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Mécanisme de pompage continu utilisable notamment dans les raffineries de sucre.
La présente invention concerne un mécanisme de pompage de construction simple, de fabrication facile et économique, et capable de fonctionner pour pomper un fluide et le débiter de façon continue.
Ce mécanisme de pompage sera décrit ci-après en regard des dessins annexés, à titre d'exemple illustratif mais non limitatif, les détails de construction qui seront indiqués étant susceptibles de nombreuses variantes sans s'écarter de l'invention.
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On commencera par rappeler ce qui, dans cette technique, a été fait antérieurement pour en souligner les inconvénients et pour montrer de quelle manière l'invention y obvie.
Le mécanisme de pompage dont il est question ici est particulièrement utilisable dans les opérations de raffinage du sucre. On sait que, dans ces opérations, on mélange intimement, au liquide sucré qui se trouve dans une cuve un agent décolorant tel qu'un charbon végétal fortement activé. Le mélange de liquide sucré et de charbon est généralement pompé vers un appareil de filtration comprenant plusieurs panneaux filtrants à mailles fines sur lesquels le charbon se dépose sous la forme d'un gâteau ou tourteau en absorbant les impuretés du liquide qui passe à travers lui. Il a été nécessaire par le passé d'utiliser soit un éjecteur pneumatique, soit une pompe centrifuge pour refouler le liquide et le charbon contenu en suspension dedans depuis la cuve d'alimentation jusqu'à l'appareil de filtration.
Or un éjecteur pneumatique fonctionne de manière discontinue en ce sens qu'après qu'il a débité une certaine quantité de liquide, son fonctionnement cesse pendant son remplissage et qu'il ne pompe plus de liquide tant qu'il n'a pas été rempli. Pendant l'opération de remplissage, il se produit une chute de pression dans la canalisation reliant la pompe à l'appareil de filtration, de sorte que le tourteau de charbon se détache des panneaux du filtre. Les inconvénients de cette méthode opératoire sont tellement évidents qu'il est inutile de les commenter.
Quant à l'emploi de pompes centrifuges, il présente
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d'autres inconvénients. En premier lieu, il est difficile d'utiliser des pompes de ce genre lorsqu'il s'agit de suspensions de charbon végétal pour cette simple raison qu'il se produit une forte corrosion des organes d'impul- sion de la pompe à cause de la grande vitesse des pièces métalliques qui se déplacent contre le liquide contenant le charbon en suspension. En second lieu, la violente agitation mécanique qu'engendrent les pompes centrifuges rompt les flocons de la suspension, ce qui provoque un état de dispersion ou de défloculation qui s'oppose à l'obtention d'un degré de filtration élevé.
Ces inconvénients sont éliminésgrâce au mécanisme de pompage perfectionné, objet de la présente invention, qui assure un débit uniforme et continu. D'autres avantages de ce mécanisme de pompage perfectionné découleront de la'suite de cette description.
Dans les dessins schématiques annexés :
La figure 1 est une vue en plan du dessus de l'en- semble du mécanisme de pompage à double cuve.
La figure 2 est une vue en élévation latérale avec coupe transversale partielle par la ligne 2 - 2 (Fig. 1).
La figure 3 est une vue analogue à la figure 2, la coupe étant faite par la ligne 3-3 (Fig, 1).
La figure 4 est une vue en coupe transversale à plus grande échelle pratiquée sensiblement à travers la partie centrale d'une boîte de soupape faisant partie du mécanis- me, objet de l'invention.
La figure 5 est une vue en coupe verticale par la ligne 5 - 5 (Fig. 4).
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La figure 6 est une vue analogue à la figure 5 mais
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par la ligne 6'- 6 (Fig. 4).
La figure 7 est un schéma montrant de quelle façon ce mécanisme de pompage est raccordé à un système de canalisationsde pompage.
La figure 8 est un ensemble de graphiques mettant en évidence l'ordre chronologique convenable des opérations des diverses pièces du mécanisme de pompage.
