Mémoire CNAM Métrologie

43 vues

Publié le

0 commentaire
0 j’aime
Statistiques
Remarques
  • Soyez le premier à commenter

  • Soyez le premier à aimer ceci

Aucun téléchargement
Vues
Nombre de vues
43
Sur SlideShare
0
Issues des intégrations
0
Intégrations
0
Actions
Partages
0
Téléchargements
5
Commentaires
0
J’aime
0
Intégrations 0
Aucune incorporation

Aucune remarque pour cette diapositive

Mémoire CNAM Métrologie

  1. 1. CONSERVATOIRE NATIONAL DES ARTS ET MÉTIERS CENTRE REGIONAL CNAM ALSACE MEMOIRE présenté en vue d’obtenir le DIPLOME D’INGENIEUR C.N.A.M. en INSTRUMENTATION – MESURE Option : CONTRÔLE INDUSTRIEL par M. TACAIL Yannick MÉTROLOGIE DE PROCESSUS INDUSTRIEL EN MILIEU AGROALIMENTAIRE Soutenu le 28 mai 2008 JURY Président : M. François LEPOUTRE Membres : M. Hubert GRESS Mme. Annie Le Borgne M. Thibaud Barthélemy M. Dominique PERRET
  2. 2. CONSERVATOIRE NATIONAL DES ARTS ET MÉTIERS CENTRE REGIONAL CNAM ALSACE MEMOIRE présenté en vue d’obtenir le DIPLOME D’INGENIEUR C.N.A.M. en INSTRUMENTATION – MESURE Option : CONTRÔLE INDUSTRIEL par M. TACAIL Yannick MÉTROLOGIE DE PROCESSUS INDUSTRIEL EN MILIEU AGROALIMENTAIRE Soutenu le 28 mai 2008 Projet mené sous la direction de Mme Le Borgne Annie Sur le site UNILEVER BESTFOODS France Usine Knorr Aseptique Duppigheim
  3. 3. Remerciements Je tiens à remercier les membres de l’équipe de direction du groupe UNILEVER et en particulier Thibaud Barthélemy responsable Qualité. Ils ont permis de me confier la responsabilité de la fonction métrologie du site Knorr de Duppigheim et ont eu confiance en ce projet. Je veux exprimer ma reconnaissance à Annie Le Borgne, tutrice de ce travail, pour avoir soutenu ce projet et aidé à sa réalisation. Elle a su se rendre disponible pour toutes les étapes clefs. Je remercie Hubert Gress, tuteur lors de la rédaction de ce mémoire, pour l’ensemble des conseils qu’il m’a prodigué. Je salue Dominique Perret Responsable Sécurité et Environnement du site pour son aide lors de l’évaluation du système de gestion de la fonction métrologie. J’envoie une pensée toute particulière aux hommes et femmes, enseignants du CNAM qui par leur passion de transmettre m’ont donné envie de poursuivre mon cursus d’ingénieur jusqu’à son terme. Merci à Florence Ramu pour son aide dans la rédaction des modes opératoires i
  4. 4. SOMMAIRE REMERCIEMENTS...................................................................................................................................I AVANT PROPOS.......................................................................................................................................4 GLOSSAIRE...............................................................................................................................................5 INTRODUCTION.......................................................................................................................................7 METROLOGIE DE PROCESSUS INDUSTRIEL...............................................................................10 CONSTAT DE L’EXISTANT.................................................................................................................10 HISTORIQUE DE LA FONCTION MÉTROLOGIE..................................................................................................10 ÉTAT DES LIEUX...........................................................................................................................................11 LES OBJECTIFS DU PROJET.............................................................................................................................12 I INSTRUMENTATION DE PROCESS..........................................................................................15 I.1 LES GRANDEURS * MESURÉES ET LEURS APPLICATIONS........................................................................15 I1.1 La température..........................................................................................................................16 I1.2 La pression................................................................................................................................18 I1.3 La masse...................................................................................................................................20 I1.4 La conductivité..........................................................................................................................22 I1.5 Les autres grandeurs................................................................................................................24 I.2 LES CONTRAINTES DE L’INDUSTRIE AGROALIMENTAIRE......................................................................25 I2.1 Contraintes de sécurité alimentaire..........................................................................................25 I2.2 Contraintes de production........................................................................................................26 I2.3 Construction hygiénique...........................................................................................................27 I2.4 Les recommandations de l’ EHEDG........................................................................................30 I.3 LES CHAÎNES D’ACQUISITION............................................................................................................31 I3.1 Capteur : raccordement universel............................................................................................31 I3.2 Sonde de température Pt100 : raccordement direct.................................................................31 I3.3 Sonde de température Pt100 : raccordement par transmetteur...............................................32 I3.4 Bus de terrain PROFIBUS........................................................................................................32 II LA FONCTION METROLOGIE...................................................................................................33 II.1 QUALITÉ ET SÉCURITÉ ALIMENTAIRE.................................................................................................33 II1.1 Métrologie et certification ISO 9001 version 2000.............................................................34 II1.2 Métrologie Légale................................................................................................................35 II1.3 Raccordement aux étalons primaires..................................................................................38 II.2 ORGANISATION DE LA MÉTROLOGIE..................................................................................................39 II2.1 Mission de la fonction métrologie.......................................................................................39 II2.2 Les acteurs et leurs responsabilités.....................................................................................39 II2.3 L’indépendance de la métrologie........................................................................................41 III PLAN DE CONTRÔLE METROLOGIQUE...........................................................................43 III.1 INTÉGRATION D’UNE CHAÎNE DE MESURE..........................................................................................43 III1.1 Évaluation de la criticité......................................................................................................45 III1.2 Détermination de l’EMT (Écart Maximal Toléré)...............................................................46 III.2 ÉVALUATION D’UNE CHAÎNE DE MESURE...........................................................................................48 III2.1 Composition de la chaîne de mesure...................................................................................48 III2.2 Estimation de l’incertitude de mesure.................................................................................48 III2.3 Bilan des incertitudes...........................................................................................................50 III2.4 Incertitude type composée* ..................................................................................................50 III2.5 Expression des résultats.......................................................................................................51 III2.6 Définition de la capabilité...................................................................................................52 III2.7 Critères d’acceptation d’une chaîne de mesure..................................................................54 ii
  5. 5. III2.8 Détermination de l’EMM (Écart Maximal Mesuré)............................................................55 III2.9 Exemple d’application.........................................................................................................57 III.3 LES OPÉRATIONS DE CONTRÔLE........................................................................................................61 III3.1 Objectif des contrôles..........................................................................................................61 III3.2 Méthodes de contrôle...........................................................................................................61 III3.3 Enregistrement documentaire des résultats.........................................................................62 III.4 L’EXTERNALISATION........................................................................................................................63 III4.1 Le contexte de l’externalisation...........................................................................................63 III4.2 Les compétences nécessaires à la réussite..........................................................................63 III4.3 Limites de responsabilités....................................................................................................64 III4.4 Contrat d’externalisation.....................................................................................................65 III4.5 Ratios de comparaison.........................................................................................................66 III.5 LES MOYENS DE SUIVI......................................................................................................................67 