juin 2011
TUTEUR EN ENTREPRISE :
M. Pierre YOUINOU
DIRIGE PAR :
M. Merouane QASTALANE
TUTEUR A L’ECOLE :
M. Jean-Michel HUBE
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REMERCIEMENTS
Tout d’abord je tiens à remercier M. Pierre YOUINOU, chef d’entreprise, pour son accueil dans la
société Actemium ITEIS, et M. Bruno FRAVAL, Responsable d’Affaires, de m’avoir intégré dans son
équipe pour effectuer mon stage de fin d’études de six mois.
Je tiens à remercier également M. Mérouane QASTALANE, Chef de Projet, et M. Marc BLASIN,
Ingénieur Développement, pour l’encadrement et le soutien qu’ils m’ont apporté durant mon stage.
J’adresse mes remerciements également à M. Philippe DELAISEMENT, M. Jean-Frédéric THERAUD,
M. Pierre VIDARD et M. Bruno PIRES pour leurs conseils qui m’ont permis de mener les projets du mieux
possible.
Enfin, je tiens à remercier l’ensemble du personnel ACTEMIUM pour leur accueil chaleureux et
pour l’excellente ambiance qui a régné durant toute la durée de mon stage.
D’autre part, je remercie l’ensemble des enseignants de l'INSA Strasbourg, filière Génie Electrique,
pour tout le savoir qu’ils m’ont apporté.
LAURENT Quentin
Département de Génie Electrique
Option Energie
INSA STRASBOURG
Janvier 2011
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FICHE D’OBJECTIFS
Le projet consiste à automatiser une installation qui était entièrement manuelle.
Bien que mon rôle essentiel a été de réaliser la programmation des applications d’automatisme et de
supervision. J’ai été impliqué dans la réalisation des missions suivantes :
- Etudes électriques, automatisme et supervision,
- Programmation automatisme et supervision,
- Réception plateforme,
- Raccordements électriques et mise en œuvre sur site,
- Mise en service
- Formation
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RESUME
Le présent projet consiste en l’automatisation d’une expérience de laboratoire ayant pour but la
concentration de traces de gaz. Les différents équipements d’instrumentation (capteurs de vide, vannes,
vérins) sont connectés à un automate programmable industriel compactRIO (National Instruments). La
supervision se fait au travers un poste informatique, permettant le contrôle des mesures, et la
commande des équipements. Les données sont archivées sur le poste de commande.
Le travail fourni concene la programmation en langage graphique LabVIEW de l’Automate
3.3. Description du projet de pré concentration de gaz (T146) .......................................................... 18
4. Travail Réalisé .................................................................................................................................. 25
4.1. Lancement du Projet .................................................................................................................... 25
4.2. Réalisation du produit .................................................................................................................. 26
4.3. Déroulement du stage .................................................................................................................. 29
4.4. Analyse détaillée du projet .......................................................................................................... 33
TABLE DES ILLUSTRATIONS ......................................................................................................................... 51
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1. INTRODUCTION
Dans le cadre de mes études en 3ème année de Génie Electrique à l’INSA Strasbourg, j’ai effectué mon Projet de Fin d’Etudes au sein de l’entreprise ACTEMIUM ITEIS, à Maisons-Laffitte du 31 Janvier au 22 Juin 2011.
Pendant ce stage, j’ai été amené à travailler sur différents projets pour l’Institut Français du Pétrole Energies Nouvelles sous la responsabilité du Chargé d’Affaires Bruno FRAVAL et du Chef de Projet Mérouane QASTALANE.
Le principal projet mené à bien consiste en l’étude et la réalisation d’une installation de pré-concentration de gaz automatisée afin d’analyser des traces d’hydrocarbures. Ce rapport présentera le travail effectué sur ce projet en particulier, pour lequel j’ai développé le programme de l’Automate Programmable Industriel ainsi que de l’Interface Homme-Machine.
Tout d’abord je présenterai le Groupe VINCI et la société ACTEMIUM ITEIS. Ensuite je présenterai le projet de « Système de Préconcentration de gaz » et j’exposerai le travail effectué. Pour finir, j’établirai un bilan de ce stage tant sur le plan technique que sur le plan humain.
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2. PRESENTATION DE L’ENTREPRISE
2.1. Le groupe VINCI
VINCI, créé en 1899, sous le nom de Société Générale d’Entreprises (SGE) par deux ingénieurs
polytechniciens : Alexandre Giros et Louis Loucheur, est devenu aujourd'hui le premier groupe
mondial de construction et de services associés.