Si l'on examine tout d'abord les figures 1 à 6, les lettres A et B désignent dans leur ensemble des cuves ou bacs cylindriques ayant n'importe quelle capacité désirée et pourvus de couvercles 10 et 11. Ces couvercles sont munis respectivement de capots 12 et 13 débouchant dans les cuves à travers eux, et destinés à envelopper les extrémités supérieures de tiges 14 et 15 garnies à leurs extrémités inférieures de flotteurs A' et Bt. Ces derniers ont pour fonction de monter ou descendre dans les cuves A et B selon la quantité de liquide qui s'y trouve. En vue de tirer parti de la plus grande capacité possible des cuves A et B, les couvercles 10 et 11 sont pourvue en outre, de dômes 16 et 17 dans lesquels s'engagent les flotteurs A' et B' lorsque ces derniers occupent leurs positions les plus élevées.
Les capots 12 et 13 sont pourvus de boîtes 18 et 19 renfermant des garnitures d'étanchéité 20 et 21. Dans la boîte à garniture 18 tourillonne un arbre 22 s'engageant dans le capot 12 et fixé dedans à l'extrémité supérieure de la tige porte-flotteur 14. De même, dans la boite à garniture 19 tourillonne un arbre 23 s'engageant dans le capot 13 et fixé à l'extrémité supérieure de la tige porte-flotteur 15. L'extrémité externe de l'arbre 22
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tourillonne dans un palier 24. L'extrémité externe de l'arbre 23 tourillonne dans un palier 25.
Sur l'arbre 22, entre la garniture d'étanchéité 20 et le palier 24 sont fixées des manivelles 26 et 27. De même, sur l'arbre 23, entre la garniture d'étanchéité 21 et le palier 25 sont fixées des manivelles 28 et 29. Les manivelles 26, 27, 28, 29 sont articulées respectivement à des bielles 30, 31, 32, 33 dont chacune est rabattue vers le haut à son extrémité externe pour supporter un collier coulissant 34, 35, 36 ou 37.
Des tuyaux 38 et 39 communiquent avec l'intérieur des cuves A et B en passant à travers les couvercles 10 et 11 non loin des dômes 16 et 17. Ces tuyaux 38 et 39 sont étudiés pour supporter des boisseaux ou enveloppes de soupapes 40 et 41 et en même temps pour communiquer avec un conduit 42 dont est muni chacun de ces boisseaux de soupapes. Etant donné que chacun de ces derniers ressemble à l'autre, un seul sera décrit en détail en se reportant plus particulièrement aux figs. 4, 5 et 6.
Le conduit 42 est en communication avec des conduits verticaux 43 et 44. Le, premier.', communique avec un orifice de sortie d'air ou évent 45. Le second,; communique avec un orifice d'entrée d'air 46. Des orifices horizontaux 47 traversent les conduits verticaux 43 et 44 ; chacun d'eux est destiné à servir de logement à une soupape en forme de tiroir. Il est prévu quatre de ces tiroirs désignés par 48, 49, 50,51. Le tiroir 48 est celui qui permet la sortie de l'air hors de la cuve A.. Le tiroir 49 est celui qui permet l'entrée de l'air dans cette cuve. Le tiroir 50 est celui qui permet à l'air d'entrer dans la cuve B.
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Enfin, le tiroir 51 est celui qui permet l'entrée de l'air dans la cuve B.
Chacun des tiroirs 48, 49,50, 51 est creusé d'une gorge annulaire 52 destinée à coïncider, quand les tiroirs sont convenablement commandés dans leurs boisseaux 40 et 41, avec les conduits verticaux 43 et 44 et par là même à établir ou faire cesser les communications entre l'atmosphère et l'intérieur de la cuve dont il s'agit ou avec la source d'air comprimé et l'intérieur de cette cuve particulière.
On décrira maintenant, pour faciliter l'intelligence de l'invention, le mode de raccordement de ce mécanisme de pompage avec le système de tuyaux qui le dessert.