III5.1 La fiche de vie......................................................................................................................67 III5.2 Suivi des instruments...........................................................................................................68 III5.3 L’activité d’audit..................................................................................................................69 CONCLUSION..........................................................................................................................................70 TABLE DES ILLUSTRATIONS............................................................................................................71 LISTE DES TABLEAUX.........................................................................................................................72 BIBLIOGRAPHIE....................................................................................................................................73 SITES INTERNET...................................................................................................................................73 REFERENCES NORMATIVES.............................................................................................................74 INDEX........................................................................................................................................................75 ANNEXES..................................................................................................................................................76 iii
  6. 6. Avant propos Ce mémoire constitue la synthèse d’un travail de plusieurs mois sur la fonction métrologie du site de production agroalimentaire Knorr Aseptique de Duppigheim. Une remise à niveau de la fonction métrologie a été demandée pour faire face aux anomalies multiples constatées dans ce domaine. Le constat de l’existant qui répertorie ces anomalies a servi de fil guide tout au long de ce projet avec l’objectif ultime de rendre la fonction métrologie de l’entreprise efficace et sûre. La fonction qualité est garante de la sécurité alimentaire des produits fabriqués et doit mettre en œuvre tous les moyens nécessaires pour cela. La métrologie, dans le respect des règles de la fonction qualité se doit donc d’exercer son activité conformément à la norme ISO 9001 version 2000. Et c’est bien dans ce cadre que ce projet a été mené. Ce mémoire traite des aspects de l’instrumentation, de la fonction métrologie et de la gestion d’un parc d’instruments dans le cadre d’une industrie agroalimentaire certifié ISO 9001 version 2000 uniquement. Les nombreux exemples et documents ont été pris sur des applications ou des méthodes réelles utilisées sur le site Knorr de Duppigheim. La gestion du parc d’instruments de mesure utilisés au laboratoire de physico-chimie n’est pas développée dans ce document car la responsabilité de ces équipements incombe au laboratoire seulement. L’organisation de la métrologie, les méthodes de contrôles restent donc très spécifiquement attachées au site de production : ils ne peuvent en aucun cas s’appliquer tel quel et sans discernement à un autre domaine industriel sans reconsidérer les exigences spécifiques de celui-ci. Les notations scientifiques des incertitudes et des justesses sont issues du plan de contrôle mis en place sur le site depuis plusieurs années. Ceux-ci ne correspondent pas forcément aux notations habituellement utilisées dans la norme. 4
  7. 7. GLOSSAIRE Les éléments du texte suivis d’un astérisque (exemple : mesurage*) sont définis dans le glossaire ci-dessous. Chaque terme est référencé et classé selon la norme NF X 07-001 pour les intitulés VIM1 et selon la norme NF ENV 13-005 pour les intitulés GUM2 . La traduction anglaise de chacun des termes est mentionnée en italique. Grandeur Quantity VIM 1.1 Attribut d'un phénomène, d’un corps ou d'une substance, qui est susceptible d'être distingué qualitativement et déterminé quantitavement Valeur Vraie True value VIM 1.19 Valeur compatible avec la définition d'une grandeur particulière donnée Mesurage Measurement VIM 2.1 Ensemble d'opérations ayant pour but de déterminer une valeur d'une grandeur Mode opératoire Measurement procedure VIM 2.5 Ensemble des opérations, décrites d'une manière spécifique, mises en œuvre lors de l'exécution de mesurages particuliers selon une méthode donnée Mesurande Mesurand VIM 2.6 Grandeur particulière soumise à mesurage Grandeur d'influence Influence quantity VIM 2.7 Grandeur qui n'est pas le mesurande mais qui a un effet sur le résultat du mesurage Résultat d'un mesurage Result of a measurement VIM 3.1 Valeur attribuée à un mesurande, obtenue par mesurage Erreur Error VIM 3.10 Résultat d'un mesurage moins une valeur vraie du mesurande Erreur aléatoire Random error VIM 3.13 Résultat d'un mesurage moins la moyenne d'un nombre infini de mesurages du même mesurande, effectués dans les conditions de répétabilité Erreur systématique Systématic error VIM 3.14 Moyenne qui résulterait d'un nombre infini de mesurage du même mesurande, effectué dans les conditions de répétabilité, moins une valeur vraie du mesurande Exactitude de mesure Accuracy of measurement VIM 3.5 Étroitesse de l'accord entre le résultat d'un mesurage et la valeur vraie du mesurande Répétabilité Repetability VIM 3.6 Étroitesse de l'accord entre le résultat des mesurages successifs du même mesurande effectués dans la totalité des mêmes conditions de mesure Incertitude Uncertainty VIM 3.9 Paramètre, associé au résultat d'un mesurage qui caractérise la dispersion des valeurs qui pourraient raisonnablement être attribuées au mesurande 1 VIM : Vocabulaire International de Métrologie 2 GUM : Guide to the expression of Uncertainty in the Measurement 5
  8. 8. Instrument de mesure Measuring instrument VIM 4.1 Dispositif destiné à être utilisé pour faire des mesurages, seul ou associé à un ou plusieurs dispositifs annexes Ajustage Adjustment VIM 4.30 Opération destinée à amener un instrument de mesure à un état de fonctionnement convenant à son utilisation Réglage User Adjustment VIM 4.31 Ajustage utilisant uniquement les moyens mis à disposition de l'utilisateur Chaîne de mesure Measuring chain VIM 4.4 Suite d'éléments d'un appareil de mesure ou d'un système de mesure qui constitue le chemin du signal de mesure depuis l'entrée jusqu'à la sortie Erreur de justesse Bias VIM 5.26 Erreur systématique d'indication d'un instrument de mesure Fidélité Repetability VIM 5.27 aptitude d'un instrument de mesure à donner des indications très voisines lors de l'application répétée du même mesurande dans les mêmes conditions de mesure Étalon Standard VIM 6.1 Mesure matérialisée, appareil de mesure, matériau de référence ou système de mesure destiné à définir, réaliser, conserver ou reproduire une unité ou une ou plusieurs valeurs d'une grandeur pour servir de référence Étalonnage Calibration VIM 6.11 Ensemble des opérations établissant, dans des conditions spécifiques, la relation entre les valeurs de la grandeur indiquées par un appareil de mesure ou un système de mesure et les valeurs représentées par un étalon Vérification Verification Confirmation par examen et établissement des preuves que les exigences spécifiées ont été satisfaites Incertitude type Standard uncertainty GUM 2.3.1 Incertitude du résultat d'un mesurage exprimé sous la forme d'un ecart-type Évaluation de type A Type A evaluation GUM 2.3.2 Méthode d'évaluation de l'incertitude par analyse statistique des séries d'observations Évaluation de type B Type B evaluation GUM 2.3.3 Méthode d'évaluation de l'incertitude par des moyens autres que l'analyse statistiques des séries d'observations Incertitude type composée Combined uncertainty GUM 2.3.4 Incertitude type du résultat, lorsque ce résultat est obtenu à partir des valeurs d'autres grandeurs, égale à la racine carrée d'une somme de termes Incertitude élargie Expanded uncertainty GUM 2.3.5 Grandeur définissant un intervalle autour d'un résultat de mesurage, dont on puisse s'attendre à ce qu'il comprenne une fraction élevée de la distribution des valeurs qui pourraient être raisonnablement attribuées au mesurande 6
  9. 9. Introduction Le groupe UNILEVER est une multinationale dont le siège social se situe à Rotterdam. Il a été fondé en 1930 par la fusion de la compagnie hollandaise de margarine, Margarine Unie et du fabricant anglais de savon Lever Brothers formant l'une des premières multinationales de produits de grande consommation. La fusion fut entreprise pour bénéficier de l'usage partagé de l'huile de palme nécessaire pour la margarine comme pour le savon. Le nom actuel provient ainsi de la contraction du nom de ces deux entités: Margarine UNIe + LEVER Brothers UNILEVER est spécialisé dans la commercialisation de produits destinés à la grande consommation, il est le deuxième groupe mondial pour la valeur des ventes en produits de consommation courante. Il est présent sur tous les continents et compte aujourd’hui près de 180000 salariés répartis sur plus de 300 sites. Pour cela, le groupe possède deux grandes divisions, l’une d’elle, UNILEVER HPC fabrique des produits de nettoyage et d’hygiène corporelle et l’autre UNILEVER Food fabrique des produits alimentaires. Chaque jour, 160 millions de personnes consomment des produits d’une marque appartenant au groupe UNILEVER. La vision du groupe UNILEVER est de développer les marques grand public qui ont le potentiel d’être leader sur leurs segments de marché. Ces marques sont le plus souvent connues mondialement comme Knorr, Flora/Becel, Hellmann's, Lipton, Omo, Surf, Lux, Dove, Blue Band/Rama, Sunsilk. Figure 1: localisation des sites de production UNILEVER en Europe 7