VINCI, groupe industriel français, construit des bâtiments, des grands ouvrages, des parkings, des
infrastructures de transport, comme des routes, des autoroutes, des voies ferrées et des
infrastructures d'énergie. VINCI gère également des stationnements automobiles, des aéroports et
des autoroutes.
Le groupe intervient à travers ses 2500 entreprises implantées localement, essentiellement en
Europe où le groupe réalise plus de 90% de son activité. VINCI emploie 164 000 personnes. Il a
réalisé en 2008 un chiffre d'affaires de plus de 33 milliards d'euros et un résultat net de 1,59
milliards d'euros.
Figure 1 : Chiffre d'affaires 2008 du groupe VINCI par métier
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Le groupe VINCI est organisé autour de quatre pôles d’activités :
CA : 4 580 M€ pour 2007 Résultat net : 680 M€ pour 2007 Effectif : 15 872 salariés début 2007 VINCI CONCESSIONS, présent depuis plus d'un siècle dans la gestion déléguée d'infrastructures, bénéficie d'un savoir-faire sans équivalent dans la conception d'ouvrages, la construction clés en main, le montage de financements et l'exploitation. VINCI Concessions intervient dans les infrastructures routières, le stationnement, les grands ouvrages, la gestion d'aéroports et les services d'assistance aéroportuaires.
CA : 13 653 M€ pour 2007 Résultat net : 438 M€ pour 2007 Effectif : 70 455 salariés début 2007 VINCI CONSTRUCTION intervient dans les métiers du bâtiment, du génie civil, des travaux hydrauliques et de la maintenance multitechnique. L'étendue du champ d'expertise de VINCI Construction, associée à un réseau international d'une densité exceptionnelle, en particulier en Europe, fait du Groupe le numéro un du secteur.
CA : 7 706 M€ pour 2007
Résultat net : 263 M€ pour 2007 Effectif : 39 804 salariés début 2007 EUROVIA est le numéro un européen de l'industrie routière et du recyclage des matériaux. Son activité est organisée autour de trois métiers complémentaires : les travaux routiers, la production de matériaux, l'environnement.
CA : 4 301 M€ pour 2007 Résultat net : 142 M€ pour 2007 Effectif : 31 852 salariés début 2007 VINCI ENERGIES est le leader en France et un acteur majeur en Europe des technologies de l'information et des énergies. Son activité se répartit dans trois domaines : l'optimisation des outils de production ; la réalisation d'infrastructures, réseaux et services de communication pour le compte d'entreprises, de collectivités et d'opérateurs ; l'aménagement des lieux de vie.
le tertiaire : réseaux d’énergie, génie climatique, plomberie, détection et protection incendie,
gestion technique de bâtiment, sécurité, maintenance ;
les télécommunications : infrastructures et communication d’entreprise voix-données-images.
Figure 2 : Répartition de l’activité chez VINCI Energies
La diversité de ces offres, proposées au travers d’un maillage dense de ses 800 entreprises, permet de développer des solutions à la fois locales et globales. VINCI Energies réalise plus de 30 % de son chiffre d’affaires hors de France.
Actemium est la marque du groupe VINCI Energies portant son offre industrielle en ingénierie et travaux. Acteur majeur européen des technologies des énergies et de l’information, VINCI Energies assure la conception, la réalisation et la maintenance de solutions pour l’industrie, les services et les collectivités locales.
S’appuyant sur la connaissance fine des process de ses clients et sa maîtrise d’expertises complémentaires, Actemium développe pour certains marchés des offres spécifiques à haute valeur ajoutée. De plus en plus sollicité, le savoir-faire d’intégrateur d’Actemium s’illustre dans divers secteurs d’activités de la façon suivante :
Figure 4 : Les marchés d’Actemium en 2009
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Avec 30 ans d’expérience dans l’industrie, Actemium a acquis des compétences pour intervenir à
chaque étape d'un projet industriel, du conseil à la réalisation clefs en main. Les 4 gros domaines de
compétences sont les suivants :
Energie Electrique
Automatisme et Informatique Industrielle
Instrumentation
Mécanique
2.3.1. L’histoire
ITEIS est née en 2000 de la fusion des entreprises GTIE-IGL et SDEL-A2I créés respectivement en
1984 et 1998. En 2002, VINCI Energies décide de créer des marques et de communiquer sous
leurs noms afin d’afficher une meilleure visibilité auprès de ses clients. C’est pourquoi, la société
ITEIS a rejoint la marque ACTEMIUM, regroupant les entreprises concevant des systèmes
d’information de production pour l’industrie.