Dans la fig. 7 est représenté un tuyau d'arrivée 53 qui communique avec une'source d'alimentation du liquide et qui aboutit à une tuyauterie 54 pourvue d'une vanne de retenue 55 desservant la cuve 4 et d'une vanne de retenue 56 desservant la cuve B. En aval de chacune de ces vannes, la tuyauterie 54 communique avec les cuves A et B. Celles-ci sont pourvues d'une tuyauterie de départ 57 comprenant des vannes de retenue 58 et 59 en aval desquelles cette tuyauterie communique avec un tuyau d'évacuation 60. Une source d'air comprimé constituée par exampleplar un compresseur 61 communique par le tuyau 62 avec une tuyauterie 63 qui forme deux branchements destinés à communiquer avec les conduits 46 de chacun des boisseaux 40 et 41 des tiroirs distributeurs. Le conduit 45 de chacun de ces boisseaux communique simplement avec l'atmosphère.
Chacun des tiroirs distributeurs 48,49, 50,51 est
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pourvu d'un orifice longitudinal central 64 destiné à recevoir une tige 65, 66, 67 ou 68 servant à la commande de son tiroir. C'est sur ces tiges que peuvent coulisser respectivement les colliers 34, 35, 36, 37.
Sur l'extrémité externe de chacune des tiges 65, 66, 67, 68 est fixé un collier 69 dont le raie est de commander des tiroirs 48, 49,50, 51 dans un sens. Sur la tige 65 sont fixés deux colliers 70, 71 entre lesquels se trouve le collier coulissant 34. Sur la tige 66 sont fixés deux colliers 72 et 73 entre lesquels se trouve le collier coulissant 36. De même,.sur la tige 67 sont fixés une paire de colliers 74, 75 entre lesquels se trouve le collier coulissant 35. Enfin, sur la tige 68 sont fixés deux colliers 76, 77 entre lesquels se trouve le collier coulissant 37.
Etant donné qu'il est nécessaire que le mécanisme de pompage décrit ici fonctionne continuellement et sans à-coups, il est désirable que les mouvements des tiroirs 48,49, 50, 51 s'opèrent de façon brusque comme sous l'action d'un déclic. A cet effet, chaque tiroir est pourvu d'une timonerie 78. Les quatre timoneries sont semblables; l'une d'elles seulement sera donc décrite ici. Sur les parois supérieures et inférieures des boisseaux 40 et 41 des tiroirs distributeurs et dans le voisinage de chaque tiroir sont fixés des ressorts plats 79 et 80 dont les extrémités internes sont rabattues comme figuré en 81 pour supporter les éléments 82 et 83 des timoneries. Les extrémités internes de ces éléments sont en prise avec un collier 84 creusé d'une gorge et fixé sur la tige de commande de tiroir
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correspondante.
Grâce à cette disposition, lorsque les tiges 65, 66,67, 68 de commande des tiroirs sont déplacées dans l'un ou l'autre sens, les éléments 82 et 83 des timoneries sont mus vers leurs positions verticales et le plus éger mouvement au delà de ces positions verticales ou points morts provoque l'actionnement des tiges 65,66, 67, 68 par les ressorts 79 et 80 par une sorte d'action de déclic dans le même sens. Ceci déclanche à son tour l'actionnement du tiroir correspondant.
Afin que l'évacuation du liquide hors des cuves A et B soit continue, il est nécessaire que les flotteurs A' et B' appartenant à ces cuves commandant les tiroirs 49 et 50 pour les fermer, l'ouverture de ces tiroirs devant être assurée par les cuves opposées. En d'autres termes, l'ouverture du tiroir 49 doit être assurée par le flotteur B' appartenant à la cuve B, tandis que l'ouverture du tiroir 50 doit être assurée par le flotteur A' appartenant à la cuve A. Pour que ceci s'accomplisse, des bras 85 et 86 sont fixés aux colliers 70 et 76; les extrémités externes de oes bras sont percées d'orifices plus grands que le diamètre des tiges 66 et 67, de façon qu'ils puissent coulisser librement le long de celles-ci.