  10. 10. UNILEVER FOOD SOLUTION propose également des produits destinés à la restauration et aux collectivités avec une gamme entière de produits et d’aides culinaires très appréciée des professionnels. Le site Knorr de Duppigheim situé dans le Bas-Rhin appartient au groupe UNILEVER depuis l’année 2001, il faisait partie précédemment de l’américain BESTFOODS. Le site de Duppigheim comprend deux usines principalement axées sur la production de soupes et sauces. L’activité de la première concerne la production de soupes déshydratées en sachets souples, quant à la deuxième elle produit des soupes et des sauces liquides en briques cartonnées avec la technologie aseptique3 . Dans ce mémoire, ce sera le cas de l’usine aseptique, appelé aussi Duppi II, qui sera traité, l’instrumentation et la métrologie y représentant une grande importance. L’usine de Duppi II a produit en 2007 plus de 63000 tonnes de produits finis, réparties en 46000 T de soupes et 18000 T de sauces. Ces produits sont distribués principalement sur le marché européen avec une grande proportion pour l’Allemagne et la France. L’usine aseptique est également placée en position de concurrence avec d’autres usines aseptiques appartenant au groupe UNILEVER, comme le site de production de Poznan en Pologne. L’usine de Duppigheim possède, de loin, la plus grande capacité de production en technologie aseptique et bénéficie d’équipements particulièrement flexibles et performants qui permettent de produire la totalité des produits de la gamme. Figure 2: briques de soupe de la gamme Knorr C’est aussi la saisonnalité importante de la production et de la consommation de soupes qui caractérise cette usine. La forte saisonnalité se traduit par une sous capacité du site de production durant la période haute, de juillet à février, obligeant ainsi à sous- traiter des volumes de production dans des unités de production partenaires d’UNILEVER. 3 Technologie aseptique : technologie qui consiste à stériliser thermiquement un produit et son emballage séparément pour obtenir des produits alimentaire à longue conservation. 8
  11. 11. Le groupe UNILEVER soucieux de son image sur le marché de la grande consommation, s’engage dans son document « Principe de conduite des affaires » envers les consommateurs. Ce document diffusé mondialement précise : UNILEVER s’engage à fournir des produits de marque, et des services qui constamment apportent de la valeur en terme de prix et de qualité, offrant toute sécurité4 dans le cadre d’une utilisation normale à laquelle ils sont destinés. Ils donnent lieu à un étiquetage, une publicité et une communication précis et corrects. Cet objectif pour les industries agroalimentaires de fabriquer des produits totalement sûrs pour le consommateur est étroitement évalué par les gouvernements de la communauté européenne (directive 89/397/CEE du 14 juin 1989). En France, lorsque la santé publique est menacée par un danger grave, l’Agence Française de Sécurité Sanitaire des Aliments peut recommander aux autorités de prendre des mesures de police sanitaire nécessaires (loi N°98-535 du 1 juillet 1998). Ces mesures peuvent inclure le retrait, la destruction voire la fermeture de tout ou partie de l’entreprise incriminée pour une période appropriée. …Des effets catastrophiques  Pertes de production  Retrait de la vente, retours, destructions  Arrêt de production, fermeture de site  Surcoût en contrôle et actions correctrices  Chute des ventes  Dégradation de l’image de marque  Perte de confiance du consommateur Des causes microscopiques  Bactéries:0,2 à 10μm  Sous stérilisation:-1°C  Corps étranger: 3mm  Peroxyde d’hydrogène:traces  Baisse de pH:0,4pH …Des effets catastrophiques  Pertes de production  Retrait de la vente, retours, destructions  Arrêt de production, fermeture de site  Surcoût en contrôle et actions correctrices  Chute des ventes  Dégradation de l’image de marque  Perte de confiance du consommateur Des causes microscopiques  Bactéries:0,2 à 10μm  Sous stérilisation:-1°C  Corps étranger: 3mm  Peroxyde d’hydrogène:traces  Baisse de pH:0,4pH Figure 3: conséquences possibles de causes d'incidents Les enjeux sont donc considérables et peuvent avoir des conséquences désastreuses. Les responsables d’établissement sont les initiateurs de politiques de qualité qui permettent d’anticiper et de travailler en amont pour éviter ce type de désagrément. C’est par l’identification des points critiques, la mise en place de procédures de travail et le contrôle rigoureux de leur mise en œuvre que l’on peut rendre très fiable la production de denrées alimentaires. Certains points critiques du processus de fabrication5 peuvent être maîtrisés par la mise en place d’une instrumentation de mesure spécifique. Elle garantira et validera le bon déroulement de chaque opération unitaire et permettra au final d’obtenir un produit fini sans aucun risque sanitaire. Il faut pour cela, mettre en place une gestion de ce parc d’instruments* de mesure afin de pouvoir s’assurer que ceux-ci soient bien capables d’effectuer leurs mesurages* . C’est là que prend tout son sens l’intégration d’une fonction métrologie à l’organisation d’une entreprise. 4 Pour la division FOOD du groupe UNILEVER, c'est-à-dire celle qui fabrique les produits alimentaires, le terme sécurité sous entend la sécurité alimentaire des aliments. 5 Processus de fabrication : Ensemble des opérations unitaires successives constituant une ligne de fabrication. 9
  12. 12. METROLOGIE DE PROCESSUS INDUSTRIEL Le projet de métrologie de processus industriel a été initié en juin 2007 afin de corriger plusieurs anomalies qui ont pu être constatées depuis plusieurs mois dans la gestion de cette partie de la fonction qualité. Avant de débuter les différentes actions et corriger la situation existante, un état des lieux précis a été demandé par l’équipe de direction afin de voir toutes les implications d’un tel projet de remise à niveau. C’est à partir de cet état des lieux qu’a été construit un plan d’actions précis afin de retrouver une situation conforme sur la fonction métrologie de l’usine Knorr de Duppigheim. CONSTAT DE L’EXISTANT Historique de la fonction Métrologie La fonction métrologie a été mise en place sur le site Knorr de Duppigheim en 1998 à la demande de la fonction qualité. Les exigences de la certification ISO 9001 du site obligeaient à mettre en place un dispositif de gestion du parc d’instruments de mesure. Ce dispositif devait permettre de vérifier que ces instruments répondaient effectivement au cahier des charges de la production. La responsabilité de cette fonction avait été confiée à un technicien salarié du site avec la mission de développer la métrologie afin de pouvoir répondre aux critères de la norme ISO 9001. Les opérations de contrôles étaient alors réalisées par le personnel du service de maintenance qui disposait des connaissances nécessaires en instrumentation. C’est ensuite l’externalisation des opérations de contrôles qui a marqué le changement dans cette organisation. La totalité des opérations de contrôles a été sous- traitée à des prestataires de service spécialisés dans ce domaine comme les sociétés PMA et PROMES. C’est à partir de 2002 que la responsabilité de la fonction métrologie a été fusionnée avec celle de la fonction qualité. Cette réorganisation a eu pour conséquence de supprimer le poste de responsable métrologie et de perdre l’expertise acquise sur ce sujet. Ce mode de fonctionnement a amené une distanciation et un manque de communication important entre le management de la fonction métrologie et les intervenants sur site en charge des opérations de contrôles des instruments. Cette distanciation a créé des dérives significatives dans le système métrologique. L’état des lieux réalisé en juin 2007 a montré la nature des dysfonctionnements rencontrés et nous allons en étudier le détail. 10
  13. 13. État des lieux La méthode utilisée pour faire l’état des lieux de la fonction métrologie a consisté en l’élaboration d’un constat précis de la situation en début de projet. Le constat doit permettre de formaliser une situation et de communiquer sur celle-ci. Les aspects techniques, organisationnels ou managériaux doivent être pris en compte car ils ont tous une influence déterminante dans l’efficacité d’une fonction. Le constat sert de socle à la construction du projet et à la définition du plan d’actions à mettre en place. Synthèse d’audits d’évaluation Pour réaliser ce constat, plusieurs audits ont été menés à tous les niveaux de la fonction, que ce soit sur site lors des opérations de contrôle ou sur la gestion documentaire des enregistrements documentaires6 et des modes opératoires* . Plusieurs dysfonctionnements ont été identifiés :  Après avoir fait l’inventaire exhaustif des instruments présents sur les équipements de production, il s’est avéré que de nombreux instruments ne faisaient pas partie du plan de contrôle alors qu’ils auraient dû l’être. Les chaînes de mesure appartenant aux machines de dosage, par exemple, ne faisaient pas partie des instruments contrôlés, alors que certains d’entre-eux avaient une importance capitale dans la garantie de la qualité du produit.  L’évaluation de la criticité des instruments n’était pas toujours déterminée de la même manière. Ces incohérences ont montré que les procédures utilisées pour évaluer ces criticités n’étaient pas systématiquement appliquées.  La méthode utilisée pour réaliser les étalonnages* des chaînes de mesures de température conduisait à ajouter une erreur systématique* importante et inacceptable dans le résultat* des mesurages.  La gestion des étalons* de travail n’était pas régulièrement suivie, de nombreux certificats d’étalonnage provenant de laboratoires accrédités n’étaient plus à jour.  La méthode utilisée pour déterminer l’incertitude* de mesure des chaînes de température comportait des erreurs.  Les fiches de suivi des chaînes de mesure n’étaient plus systématiquement remplies lors des dépannages et des réglages* des chaînes.  Les plannings d’interventions des sociétés prestataires de services n’étaient plus à jour.  De nombreux instruments de mesure n’ont pas été contrôlés à la date prévue du planning, en raison d’indisponibilités des équipements  Le personnel chargé de réaliser les opérations de contrôles ne connaissait pas suffisamment les modes opératoires et ne les respectait pas systématiquement, ce qui traduit un manque de compétences et de formation  Les missions des acteurs participant à la fonction métrologie n’étaient pas clairement définies. Les prestataires ne travaillaient pas tous de manière contractuelle. C’est probablement l’éclatement des tâches et l’absence de réelle responsabilité opérationnelle qui a conduit a cette situation. Les anomalies constatées montrent des défauts graves d’adaptation du système lors des changements d’équipement ou 6 Enregistrements documentaires : ensemble des documents papiers ou informatiques archivés, permettant d’établir une traçabilité des contrôles effectués. 11