MAISONS-LAFFITE PARIS
2.3.2. L’entreprise
Actuellement, Actemium Iteis emploie 33 personnes et réalise un chiffre d’affaires de 7 485 k€
pour l’année 2007. Son bénéfice net pour l’année 2007 s’élève à 586 k€, soit près de 8%.
Actemium Iteis est une Société par Action Simplifiée (SAS) au capital de 300 000 € dont
l’actionnaire principal est le groupe VINCI Energies.
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Les activités d’Actemium Iteis :
Maintenance & Infrastructure Technique : L'entreprise effectue la mise en œuvre et la maintenance du système de gestion de complexes industriels ou d’immeubles pour le compte de grosses sociétés. Principaux clients : AdP, SNCF, …
Logistique : L'objectif de cette activité est de proposer la gestion d'entrepôts « clé en main ». Pour cela, il faut entrer en contact avec les développeurs de logiciels pour réaliser l’interface avec le client. Les logiciels sont donc adaptés suite à un travail de programmation pour correspondre aux besoins du client. Principaux clients : LEAR, PSA UK, Faurecia, …
Procédés Continus :
Cette activité est séparée en trois branches :
Pétrole et gaz : Lorsqu'une plate-forme pétrolière ou gazière est construite, la société intervient pour réaliser l'analyse fonctionnelle et organique, la programmation des automates et leurs essais. Principaux clients : Bouygues Offshore, Yokogawa France, …
Verre et ciment : Le but est de mettre en place des logiciels permettant de contrôler la fabrication de manière automatisée et centralisée. Principaux clients : Saint-Gobain, …
Traitement de l’eau : Maîtrise d'œuvre du projet initial et conception du système de supervision temps réel des flux hydrauliques dans le réseau et les sites de production. Principaux clients : Générale des eaux, …
Figure 5 : Activités de GTI
Figure 6 : Activités de Logistique
Figure 7 : Activités de
Procédés Continus
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2.4. Organisation de l’entreprise
L’organisation est structurée autour des secteurs d’activité
décrits plus haut, pilotés par les Responsables Secteurs (RS)
qui assurent la responsabilité globale de leur activité
marketing, commerciale et opérationnelle. Ils sont assistés
par un ou plusieurs Responsables d’Affaires (RA) qui
assurent quant à eux la responsabilité, la gestion et le suivi
des affaires. Les Chefs de Projets (CP) encadrent la gestion
technique des projets. Enfin, les Analystees/Programmeurs
(A/P) développent les projets depuis la conception, la
réalisation, jusqu’à la mise en service industrielle.
Les équipes sont ainsi constituées affaire par affaire.
RS
RA
CP
A/P
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3. PRESENTATION DU PROJET
3.1. L’IFP Energies Renouvelables (Institut Français du Pétrole)
L’IFP Energies Nouvelles est un organisme public de recherche, d’innovation et de formation
intervenant dans les domaines de l’Energie, du Transport et de l’Environnement. Sa mission est
d’apporter aux acteurs publics et à l’industrie des technologies performantes, économiques, propres et
durables pour relever les défis sociétaux liés au changement climatique, à la diversification énergétique
et à la gestion des ressources en eau. Son expertise est internationalement reconnue.
L’institut compte deux sites en France, l’un est situé à Rueil-Malmaison dans les Yvelines, le
second se trouve à Lyon, totalisant un effectif de 1737 personnes à temps plein. L’IFP EN se classe parmi
les 10 premiers déposants de brevets en France avec 182 brevets déposés en 2009.
ACTEMIUM ITEIS entretient une collaboration avec l’IFP EN depuis quelques années déjà. Dans ce
cadre, deux personnes sont détachées à temps plein sur le site de Rueil-Malmaison afin d’assurer la
maintenance des installations existantes (bancs moteur et installations d’acquisition de données).
Ce partenariat se développe avec la sous-traitance à ACTEMIUM de la réfection d’installations
existantes, et du développement d’expériences nouvelles.
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3.2. Projets annexes
3.2.1. Laboratoire T266 / MSD1
Cette installation a pour but de mesurer des perméabilités relatives par la méthode dite “semi
dynamique” ; l’échantillon est place dans une cellule porte-échantillon et il est soumis a des circulations
de fluides (saumure ou huile) de différentes natures : classique, simultanée, tangentielle sur la face
d’entrée. Les fluides produits sont décomprimés via une « Back Pressure Regulator » ou ré-aspirés par
les pompes (flux continu) via un séparateur.