Fonctionnement : Si l'on suppose que la cuve A presque remplie de liquide est en cours de vidange, le flotteur A' descend, et l'arbre 22 auquel est assujetti ce flotteur tourne, de telle sorte que la manivelle 26 pousse la bielle 30. Ce mouvement oblige le collier coulissant 34 à se déplacer sur la tige 65, de sorte qu'il vient heurter le bras 85 fixé au collier 70. Au fur et à mesure que le flotteur A' continue à descendre, la
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tige 65 commandant le tiroir de sortie d'air est poussée à travers le tiroir 48, et l'extrémité externe du bras 85 en coulissant sur la tige 66 de commande du tiroir vient heurter le collier fixe 72. Les deux colliers 70 et 72 sont donc déplacés de concert jusqu'à ce que les timoneries 78 des tiroirs 48 et 49 atteignent les positions correspondant à leurs points morts.
C'est à ce moment que se produit le déclanchement de ces timoneries, ce qui déplace les colliers 70 et 72 vers l'avant par une "action de déclic" et actionne les tiroirs 48 et 49 : ouvrant le premier et fermant le second. Comme l'air s'échappe de la cuve A par le tuyau 38, le conduit horizontal 42 et les conduits verticaux 43 et 45, la pression régnant dans chaque cuve tombe et une charge fraîche de liquide provenant de la source d'alimentation passe par le.tuyau 53 et la tuyauterie 54 et franchit la vanne de retenue 55 pour arriver dans la cuve A. A partir du moment où la charge fraîche pénètre dans la cuve A, le flotteur A' s'y élève. En s'élevant, il oblige la manivelle 26 à tirer vers l'arrière le collier coulissant 34 jusqu'à ce qu'il vienne heurter le collier fixe 71.
Ceci ramène vers l'arrière la tige 65 de commande du tiroir de sortie d'air jusqu'à ce que, quand la cuve est pleine, la timonerie 78 de ce tiroir particulier soit déclanchée à nouveau en sens inverse et ferme le tiroir d'échappement 48. Toutefois, lorsque le collier 70 se déplace vers l'arrière sous l'action du flotteur A' qui s'élève, le bras 85 recule à l'écart du collier fixe 72 et laisse ainsi le tiroir 49 d'entrée d'air de la cuve 4 dans sa position fermée. On voit donc que, si le bras 85 agit pour fermer le tiroir 49 d'entrée d'air, il n'ouvre
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pas ce tiroir.
L'ouverture du tiroir à air 49 par rapport à la cuve A, est assurée par l'action du flotteur B' de la cuve B.
Lorsque cette cuve effectue sa course de pompage et que le flotteur B' descend, la manivelle 28 montée sur l'arbre 23 que commande le flotteur B' exerce une traction sur la bielle 32, ce qui oblige le collier coulissant 36 à se déplacer le long de la tige 66 et tire le collier fixe 73.
Ceci déplace la tige 66 de commande de tiroir dans la direction de la cuve B. A un moment prédéterminé, ce mouvement amène la timonerie 78 du tiroir 49 à la position correspondant au point mort, après quoi il y a déclanchement qui provoque l'ouverture du tiroir 49. Etant donné que les deux cuves A et B sont construites exactement de la même façon et sont reliées l'une à l'autre par l'intermédiaire de leurs systèmes de tiroirs respectifs exactement de la même manière, le cycle des opérations qui vient d'être décrit est exactement le même pour les tiroirs distributeurs 50 et 51 de la cuve B.
A titre de complément d'explications du fonctionnement du mécanisme de pompage selon l'invention, on se référera maintenant aux graphiques de la fig. 8.
Dans cette figure, le centre de l'arbre 22 du flotteur A' de la cuve A est désigné par 90, et l'arc décrit par le centre 91 de ce flotteur A' est également indiqué. Dans la partie droite de cette figure, le centre de l'arbre 23 qui porte le flotteur Bt de la cuve B est figuré en 92, et l'arc décrit par le centre 93 du flotteur B' est lui aussi indiqué. Le graphique formant la partie supérieure de la figure met en évidence le fonctionnement des
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tiroirs 50 et 51 de la cuve B. Le graphique formant la partie inférieure de la figure met de même en évidence le fonctionnement des tiroirs 49 et 48 de la cuve A.