  14. 14. d’organisation sur le site de production. En conclusion, on peut dire que la gestion du changement n’a pas su intégrer les aspects métrologiques. Il n’y a pas eu d’analyse des conséquences de cette nouvelle organisation. Organisation de la fonction métrologie La responsabilité de la fonction métrologie est confondue avec la responsabilité de la fonction qualité. Une seule et même personne assure ces deux responsabilités étant à la fois juge et partie dans bon nombre de décisions concernant la conformité des instruments. Ce manque d’indépendance entre ces responsabilités rend les décisions moins objectives. Les opérations de contrôle des instruments de process sont confiées dans leur intégralité à des prestataires de service. Les contrôles sont répartis entre quatre prestataires de service dont trois spécialistes du pesage : Alsace Pesage, API, PMA, PROMES. Les objectifs du projet L’objectif premier est bien sûr de retrouver une fonction métrologie efficace et conforme aux exigences de la norme ISO 9001 version 2000. Elle doit garantir que les instruments utilisés sont correctement choisis et correctement contrôlés. Pour cela, il est nécessaire de mettre en œuvre une véritable méthode de gestion de la fonction métrologie sur le site de production, de définir et d’organiser les tâches incombant aux différents acteurs de cette fonction. Cet objectif global que l’on pourrait assimiler à une vision ou à une déclinaison de la politique qualité du groupe, peut se découper en plusieurs objectifs simples dont la convergence aura pour conséquence la création d’un système de gestion performant :  Construire et mettre à jour le plan de contrôle en y intégrant tous les instruments de mesure du site de production qui doivent être contrôlés, en fonction de critères de criticité bien définis.  Construire et mettre à jour les modes opératoires utilisés par la fonction métrologie afin qu’il deviennent de véritables outils de travail pour l’ensemble des acteurs de la métrologie et en particulier pour les techniciens intervenants.  Encadrer l’activité des prestataires de services depuis l’élaboration des contrats d’externalisation jusqu’au contrôle de leur activité sur le site.  Former les intervenants aux modes opératoires et procédures internes.  Évaluer le coût global de l’externalisation de la métrologie en construisant des ratios de comparaison entre les prestataires.  Devenir l’interlocuteur privilégié sur le site de production pour les aspects relevants de la métrologie. 12
  15. 15. Périmètre du projet Les objectifs énoncés ci-dessus sont à mettre en regard avec la taille importante du parc d’instruments. En effet, c’est le grand nombre d’instruments de mesure qui ajoute une difficulté supplémentaire au projet. On dénombre au total plus de 330 instruments de mesure toutes catégories confondues ; 101 d’entre eux sont considérés comme stratégiques pour la sécurité alimentaire et font l’objet de contrôles particuliers. Les opérations de contrôle mobilisent environ 700 heures d’interventions réalisées par 4 prestataires de service. Ce sont également 13 techniciens du service de maintenance qui interviennent quotidiennement sur ces instruments. Ils doivent donc être formés aux procédures de la fonction métrologie afin d’en respecter les règles. Nature de la mesure Nombre d'instruments stratégiques Nombre d'instruments non stratégiques Nombre total de contrôles Temps prévu pour les contrôles [unité/an] [h/an] Conductivité 19 38 19 Masse (Pesons) 12 6 36 126 Masse (statique) 12 6 216 108 Masse (dynamique) 6 72 36 Niveau 6 12 9 Débit 2 4 12 Pression 25 50 25 Température 66 167 466 349,5 Détection de métaux 5 60 15 Total 101 231 954 699,5 Tableau 1: inventaire des instruments et des contrôles 13
  16. 16. Planning du projet Pour mener à bien ce projet et l’ensemble des objectifs ci-dessus, un planning de travail a été proposé pour donner des échéances précises et répartir les différentes taches à réaliser : Tableau 2: planning de travail du projet métrologie Les trois chapitres suivants n’ont pas pour vocation d’expliquer le détail des actions correctrices qui ont été menées à bien pour redonner à la fonction métrologie son efficacité. Ils abordent les moyens qui ont été mis en oeuvre de manière générale pour garantir que le système métrologique en place soit efficace. Ce document a pour ambition de donner les informations nécessaires à la compréhension du système métrologique du site de production de Duppigheim à toute personne devant assurer la responsabilité de cette fonction.  Le chapitre I, consacré à l’instrumentation utilisée dans le processus de fabrication, précisera le périmètre du projet en terme de matériel. Le contexte précis d’utilisation et les contraintes du milieu agroalimentaire seront abordés.  Le chapitre II fera le point sur l’organisation de la fonction métrologie qui a été mis en place sur le site en prenant en compte les obligations légales et les obligations librement consenties de la norme ISO 9001.  C’est dans le chapitre III que sera détaillé le fonctionnement du plan de contrôle métrologique qui a été construit pour répondre aux exigences de suivi des instruments et des chaînes de mesure utilisés dans le processus de fabrication. L’externalisation des opérations de contrôles sera également abordée dans ce chapitre. 14
  17. 17. CHAPITRE I I INSTRUMENTATION DE PROCESS La métrologie est intimement liée à l’instrumentation. La métrologie est l’art d’exploiter les mesures et de quantifier les imperfections des instruments utilisés. Il n’est donc pas inutile de consacrer ce chapitre aux instruments spécifiques utilisés en agroalimentaire. Les contraintes de cette industrie expliquent souvent les choix et les compromis faits en instrumentation de process. I.1 LES GRANDEURS * MESURÉES ET LEURS APPLICATIONS Les procédés de fabrication de l’agroalimentaire sont composés de nombreuses opérations unitaires7 de transformation, de conditionnement et de stockage. La maîtrise de chacune de ces opérations unitaires passe par la connaissance et le suivi de nombreux paramètres. Un des points majeurs de la conduite de procédé est l’acquisition et le traitement de l’information, notamment des grandeurs physiques spécifiques à chaque opération unitaire. C’est le rôle des capteurs et de l’instrumentation. L’instrumentation est au cœur des procédés. Elle permet aujourd’hui d’automatiser de manière efficace les équipements et d’enregistrer les données clés en terme de sécurité alimentaire. Nous développerons ci-dessous les principales grandeurs physiques mesurées sur les équipements de production de l’usine aseptique de Knorr de Duppigheim. 7 Les opérations unitaires sont les unités élémentaires qui constituent une ligne de production. 15
  18. 18. I.1.1 La température Applications La température est la grandeur physique la plus mesurée sur tous les sites de production agroalimentaire. Cette grandeur est exploitée dans les unités de traitement thermique (four, stérilisateur, autoclave) mais aussi pour les équipements de stockage (chambre de maturation, chambre froide). La mesure de température est très souvent associée à une régulation ou à une gestion de seuils limites permettant une gestion fine des procédés industriels. La température est également enregistrée dans de nombreux cas pour permettre de conserver une traçabilité des différentes productions réalisées. Étendues de mesure Les étendues de mesure couramment rencontrées se situent généralement entre -40°C et + 400°C avec une majorité des équipements de mesure de température travaillant entre 0°C et 100°C Tableau 3: étendues de mesure de température Technologie Les sondes Pt 100 et les thermocouples sont les deux technologies les plus utilisées pour la mesure de température. Les Pt 100 sont robustes, fiables et bon marché et sont donc très appréciées. Les thermocouples sont utilisés en présence de température supérieure à 200°C mais leur exactitude* de mesure est souvent moins bonne que pour les sondes Pt100. Contraintes Certaines contraintes sont à prendre en compte lors du choix de ce type de capteur :  La constante de temps du capteur de température devra être suffisamment faible pour détecter les écarts anormaux de température dans des processus continus.  Un montage du capteur avec un doigt de gant est parfois nécessaire dans le cas d’équipement fonctionnant en continu. Cela induit une erreur systématique qu’il faudra compenser, mais autorise les opérations de contrôle sans arrêter entièrement un équipement.  Les capteurs de température intrusifs devront avoir une robustesse mécanique suffisante pour résister aux flux générés par le produit.  Le choix des capteurs se fait également en fonction des classes d’incertitude afin de pouvoir atteindre les objectifs de capabilité. 16
  19. 19. EXEMPLES D’APPLICATION Régulation de température d’une cuve de soude La soude caustique diluée à 2% maintenue à des températures de 70°C à 80°C, est utilisée pour le nettoyage des tuyauteries. Une boucle de régulation de chauffage munie d’un capteur Pt100 équipe la cuve de stockage et son échangeur thermique. Le capteur devra résister aux agressions des produits chimiques basiques et sera construit en inox. L’utilisation d’un doigt de gant représente un avantage permettant de limiter les risques de sécurité lors du démontage du capteur. Figure 4: boucle de régulation de chauffe Enregistrement de température de stérilisation La stérilisation de produits alimentaires nécessite le respect de plusieurs dispositions réglementaires. L’une d’entre elles concerne l’obligation d’avoir une traçabilité des températures de stérilisation des produits. Dans ce cas, une chaîne* de mesure de température est raccordée à un système d’enregistrement de données. Détermination de la constante de temps Les exigences qualité décrites dans les GMP8 du groupe UNILEVER demandent une constante de temps des capteurs de température inférieure à 20s. Pour trouver la constante de temps de ce type de capteur, il suffit de le soumettre à un échelon de température et de le considérer comme un système du premier ordre. Le tracé de la tangente de la pente donne la constante de temps t à 63% de la variation. Figure 5: détermination de la constante de temps 8 GMP :Good Manufacturing Practice 17