Les circulations sont gérées par des pompes hautes pression placées dans une étuve, de même
que le séparateur et la bouteille tampon de celui-ci. La cellule est chauffée de façon indépendante. Un
dispositif de rayons X (générateur/détecteur/banc de déplacement) permet de mesurer des profils
d’absorption des RX et donc de déduire des profils de saturation le long de l’échantillon.
Figure 8 Schéma de l'installation T266
Le projet consiste à remplacer les équipements obsolètes de l’installation, à savoir :
- Les variateurs
- Les capteurs
- L’automate programmable industriel
- Le superviseur
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Les tâches à effectuer sont les suivantes :
- Fourniture des équipements concernés,
- Etudes électriques, automatisme et supervision,
- Programmation automate et superviseur,
- Réception plateforme,
- Raccordements électriques et mise en œuvre sur site,
- Mise en service
- Formation
Après avoir participé avec M. QASTALANE à la partie Etudes (rédaction de l’Analyse Fonctionnelle,
validation des plans électriques), le projet en est au stade de programmation. J’assure la réalisation du
programme de supervision en langage LabVIEW.
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3.2.2. Laboratoire T486 / µScanner
Le projet consiste en la réalisation (par l’IFP Energies Nouvelles) d’une mini-cellule triaxiale
pouvant se positionner dans l’enceinte d’un micro scanner (détecteur RX) afin de :
- Charger mécaniquement des méso-échantillons cylindriques (Diamètre 10mm, Hauteur 20mm)
- Faire des mesures de façon déviatorique (contrôle indépendant des contraintes axiales et
radiales)
- Contrôler la pression exercée
Le système de contrôle-commande permet le contrôle (déplacement piston) et l’acquisition des
données à la fréquence d’échantillonnage définie.
Figure 9 Schéma de principe du mini-dispositif triaxial pour micro-scanner (µMSC)
Les tâches à effectuer sont similaires au projet précédent, avec comme particularité le pilotage
d’un moteur pas-à-pas. J’ai assuré la rédaction de l’analyse fonctionnelle détaillée de ce projet, ainsi que
la validation des plans électriques. Le développement du programme Automate et de la supervision
(tous deux en langage LabVIEW) sont en cours.
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3.3. Description du projet de pré concentration de gaz (T146)
Figure 10 Photo de l'installation à la livraison
Il s’agit d’assurer les prestations d’électricité, d’instrumentation, d’automatisme et de supervision
dans le cadre de ce projet de revamping système de l’unité T146 pour la pré concentration de traces de
gaz pour la Direction R03 du site de Rueil de l’IFP. Cette unité est implantée dans le laboratoire F038 du
site de l’IFP à Rueil.
Ce projet consiste à automatiser une installation qui était alors entièrement manuelle. Le
découpage des tâches est similaire aux projets précédents :
- Fourniture des équipements concernés
- Etudes électriques, automatisme et supervision
- Programmation automatisme et supervision
- Réception plateforme
- Raccordements électriques et mise en œuvre sur site
- Mise en service
- Formation
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3.3.1. Principe de l’installation
Figure 11 PID de l'installation de pré concentration
Explication du processus mis en œuvre
Un échantillon de gaz est soumis à l’entrée du système. Les vannes de position permettent
de l’orienter vers l’un des deux pièges. Ces derniers sont soumis à une température pouvant
descendre jusqu’à -120°C. Une fois le gaz dans les pièges, la température est montée brutalement
jusqu’à typiquement 80°C pour libérer le gaz mais bloquer le dioxyde de carbone ou l’azote, qui
perturbent les analyses des traces d’hydrocarbures. Au sortir de l’installation, le gaz est envoyé
vers un spectrophotomètre de masse.
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3.3.2. Equipe détachée sur le projet
Au sein d’ACTEMIUM, le projet a été réalisé par un Chef de Projet, Mr QASTALANE, assurant
la gestion documentaire, et moi-même, chargé du développement des logiciels pour l’API et la
supervision. Mr BLASIN, a été notamment impliqué dans la mise en service des différents
équipements. Le câblage électrique a été sous-traité à l’entreprise CAE2I basée à Melun.
Du côté de l’IFP Energies Nouvelles, nous étions en relation avec Mr Jean-Claude RIONDET,
responsable des laboratoires, ainsi qu’avec Mme Valérie BEAUMONT, chercheuse dans le
département géologie de l’IFP, chargée de la mise en place de l’installation. Par ailleurs, Sylvain
EPAILLARD, de l’atelier de l’IFP à Rueil, a été notre interlocuteur pour toutes les questions
concernant le montage mécanique et pneumatique.