Quant au graphique formant la partie centrale de cette figure et placé entre les arcs décrits par les centres 91 et 92 des flotteurs A' et B', il indique la hauteur du liquide dans l'une ou l'autre des cuves ou dans ces deux cuves, à n'importe quel moment, les unités de temps étant portées en abcisses, et les profondeurs du liquide en ordonnées. Le trait plein indique la profondeur du liquide dans la cuve A, et le trait interrompu la profondeur correspondante dans la cuve B.
En partant de la gauche de ce graphique, on remarquera que les deux cuves pompent jusqu'à ce que l'instant indiqué par les références 94 et 95 soit atteint. A ce moment, la cuve A a atteint l'extrémité de sa course de pompage et commence immédiatement à faire le plein par gravité. Ceci est indiqué par le coude brusque du graphique vers le haut immédiatement après que le point 94 est atteint. Juste audessus du point 94, à l'endroit du point 95, on remarquera que la cuve B continue à pomper à deux fois le débit auquel elle pompait jusque là, comme figuré par la pente plus accusée du graphique entre les points 95 et 96.
La tangente de l'angle que fait la ligne reliant les points 95 et 96 avec l'horizontale est exactement deux fois la tangente de l'angle que fait la ligne reliant le point 97 qui était le point de départ de la course de pompage de la cuve B et le point 95 qui était le point auquel la cuve $ a cessé de pomper. A noter que la cuve 4 atteint le sommet de sa course de pompage au point 98, et que le. débit de
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remplissage,est considérablement supérieur au débit de pompage qui est indiqué par la pente du graphique entre les points 94 et 98. Ce résultat peut être atteint aisément en donnant aux tuyaux d'admission un calibre plus fort qu'aux tuyaux de refoulement.
Quand le point 98 est atteint, on remarquera que la cuve B continue seule à pomper alors que la cuve A reste stationaire selon une certaine position de remplissage, comme indiqué par le graphique, entre les points 98 et 99.
En réglant la position des colliers fixes sur les tiges des tiroirs, il est possible dtajuster le fonctionnement du mécanisme de pompage, objet de l'invention, de telle sorte que l'une ou l'autre cuve ouvre le tiroir à air de l'autre et fasse débuter le pompage en un point quelconque désiré vers la fin de la course de celle des cuves qui approche du bout de sa propre course au moment considéré.
C'est ainsi que, quand la cuve B atteint le point 96, à sensiblement moins du quart de sa course à partir de la limite inférieure, le tiroir distributeur d'air de la cuve A s'ouvre, de sorte que cette même cuve A commence à pomper depuis le point 99 et continue jusqu'à ce que le point 100 soit atteint. A ce moment, la cuve B a atteint le point 101 qui correspond à la fin de sa course de pompage. A partir du point 99 jusqu'au point 100, la cuve A pompe a un débit égal à la moitié de son débit normal.
De faÇon corres pondance, à partir du point 96 jusqu'au point 101, la cuve B pompe à un débit égal à la moitié de son débit normal. Toutefois, au point 101, la cuve B a fini de pomper et commence à se remplir, de telle sorte qu'à partir du point 100 et en continuant la cuve 4 pompe
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a un débit égal au double de son débit normal.
Ces cycles se répètent, et on conçoit qu'étant donné qu'une cuve au moins est toujours soumise au pompage, les courses de pompage présentent un certain chevauchement et qu'il n'y a aucune interruption dans le débit du liquide.
L'importance de ce chevauchement des courses des pompes desservant les cuves A et B, mesurée en unités de temps, est représentée par la projection sur l'horizontale des points 99 et 100, ou 96 et 101.