  20. 20. I.1.2 La pression Applications La mesure de pression est utilisée comme indicateur de bon fonctionnement sur les équipements directement en contact avec les produits alimentaires ou bien sur les installations auxiliaires (air comprimé, vapeur, eau froide etc.). La mesure de pression dans des systèmes automatisés sert à exploiter des seuils de pression nécessaires dans de nombreux cas : flux laminaire, chambre à atmosphère contrôlée, tank et équipements stériles. Des systèmes plus sophistiqués intégrant la mesure de pression dans une boucle de régulation apportent des solutions pour résoudre des problématiques compliquées : contrôle de chauffe d’équipement en vapeur directe, injection de vapeur en ligne, maintien de la stérilité d’équipement. La mesure de pression est également présente pour la mesure de niveau. En mesurant la pression hydrostatique d’une cuve, on accède directement à la hauteur de colonne d’eau. Cette configuration de la mesure de hauteur doit intégrer la densité du produit ainsi que la géométrie de la cuve Étendues de mesure Les pressions rencontrées sont comprises entre 0 barabs et 40 barabs pour les processus unitaires et 0mbarrel à 1200mbarrel pour les pressions hydrostatiques. Tableau 4: étendues de mesure de pression Technologie Les jauges piezorésistives comme les cellules capacitives sont largement utilisées dans les transmetteurs de pression actuels. Figure 6: technologie des capteurs de pression (source Endress+Hauser) 18
  21. 21. Contraintes  La géométrie du capteur de pression doit être conforme aux exigences d’hygiène. C’est pourquoi, il est absolument nécessaire d’équiper ce type de capteur avec des séparateurs alimentaires faisant le lien entre le processus et le capteur (voir figure 8-2).  L’utilisation de capteur de pression sur des fluides à haute température comme de la vapeur, oblige à intégrer des dispositifs de refroidissement comme des lyres afin de préserver l’intégrité du capteur (voir figure 8-1).  Les surpressions accidentelles peuvent être destructrices pour les capteurs de pression et doivent être prises en considération lors du choix du capteur. EXEMPLES D’APPLICATION Mesure du niveau dans une cuve Les niveaux de produit dans les cuves de stockage doivent être connus en permanence par les opérateurs de production. De plus, seul l’accès au volume de la cuve est important dans certaines cuves. Dans ces cas précis, le capteur de pression hydrostatique est tout à fait approprié. Le capteur de pression hydrostatique est placé en fond de cuve, au point le plus bas. Il mesure la hauteur de produit contenu dans la cuve. Il convient également de faire une calibration précise pour chaque niveau où la géométrie de la cuve change. La hauteur de produit Figure 7: mesure de niveau par pression hydrostatique Adaptation des capteurs de pression Figure 8: ➊lyre de refroidissement, ➋séparateur alimentaire 19
  22. 22. I.1.3 La masse Applications La mesure de masse est utilisée à plusieurs titres dans le milieu de l’alimentaire. On la rencontre non seulement sur des installations fixes de process comme des cuves mais aussi avec des mesures en ligne du débit massique. Elles sont dans ce dernier cas connectées aux automatismes des lignes de production pour gérer les quantités mises en œuvre dans le process. Plus simplement l’ensemble du parc des balances d’un site de production constitue souvent le plus grand nombre de chaînes de mesure de masse. Des équipements plus complexes comme les trieuses pondérales9 en ligne mesurent la masse des produits de manière dynamique. Étendues de mesure L’étendue de la mesure de masse est très large, allant de 0,1g à plus de 20T ce qui donne à la mesure de cette grandeur une complexité supplémentaire par rapport aux nombreux types de matériel rencontrés. Tableau 5: étendues de mesure de masse Technologie Ce sont les jauges de contrainte métalliques à effet piezoélectrique qui sont utilisées sur les équipements de mesure de masse. Liés mécaniquement à des éléments déformables, ils génèrent un signal image de la force appliquée. Figure 9: peson destiné à la mesure de masse sur équipement fixe Contraintes Les contraintes de la mesure de masse dépendent en grande partie du type d’instrument utilisé :  L’utilisation de balance statique oblige à prendre le plus grand soin lors du réglage de la mise à niveau. Les chocs fréquents peuvent être la cause d’anomalie sur l’équipement. 9 Les trieuses pondérales sont des balances sur lesquelles sont pesées en dynamique les briques cartonnées en sortie de la machine de conditionnement à une cadence de 12000 briques par heure. 20
  23. 23.  La mesure de masse dynamique est complexe du fait des cadences de pesée des instruments. Il n’est pas rare d’avoir des équipements fonctionnant à plus de 200 coups par minute. Cela n’autorise aucun écart dans la mise en œuvre de l’instrument pour obtenir les qualités métrologiques attendues.  La mesure de masse de cuve fixe par capteur de charge (pesons) est particulière dans le sens où la connexion de tuyauteries rigides sur une cuve de mélange de matières premières représente un facteur d’influence prépondérant sur la mesure. EXEMPLES D’APPLICATION Mesure de masse d’un tank La préparation de produits alimentaires se fait par mélange de plusieurs ingrédients. Ceux-ci doivent être dosés dans une même cuve en respectant les quantités spécifiées dans une recette. Ce mélange d’ingrédients se fait dans une cuve posée sur des cellules de charge que l’on appelle également des pesons. Les informations de pesage sont transmises par l’électronique d’affichage à l’automatisme en charge de contrôler la mise en œuvre des produits. Chaque ingrédient est incorporé séparément, ainsi le différentiel de masse entre deux ingrédients correspond à la quantité mise en œuvre. Figure 10: pesage d'un tank de mélange Triage pondéral en ligne La fabrication de produits alimentaires préemballés répond à une législation stricte concernant la masse effective du produit vendu dans son emballage. L’utilisation de trieuses pondérales en ligne permet de respecter ces critères en contrôlant la masse de l’intégralité des produits fabriqués. Dans le cas où l’utilisation de ce type d’instrument n’est pas possible (produits non adaptés au pesage en dynamique), il convient de mettre en place un plan de contrôle statistique suffisamment sûr pour garantir que le lot de produits fabriqués répond aux critères dictés par la loi. Figure 11: trieuse pondérale Mettler Toledo 21
  24. 24. I.1.4 La conductivité Applications Cette grandeur permet dans les usines alimentaires de connaître la nature d’un fluide passant dans une tuyauterie. Des solutions de nettoyage à base de soude et d’acide nitrique sont utilisées dans les process fluides. La conductivité de ces solutions étant très différente de l’eau, il est facile de les reconnaître par ce biais. On utilise aussi cette mesure de manière qualitative afin de caractériser les produits fabriqués. La mesure de conductivité associée à un abaque permet de déduire facilement un taux de sel dans une préparation alimentaire. Étendues de mesure Tableau 6: étendues de mesure de conductivité Technologie Deux technologies de capteurs sont rencontrées. L’une d’entre elle est celle de la mesure par électrodes proches (figure 12-1), la mesure étant réalisée en mesurant le courant de passage dans le liquide à caractériser. L’autre est celle du capteur toroïdal (figure 12-2) dont le champ magnétique créé dans le produit est utilisé pour mesurer la conductivité. A noter que la température10 est une grandeur d’influence à prendre en compte car la mesure de conductivité est largement modifiée par celle-ci. De ce fait l’ensemble des chaînes de mesure de conductivité est équipé d’un dispositif de correction de température. Contraintes  La mesure de conductivité peut être facilement influencée par un simple encrassement du capteur. Il est donc nécessaire de maintenir le capteur en état par des nettoyages fréquents.  La mesure de conductivité est souvent utilisée pour estimer une autre grandeur physique comme la concentration des ions hydroxyde dans le cas de la soude ou bien le taux de sel dans une préparation alimentaire. Il est donc nécessaire de joindre cette mesure à des abaques qui ont été réalisés au préalable. 10 La température augmente la mobilité des ions contenus dans un liquide et augmente par conséquent la conductivité de celui-ci. 22
  25. 25. EXEMPLES D’APPLICATION Auto contrôle du taux de sel Les opérations unitaires tout au long du processus de fabrication, sont contrôlées par les opérateurs eux-mêmes et ce par des moyens d’autocontrôle. L’un d’entre eux consiste à vérifier le taux de sel contenu dans une préparation de produits alimentaires en mesurant la conductivité du produit mis en œuvre. Le résultat de la mesure est comparé à un abaque provenant de données expérimentales et fait correspondre la mesure au taux de sel du produit. Ceci constitue un excellent indicateur de qualité du produit et donne une indication précieuse aux opérateurs pour valider leur travail de mélange des ingrédients et de respect de la recette. Triage de solutions de nettoyage Les nettoyages des tuyauteries process sont faits automatiquement par un équipement que l’on appelle NEP11 . C’est l’envoi successif et automatique de solutions de nettoyage différentes qui rend le système NEP très efficace. Cependant, l’automatisme a besoin de détecter à chaque instant la nature du produit qui circule dans les tuyauteries. L’utilisation de conductivimètres en ligne permet d’identifier rapidement les concentrations de réactifs (solution de soude caustique très conductrice d’une part, eau de rinçage peu conductrice) Solution Composition Concentration Conductivité Rôle [%] [mS/cm] Eau chaude H2O 0 Rinçage Soude caustique NaOH 2 à 2,5 75 à 80 Nettoyage Acide nitrique HNO3 1,5 à 2 70 à 75 Détartrage Eau froide H2O 0 Rinçage Tableau 7: solutions de nettoyage utilisées dans le processus de fabrication Figure 12: capteur à électrodes Figure 13: capteur toroïdal 11 NEP : Nettoyage En Place, système automatique d’envoi de solution de nettoyage dans le processus de fabrication 23