3.3.3. Architecture du Système
LabView RT & FPGA
LabView 2010 - Windows
TCP / IP
Equipements
Electrovannes
EV01-09
VALCO
HEV11-14
Sonde
température
Sonde
PIRANI
Sonde
BARATRON
régulateurs
température
régulateurs
débit F05-F06
Distributeurs
HEV15-18
Réacteurs
F01 – F02
Figure 12 Architecture dusystème
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3.3.4. Equipements électriques & pneumatiques
Le système est constitué des équipements suivants :
L’objectif de ce paragraphe est de décrire l’ensemble des étapes du processus de pré-
concentration.
En mode automatique le système de l’unité passe par 13 étapes différentes afin d’envoyer
l’échantillon du gaz à tester vers le G.C (Gas Chromatograph) pour analyse, chaque étape
représente un état défini. Un état du système est caractérisé par l’état de chaque élément
matériel.
Le passage d’une étape i à l’étape (i+1) se fait par action d’un ou de plusieurs équipements de
l’unité d’expérience, suite à un temps d’attente intermédiaire ou par validation de l’opérateur.
Actions sur équipements :
- Fermeture/ouverture d’électrovannes EV01-EV09 - Changement de position des vannes VALCO HEV11-HEV14 - Envoi de consigne de température au régulateurs EUROTHERM 2416 - Changement de position des phases DEWARE (changement position de vérins via
distributeurs) - Changement de position du bac capillaire (changement position de vérins via distributeurs)
Attente :
- Attente de seuil de vide sur la sonde PIRANI - Attente l’écoulement de X minutes / X secondes
Confirmation opérateur :
- Validation de « pop up » de confirmation opérateur
Chaque étape est définie par :
- Une liste d’actions sur équipements - Un déclencheur pour le passage à l’étape suivante - Une fenêtre « pop up » - Une action automatique - Une action opérateur
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5. CONCLUSION
Ce stage a été très enrichissant aussi bien d’un point de vue technique que d’un point de vue
humain.
D’un point de vue technique, j’ai été amené à travailler sur les phases successives d’un
projet : étude de l’analyse fonctionnelle, développement de la partie Supervision conjointement
avec le développement des automatismes, et l’aboutissement du projet : la mise en service. Cette
mise en service permet de vérifier sur le terrain toutes les fonctionnalités développées.
Ce projet m’a permis de me former sur le développement de supervision mais aussi de
découvrir la programmation d’automates et l’installation de réseau industriel.
D’un point de vue humain, ce projet m’a permis de m’investir au sein d’une équipe et de
partager des compétences. De plus, dès le début du stage j’ai été amené à dialoguer avec le client
afin de répondre au mieux à ses attentes.
J’ai été agréablement surpris par la convivialité de l’ambiance qui règne dans cette
entreprise ainsi que par la qualité des rapports humains entre les différents salariés.
Pour finir je suis très satisfait de ce stage qui m’a permis d’apprendre beaucoup sur le métier
d’ingénieur et sur le secteur de l’automatisme et de l’informatique industrielle. Ce stage a été une
expérience enrichissante car il m’a donné une vision globale d’un projet industriel.
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ANNEXES
VUE DU SYNOPTIQUE
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VUE DES COURBES SÉPARÉES
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VUE DES COURBES D’ENSEMBLE
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VUE DE L’ÉCRAN DE PARAMÉTRAGE
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DOCUMENTS APPLICABLES AU PROJET
- Schémas électriques
- Analyse Fonctionnelle Détaillée
- Process hydrocarbures
- Cahier de Recettes
- Fiches de Test
- Cahier des Charges Technique
- Charte Graphique
- Code Source
- Documentation Code Source
- Documentation des Equipements
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TABLE DES ILLUSTRATIONS
Figure 1 : Chiffre d'affaires 2008 du groupe VINCI par métier ............................................................ 7
Figure 2 : Répartition de l’activité chez VINCI Energies ....................................................................... 9
Figure 3 : Marques du Pole VINCI Energies........................................................................................ 10
Figure 4 : Les marchés d’Actemium en 2009 ..................................................................................... 10
Figure 5 : Activités de GTI .................................................................................................................. 12
Figure 6 : Activités de Logistique ....................................................................................................... 12
Figure 7 : Activités de Procédés Continus .......................................................................................... 12
Figure 8 Schéma de l'installation T266 .............................................................................................. 15
Figure 9 Schéma de principe du mini-dispositif triaxial pour micro-scanner (µMSC) ....................... 17
Figure 10 Photo de l'installation à la livraison ................................................................................... 18
Figure 11 PID de l'installation de pré concentration ......................................................................... 19