Le graphique illustrant le fonctionnement des tiroirs distributeurs desservant la cuve B et le graphique illustrant le fonctionnement des tiroirs desservant la cuve A sont des projections faites à partir du graphique central. Dans le graphique du haut, on a représenté deux jeux de, trois lignes horizontales correspondant respectivement au fonctionnement des tiroirs de sortie et de rentrée d'air desservant la cuve B, la ligne médiane de chaque jeu de trois lignes correspondant au point mort de la timonerie commandant chaque tiroir particulier. Les lignes externes de chaque jeu montrent respectivement les positions ouverte et fermée du tiroir. Enfin, la distance entre les deux lignes externes correspond à la course totale de la timonerie du tiroir particulier.
La timonerie se déplace lentement de la moitié de sa distance totale, ce qui l'amène au point mort. Elle se meut ensuite à peu près instantanément pendant la moitié restante de son parcours. Ceci est représenté graphiquement sur la figure où, par exemplei au point 102, la timonerie du tiroir 51 de sortie d'air de la cuve B commence à être poussée lentement jusqu'à son point mort qui est figuré
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en 103. A ce moment, la timonerie se déclanche, et le tiroir 51 s'ouvre instantanément, comme le met en évidence la courte ligne verticale qui relie le point 103 au point 104. Le laps de temps pendant lequel le tiroir 51 reste ouvert est indiqué par la ligne horizontale qui va du point 104 au point 105.
La timonerie commence ensuite à être actionnée dans la direction opposée, comme le met en évidence la ligne inclinée qui va du point 105 au point 106. Lorsque le point 106 est atteint,la timonerie franchit brusquement le point mort, et le tiroir 51 se ferme.
Ceci est indiqué par la courte ligne verticale qui va du point 106 au point 107. Le même cycle d'opérations exactement se déroule pour le reste des tiroirs. Il est donc inutile de le décrire en détail ici.
Si maintenant on examine les deux diagrammes latéraux montrant les arcs de parcours des flotteurs A' et B', on remarquera que la position angulaire des lignes 90--91 ou 92--93 est déterminée par projection à partir des points 94,98, 99,100, etc. De façon analogue, à partir de n'importe quelle position angulaire donnée des tiges portant les flotteurs A' et B', les profondeurs correspondantes du liquide dans la cuve particulière envisagée peuvent être déterminées en faisant une projection dans la direction opposée. C'est ainsi, par exemple, que si l'on désire déterminer la position angulaire du flotteur A' de la cuve A à l'instant où il commence à déplacer la timonerie pour ouvrir le tiroir 50 de la cuve B, il y a lieu de remarquer que cette action débute au point 108.
Le niveau correspondant du centre du flotteur A' est obtenu en faisant une projection verticale de haut en bas à
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partir du point 108 jusqu'à ce que la ligne verticale ainsi tracée intersectionne la ligne brisée représentant la cuve A au point 109. En faisant une projection horizontale vers la gauche à partir du point 109, on intersectionne l'arc, qui indique le lieu géométrique du centre du flotteur A' de la cuve A, au point 110. Tel est par conséquent le point où se trouve le centre du flotteur A' de la cuve A quand il commence à actionner la timonerie du tiroir distributeur d'air de la cuve B.
De même, en projetant vers le bas à partir du point 111, la ligne brisée représentant la cuve A est intersectionnée au point 112, et en faisant la projection à partir de celui-ci horizontalement, on obtient le point 113 situé sur l'arc qui indique le lieu géométrique du centre du flotteur A'. En traçant les rayons entre les points 110 et 113 et le centre 90, on obtient un angle qui représente le déplacement angulaire de la tige portant le flotteur A' pendant la totalité de l'opération d'ouverture du tiroir 50 de*la cuve B. En utilisant ces divers calculs, on peut déterminer facilement et rapidement les dimensions des manivelles et des bielles, ainsi que les points où il y a lieu de placer les colliers fixes sur les tiges de commande des tiroirs.
On remarquera d'après la description de la construction et du fonctionnement du mécanisme de pompage qui vient d'être donnée combien ce mécanisme est simple comme structure, facile et peu coûteux à fabriquer et à monter, et de quelle façon il est capable d'assurer un débit de liquide uniforme et continu. Les techniciens comprendront d'eux-mêmes les autres avantages de ce mécanisme. '