  26. 26. I.1.5 Les autres grandeurs On trouve également des mesures de grandeurs physiques qui ne sont pas réalisées directement sur le processus de fabrication. De nombreux autocontrôles sont faits par les opérateurs de fabrication pour valider les productions. Ces mesures se font le plus souvent par prélèvement d’échantillons tout au long du processus de fabrication et valident chaque étape de celui-ci. Les résultats sont alors comparés à des normes établies avec des échantillons témoins de produits finis correspondant à un produit standard :  Le taux de chlorures donne une indication sur le taux de sel contenu dans un produit alimentaire. Il permet au final d’identifier des productions mouillées, c'est-à-dire ayant reçu une trop grande quantité d’eau lors du mélange des ingrédients ou l’inverse.  La consistance relate de la texture des produits et d’une certaine manière de leur viscosité dynamique. Ces mesures sont réalisées par écoulement avec un consistomètre Bostwick (figure 14). Elles sont extrêmement pratiques pour contrôler l’évolution des amidons dans les produits.  Le pH caractérise l’acidité d’une recette.  L’évolution du pH dans le temps permet également de détecter rapidement des développements de micro-organismes.  Le taux de particules12 d’un produit fini donne l’image de la densité des morceaux contenus dans une soupe et permet de valider sa texture moulinée ou veloutée.  La détection de métaux, essentielle à la sécurité alimentaire du consommateur, garantit l’absence de corps étrangers métalliques dans les produits finis. Le laboratoire de microbiologie dans son activité de contrôle est également un grand utilisateur d’instruments de mesure. On retrouve un nombre important de grandeurs physiques mesurées comme celles décrites auparavant:  La température en particulier pour le suivi et la régulation des étuves.  Le pH pour évaluer la stabilité microbiologique des produits finis.  La mesure de masse pour la réalisation des différents protocoles de test au laboratoire. Figure 14: consistomètre Bostwick 12 Le pesage de particules retenues par un tamis calibré constitue la méthode utilisée pour obtenir le taux de particules d’une soupe ou d’un sauce contenant des morceaux. 24
  27. 27. I.2 LES CONTRAINTES DE L’INDUSTRIE AGROALIMENTAIRE L’usage de capteurs et d’instruments de mesure dans l’industrie agroalimentaire est soumis à de multiples contraintes. Le capteur doit être à la fois le plus sûr possible au regard de la sécurité alimentaire des produits fabriqués et correspondre aux exigences des environnements sévères créées sur les sites de production. I.2.1 Contraintes de sécurité alimentaire Un grand nombre d’instruments entre directement en contact avec les produits mis en œuvre, on parle alors d’équipements intrusifs. Ils ne doivent en aucun cas apporter des risques supplémentaires au regard de la sécurité alimentaire du produit. Que ce soit du point de vue bactériologique, chimique ou physique le capteur ne doit pas être la source d’une de ces contaminations. Risques bactériologiques : le montage d’un capteur intrusif ne doit pas induire de zone de rétention de produit. Toute zone de rétention mal nettoyée pourrait être le siège d’un développement de micro-organismes. Ceux-ci pourraient à terme contaminer les produits en contact avec le capteur. Pour cette catégorie de risques, il convient de connaître dans quelle zone le capteur sera installé :  Zone de process normale : zone où le développement des micro-organismes est limité (gestion des eaux de rinçage par exemple)  Zone de process hygiénique : zone où l’on accepte une croissance limitée des micro-organismes par rapport aux micro-organismes contenus dans le produit. (installation de mélange de matières premières)  Zone de process stérile ou aseptique : zone où aucun développement bactérien n’est toléré pour préserver la stérilité du produit et de l’installation en production (soupe et lait en brique UHT) Risques chimiques : le capteur et ses éléments constitutifs peuvent contenir certaines substances susceptibles de rentrer en contact avec les produits alimentaires. Certains capteurs comme les électrodes de pH-mètre contenant du KCl (Chlorure de potassium) sont donc à proscrire. C’est également le cas des capteurs de pression munis de séparateur alimentaire13 qui doivent contenir un liquide tampon d’origine végétale. Risques physiques : on entend par risques physiques, le risque d’incorporer des corps étrangers comme des particules métalliques ou plastiques dans les préparations alimentaires. La construction des capteurs doit prendre en compte ce risque afin d’éviter toute source éventuelle de contamination par casse ou usure de ceux-ci. 13 L’utilisation de séparateur entre le produit et le capteur est incontournable dans le cas des capteurs de pression car les zones de rétention sont trop importantes : voir figure 8-2 page 19 25
  28. 28. I.2.2 Contraintes de production Les environnements de travail sont souvent très sévères pour les instruments. La température ambiante est un facteur important. Il faut prendre en considération la température élevée à proximité d’un four de cuisson ou à contrario les températures très basses d’un surgélateur en ligne et adapter son choix en fonction des circonstances. L’humidité ambiante très fréquemment rencontrée en agroalimentaire constitue également un facteur important lors du choix ou de la mise en œuvre d’un capteur. Il devra pouvoir résister aux lavages fréquents à grandes eaux ou à l’exposition aux intempéries dans le cas d’équipements placés à l’extérieur. Les atmosphères corrosives sont des conditions rencontrées à cause de l’utilisation quotidienne de produit de nettoyage à base de soude caustique et d’acide. Les désinfections de matériel souvent faites à base de produits chlorés soumettent les équipements d’instrumentation à des niveaux d’agression chimique élevés. Protections Les instruments sont protégés de leur environnement. Ils doivent résister aux projections d’eau et de poussières. C’est pourquoi les instruments répondent aux recommandations sur l’indice de protection. Pour les instruments directement placés dans les ateliers de production des indices de protection IP65, IP66, IP67 sont nécessaires. Ceci s’explique par la forte exposition des instruments aux atmosphères humides dans le cas des process fluides ou bien par une forte exposition aux poussières dans le cas d’ateliers où sont mis en oeuvre des pulvérulents. Pour le cas spécifique des environnements avec une forte densité de poussières en suspension dans l’air, les instruments doivent répondre aux exigences de la réglementation ATEX qui définit les modes de construction des appareillages placés en zone explosive. Les sites de production qui mettent en œuvre du sucre en poudre, de l’amidon sont particulièrement concernés par ce type de risque. Les instruments de mesure placés dans des ateliers de production exposés à des gaz explosifs sont aussi concernés par cette réglementation. Figure 15 : le logo εx identifie les équipements certifiés ATEX 26
  29. 29. I.2.3 Construction hygiénique Une construction hygiénique a pour but d’obtenir un capteur intrusif facilement nettoyable. Les critères de construction des instruments respectent donc des normes d’hygiènes strictes garantissant que l’instrument ne sera pas source de contaminations bactériologiques. Les contaminations peuvent être provoquées par de fines particules, des fibres ou des micro-organismes comme les bactéries, les champignons, les moisissures, les spores ou bien les levures. Tous ces contaminants peuvent facilement se loger dans des fissures, des espaces morts ou adhérer à une paroi dont la surface n’est pas suffisamment lisse et créer un biofilm14 . Les dimensions de ces contaminants se situent dans la gamme :  1 à 10 μm pour les micro-organismes  5 à 100 μm pour les particules et les flocons  5à 100 μm pour les résidus en couche mince ➊ ➋ ➌➊ ➋ ➌ Figure 16: différents types de micro-organismes ➊ Bactéries formant un biofilm ➋ Spores de Clostridium Botulinum ➌ Levures 14 Un biofilm est une couche de micro-organismes, contenus dans une matrice solide, se formant sur des surfaces en contact avec de l'eau. 27
  30. 30. Pour éviter le colmatage par les micro-organismes et la création d’un biofilm très difficile à nettoyer, les surfaces doivent posséder une rugosité Ra ≤ 0,8 μm. Pour cette valeur de rugosité les bactéries logées dans les creux de la matière pourront être facilement nettoyées. Figure 17: rugosité de surface : Ra = écart moyen arithmétique du profil, Rp = hauteur de saillie maximale, Rv = profondeur de creux maximal. Les matériaux utilisés pour les capteurs ne doivent pas être sensibles à la corrosion, être de très bonne stabilité et de conception inaltérable avec les nombreux produits alimentaires et de nettoyage avec lesquels ils entrent en contact. Les aciers inoxydables 304L, 316L, 316 SMO, 316 TI15 sont habituellement préconisés pour la construction des capteurs car ils répondent parfaitement à ces critères. Cependant des précautions seront prises lors de la présence d’ions chlore Cl- dans les installations concernées. Ceux-ci corrodent rapidement la plupart des aciers inoxydables et altèrent les états de surface. Pour les parties des capteurs qui ne rentrent pas en contact avec le produit, l’utilisation de matériaux moins nobles comme certaines matières plastiques est acceptable. Les surfaces doivent néanmoins être lisses et sans zone de rétention pour rendre les parties externes de l’instrument faciles à nettoyer. On peut résumer les critères de base de construction à respecter pour obtenir une construction hygiénique.  Pas d’interstice, d’espace, d’encoche, de cavité de fissures sur l’instrument.  Pas de filetage en contact avec le produit.  État de surface correct des parties en contact avec le produit. Indice de rugosité Ra ≤ 0,8 μm.  La construction et le montage doivent favoriser les écoulements.  Nettoyage possible avec des installations automatiques NEP et SEP16 .  Montage sans fuite.  Éléments en acier inoxydable soudés sous gaz neutre permettant l’obtention de surface lisse et sans rocher de la soudure. 15 Les nuances d’acier inox SMO (alliage Molybdène) et TI (alliage Titane) sont particulièrement recommandées en présence de produits salés à haute température. 16 SEP : Stérilisation En Place 28
  31. 31. Raccordement La jonction entre le processus de fabrication et l’instrument lui-même se fait par un raccordement mécanique que l’on appelle raccord process. Les étanchéités entre le point de mesure et le monde extérieur, le plus souvent l’air ambiant, sont assurées par des montages spécifiques. Les élastomères et les plastiques utilisés dans les applications stériles ou hygiéniques doivent être compatibles avec l’usage alimentaire, le nettoyage et la stérilisation des équipements. Le raccordement mécanique se fait de plusieurs manières. On peut en citer quelques exemples SMS, DIN17 , bride, clamp, filetage, bride stérile. Le choix se fera en fonction de l’application qui pourra être en zone standard, en zone hygiénique ou en zone stérile. De manière générale, les capteurs destinés à l’agroalimentaire n’ont aucune zone de rétention à l’endroit de leur raccordement. On parle alors de raccordements affleurants. Figure 18: débitmètre électromagnétique avec raccordement à brides hygiéniques, électrodes sans zone de rétention Deux technologies de raccordement électrique sont disponibles pour faire la liaison entre le capteur et le transmetteur. L’une d’elle consiste à avoir un instrument compact dans lequel sont réunis le capteur et le transmetteur. Cette solution apporte une facilité de câblage, de réglage et de contrôle de l’instrument. La seconde est une technologie où l’électronique du transmetteur est séparée du capteur. Il peut être déporté dans une salle de contrôle par exemple. Ceci donne un avantage quand on ne désire pas rentrer dans une zone à atmosphère contrôlée18 pour maintenir l’instrument. C’est le cas dans des industries aux normes d’hygiène extrêmement strictes où l’on minimise l’intervention humaine souvent vecteur de contaminations. Cette méthode fiabilise l’instrument du fait que le transmetteur n'est pas directement soumis aux contraintes de l’environnement. 17 SMS, DIN : Normes de tuyauterie 18 Certains sites de production (produits frais, carnés..) ont une gestion draconienne de l’aéraulique de leurs ateliers, cela nécessite de déporter les transmetteurs hors de cette zone. 29
  32. 32. I.2.4 Les recommandations de l’ EHEDG19 L’EHEDG est un consortium d’équipementiers de l’industrie agroalimentaire, d’instituts de recherche et d’administrations de santé publique, crée en 1989 dans le but de promouvoir un standard de construction hygiénique dans le domaine du traitement et du conditionnement des produits alimentaires. L’EHEDG est une organisation à but non lucratif et qui n’a pas de capacité à légiférer. Elle travaille pour l’harmonisation globale des standards et des bonnes pratiques de construction. L’EHEDG, la FDA20 et NSF21 collaborent activement pour le développement de ces standards. L’objectif des travaux de l’EHEDG est de permettre aux normes EU Dir N° 98/37/EC et 93/43/EEC (à propos de l’hygiène des composants des industries agroalimentaires) d’être mises en œuvre facilement sur les sites de production industriels. Cette organisation évalue la conception et la nettoyabilité des équipements ou des composants unitaires destinés à être montés sur des processus alimentaires. Les aspects de maintenance, de réparation et de mise en service sont également pris en considération. Une méthode unique valide les produits à certifier EHEDG. Les équipements sont testés en laboratoire avec un protocole simple et pratique à réaliser :  L’instrument est soigneusement nettoyé et désinfecté à la main.  L’instrument est placé sur un banc test par le biais d’une tuyauterie de référence.  L’ensemble de l’installation est délibérément souillé et contaminé par des micro-organismes.  L’installation est nettoyée selon un protocole unique et bien défini.  Le tuyau de référence muni de son instrument à certifier est alors rempli avec un milieu de culture avant d’être incubé plusieurs heures.  Une analyse visuelle des différentes surfaces de l’instrument permet de visualiser les éventuelles parties de l’instrument qui seraient mal nettoyées. Pour les instruments obtenant des résultats satisfaisants à ces tests un certificat EHEDG est délivré au produit. Ce certificat donnera une confiance supplémentaire à l’utilisateur de ce matériel Figure 19: logo EHEDG 19 EHEDG : European Hygienic Engineering Design Group 20 FDA : Food and Drug Administration 21 NSF: National Science Fundation 30
  33. 33. I.3 LES CHAÎNES D’ACQUISITION De multiples solutions sont disponibles pour apporter une réponse au problème de l’acquisition de la mesure. On retrouve très souvent les mêmes chaînes d’acquisition pour leur simplicité et leur faible coût de mise en œuvre. Cependant, de plus en plus de chaînes d’acquisition sont réalisées sur la base d’un bus de terrain comme Profibus permettant ainsi le raccordement de capteurs intelligents avec une grande flexibilité d’utilisation et de réglage. Quatre solutions couramment utilisées dans l’industrie agroalimentaire sont présentées ci-dessous. Elles résolvent à elles quatre la quasi-totalité des cas de figure rencontrés dans nos processus. I.3.1 Capteur : raccordement universel Dans ce mode de fonctionnement, le capteur est directement raccordé à un transmetteur qui met en forme le signal image du mesurande* et le traduit en boucle de courant. Le transmetteur et le capteur sont intégrés dans un seul et même boîtier qui constitue l’instrument. La boucle de courant est raccordée à une entrée automate ou bien sur une électronique d’affichage. Les atmosphères très humides rencontrées dans les ateliers de production de l’agroalimentaire font préférer la transmission en boucle de courant plutôt qu’en tension beaucoup plus sensible aux perturbations dans ce contexte. P Capteur et transmetteur Boucle 4-20mA Entrée automate P 4-20mA P Capteur et transmetteur Boucle 4-20mA Entrée automate P 4-20mA Figure 20: câblage d'une boucle de courant I.3.2 Sonde de température Pt100 : raccordement direct Les constructeurs de ce type d’équipement possèdent aujourd’hui une gamme de matériels spécifiques et pratiques en terme d’installation et de mise en œuvre et ce plus particulièrement pour les capteurs Pt100. Les capteurs Pt100 sont raccordés directement à l’entrée automate en 3 ou 4 fils. Les systèmes de correction intégrés aux cartes d’acquisition sont très appréciés lors des opérations de réglage en métrologie. Capteur Pt100 Connexion inter armoire Entrée automateCapteur Pt100 Connexion inter armoire Entrée automateCapteur Pt100 Connexion inter armoire Entrée automate Figure 21: câblage d'une sonde Pt100 31
  34. 34. I.3.3 Sonde de température Pt100 : raccordement par transmetteur Le câblage de sonde Pt100 par l’intermédiaire d’un transmetteur dédié est souvent rencontré. Cette application est utilisée lorsqu’un capteur Pt100 est très éloigné de la carte d’acquisition de mesure. Le système de correction de longueur de câble arrivant aux limites de ses possibilités, c’est la boucle de courant qui reprend l’avantage dans cette configuration. Capteur Pt100 Transmetteur Pt100/4-20mA Entrée automateCapteur Pt100 Transmetteur Pt100/4-20mA Entrée automate Figure 22: câblage d'une sonde Pt100 via un transmetteur I.3.4 Bus de terrain PROFIBUS Le développement du capteur intelligent22 tend à supplanter l’usage des capteurs traditionnels. Ceci est particulièrement vrai pour les capteurs qui renvoient plusieurs mesurandes comme cela est le cas des débitmètres massiques. Les avantages de ce procédé sont nombreux : principalement simplicité de mise en service et robustesse de leur chaîne d’acquisition. Les moyens d’autocontrôle intégrés au capteur sont des atouts pour détecter les dérives de la mesure et faciliter la détection d’anomalie. Sans être le seul, c’est souvent le bus de terrain PROFIBUS DP qui est choisi aussi bien par les équipementiers que par les utilisateurs. Capteurs Intelligents Liaison Profibus Automate CPU Profibus PT TT Capteurs Intelligents Liaison Profibus Automate CPU Profibus PT TT Figure 23: câblage d'un capteur intelligent par BUS de terrain 22 Concept de capteur intégrant un organe de calcul interne comme un microprocesseur, un système de conditionnement du signal et une interface communicante. 32
  35. 35. CHAPITRE II II LA FONCTION METROLOGIE On entend souvent parler des grandes fonctions de l’entreprise comme la production, la commercialisation ou encore la maintenance. On entend beaucoup moins parler de la fonction métrologie bien qu’elle soit présente depuis longtemps dans certaines industries soumises à des dispositions réglementaires sur le sujet. L’arrivée des certifications ISO 9001 dans les entreprises a définitivement ancré la métrologie à l’activité de la qualité en prenant une importance toute particulière dans le domaine de l’agroalimentaire. II.1 QUALITÉ ET SÉCURITÉ ALIMENTAIRE L’industrie, l’agroalimentaire se doit de fournir des produits de qualité. Les produits fabriqués sont consommés par le plus grand nombre, il est impensable d’imaginer qu’une personne puisse être malade du simple fait d’avoir mangé l’un de ces produits. De plus l’étiquetage apposé sur les produits constitue une obligation contractuelle que le fabricant se doit de respecter. La masse du produit fini comme les proportions d’ingrédients qui le composent sont les principaux critères à respecter. Les industries agroalimentaires ont parfaitement compris et assument pleinement leurs responsabilités morales et légales envers les consommateurs. Les produits fabriqués ne doivent évidemment pas générer le moindre risque pour la sécurité alimentaire du consommateur. Pour se protéger d’éventuels dysfonctionnements dans les processus de fabrication, des systèmes de gestion de la qualité ont été mis en place dans les sites de production. Ces systèmes sont très élaborés car ils répondent aux exigences de la norme ISO 9001 sur laquelle les sites de production sont évalués. La fonction métrologie est une composante indispensable dans une démarche de gestion de la qualité car elle garantit le fonctionnement correct du parc d’instruments servant à déclarer la conformité légale et contractuelle des produits fabriqués. 33
  36. 36. II.1.1 Métrologie et certification ISO 9001 version 2000 Le rôle de la fonction métrologie au sein d’une entreprise est primordial. Elle permet de gérer le risque d’obtenir des résultats de mesure incorrects pouvant avoir un impact négatif sur la qualité des produits fabriqués. La maîtrise des processus de mesure est donc une action incontournable dans une démarche qualité. Pour obtenir cette maîtrise, la fonction métrologie doit mettre en place une organisation permettant aussi bien le contrôle périodique des équipements de mesure, que de pouvoir disposer d’un état réel et instantané de la vie de chaque équipement. La norme ISO 9001 version 2000 détaille précisément les actions à mener pour obtenir un système de qualité, elle constitue le fil guide de la mise en place et du suivi de la fonction métrologie. Extrait de la norme ISO 9001 version 2000 Le fournisseur doit établir et tenir à jour des procédures écrites pour maîtriser, étalonner et maintenir en état les équipements de contrôle, de mesure et d’essai (y compris les logiciels d’essais) utilisés par le fournisseur pour démontrer la conformité du produit aux exigences spécifiées. Les équipements de contrôle, de mesure et d’essai doivent être utilisés de façon à assurer que l’incertitude de mesure est connue et compatible avec l’aptitude requise en matière de mesurage. Le fournisseur doit :  Déterminer les mesurages à effectuer, l’exactitude requise et sélectionner l’équipement de contrôle de mesure et d’essai approprié capable d’apporter l’exactitude et la précision nécessaire.  Identifier tous les équipements de contrôle, de mesure et d’essai qui peuvent avoir une influence sur la qualité du produit, les étalonner et les régler aux intervalles précis ou avant utilisation, par rapport à des équipements certifiés reliés de façon valable à des étalons reconnus au plan international ou national. Lorsque ces étalons n’existent pas, la référence utilisée pour l’étalonnage doit faire l’objet d’une description écrite.  Définir le processus utilisé pour l’étalonnage des équipements de contrôle, de mesure et d’essai en détaillant le type d’équipement, l’identification spécifique, l’emplacement, la fréquence des vérifications* , la méthode de vérification, les critères de l’acceptation et l’action à entreprendre lorsque les résultats ne sont pas satisfaisants.  Identifier les équipements de contrôle, de mesure et d’essai avec un marquage approprié ou un enregistrement d’identification approuvé pour indiquer la validité de l’étalonnage.  Conserver des enregistrements d’étalonnage pour les équipements de contrôle, de mesure et d’essai.  Évaluer et consigner par écrit la validité des résultats de contrôle et d’essai antérieur lorsque les équipements de contrôle, de mesure et d’essai s’avèrent être en dehors des limites fixées pour l’étalonnage.  Assurer que les conditions d’environnement sont appropriées pour la réalisation des étalonnages, contrôles, mesures et essais. 34
  37. 37.  Assurer que la manutention, la préservation et le stockage des équipements de contrôle, de mesure et d’essai sont tels que l’exactitude et l’aptitude à l’emploi sont maintenues.  Protéger les moyens de contrôle, de mesure et d’essai contre des manipulations qui invalideraient les réglages d’étalonnages. En parallèle de cette démarche qualité ISO 9001 laissée à l’initiative des industriels, il existe des obligations réglementaires supportées par des textes de loi qu’il convient évidement de respecter scrupuleusement. II.1.2 Métrologie Légale En Europe et en particulier en France, les mesures utilisées dans les transactions commerciales font l’objet d’une réglementation. La métrologie légale est l’activité par laquelle l’État décide d’intervenir par voie réglementaire sur certaines catégories d’instruments de mesure. La métrologie légale s’intéresse à la qualité des instruments utilisés pour les transactions commerciales afin d’assurer la fiabilité de la mesure et de prévenir les fraudes. Le cas particulier des produits alimentaires préemballés (comme les briques cartonnées fabriquées sur le site de Duppigheim) doit répondre à ce cadre législatif, en l’occurrence au Décret N° 78-166 du 31 Janvier 1978. Extrait du Décret N° 78-166 du 31 Janvier 1978 paru au J.O. du 16 février 1978 Un produit est dit préemballé lorsqu’il est conditionné, hors de la présence de l’acheteur, dans un emballage de quelque nature qu’il soit (…..), de telle sorte que la quantité de produit contenue ne puisse pas être modifiée sans qu’il y ait ouverture ou modification décelable de l’emballage…. Un préemballage est l’ensemble d’un produit et de l’emballage dans lequel il est présenté en vue de la vente. Extrait de l’Arrêté du 20 octobre 1978 paru au J.O. du 22 novembre 1978 Article 5 Le contrôle pratiqué par le pré emballeur doit être effectué à l’aide d’un instrument de mesure légal approprié. Le pré emballeur doit tenir à la disposition des services de contrôles officiels pendant au mois 2 ans, les documents où sont consignés les résultats de contrôle afin d’attester que ces derniers, ainsi que les corrections et ajustements dont ils ont montré la nécessité, ont été régulièrement et correctement effectués. L’ensemble de ces dispositions réglementaires implique des actions concrètes dès la construction de l’instrument de mesure et pendant toute l’exploitation. Il est nécessaire pour le responsable métrologie de bien connaître le processus d’approbation d’un instrument destiné à faire des mesurages en métrologie légale. Ce processus comporte trois étapes : 35
  38. 38. Approbation du modèle de construction L’approbation du modèle de construction d’un instrument est la première étape du processus. Elle permet de vérifier et d’attester que la construction et le fonctionnement d’un instrument de mesure présenté par un constructeur répondent bien aux dispositions réglementaires et techniques prévues par la procédure de vérification. L’étude technique du prototype est effectuée par la DRIRE23 et les résultats de cette étude peuvent conduire le constructeur à apporter des modifications à l’instrument fabriqué et à améliorer sa qualité métrologique. Cette étape est réalisée sur le lieu de fabrication de l’instrument. L’exploitant n’est pas impliqué dans cette démarche d’approbation car elle relève de l’entière responsabilité du constructeur. Il convient tout de même d’être particulièrement vigilant dans le cas de matériel construit en dehors de la communauté européenne, car il ne serait pas forcément développé selon les mêmes recommandations, compliquant ainsi la procédure d’approbation du modèle. Vérification primitive La vérification primitive d’un instrument est la deuxième étape. Elle valide le fait que l’instrument de mesure neuf ou réparé est conforme au modèle approuvé et répond bien aux prescriptions réglementaires. Cette vérification est effectuée suivant des procédures élaborées sur la base de normes internationales et sur les recommandations de l’OIML24 . Dans le cas d’un instrument neuf, la vérification primitive peut être réalisée sur le lieu même de l’exploitation. C’est en particulier le cas des instruments qui ne sont pas en mesure d’être déplacés ou bien le cas d’instruments qui seront configurés en fonction de leur environnement proche. Il est donc impératif de pouvoir disposer d’un cahier des charges précis muni des recommandations nécessaires à la bonne installation de l’équipement de mesure. L’instrument de mesure étant placé dans les conditions optimales, il sera d’autant plus simple d’obtenir les résultats métrologiques les plus probants. Figure 24: marque primitive nationale apposée sur l'instrument (poignée de main symbolisant la BONNE FOI) Vérifications périodiques Pour s’assurer qu’un instrument de mesure est utilisé de manière correcte et loyale, des organismes agréés, délégués par la DRIRE procèdent à des vérifications périodiques. Ils incitent l’utilisateur de l’instrument de mesure à le maintenir dans le meilleur état et à pratiquer toutes les opérations de maintenance nécessaires. La responsabilité de la conformité de l’instrument appartient à l’exploitant de l’instrument de mesure. Lors des opérations de maintenance ou de réparations importantes obligeant à intervenir directement sur les constituants de mesure même de l’instrument, la réglementation oblige à faire procéder à une nouvelle vérification primitive. C’est la 23 DRIRE : Directions Régionales de l'Industrie de la Recherche et de l'Environnement 24 OIML : Organisation Internationale de Métrologie légale 36
  39. 39. pose de dispositifs de verrouillages mécaniques ou informatiques (plombage, code d’accès) qui garantit qu’un instrument de mesure n’a pas été modifié. Ce sont aujourd’hui ces organismes mandatés par la DRIRE qui délivrent l’autorisation d’exploiter l’instrument de mesure pour des transactions commerciales. Figure 25: vignettes de verdict indiquant la validité du contrôle périodique Exploitation Construction Directive Européenne 90/384/CEE Visite Primitive Autorisation de mise en service Validation DRIRE Exploitation Approbation du modèle N° d’approbation primitive Visites périodiques 1/an Visites après réparation Exploitation Construction Directive Européenne 90/384/CEE Visite Primitive Autorisation de mise en service Validation DRIRE Exploitation Approbation du modèle N° d’approbation primitive Visites périodiques 1/an Visites après réparation Figure 26: schéma de validation d'un instrument de métrologie légale Le responsable métrologie en charge de coordonner la gestion du parc d’instruments et de chaînes de mesure se doit de respecter scrupuleusement les obligations réglementaires de la métrologie légale pour les équipements concernés. C’est pourquoi, il est indispensable qu’il dispose d’une connaissance globale des textes de lois en vigueur, mais également qu’il s’astreigne à une veille réglementaire permettant ainsi d’anticiper tout changement dans ce domaine. 37
  40. 40. II.1.3 Raccordement aux étalons primaires Le système de management de la qualité ISO 9001 version 2000 demande à ce que les instruments de mesure utilisés pour la fabrication soient étalonnés et vérifiés avec des étalons de travail rattachés à des étalons nationaux ou internationaux. Les étalons nationaux sont eux-mêmes reliés par une chaîne ininterrompue de comparaison entre différentes références jusqu’à l’unité fondamentale du système international, autrement dit à l’étalon primaire d’une grandeur physique. Le système international des unités, SI, est composé de sept unités primaires à partir desquelles sont dérivées toutes les autres. Grandeur de base Unité de base Nom Symbole Nom Symbole Longueur l mètre m Masse m kilogramme kg Temps t seconde s Courant électrique I ampère A Température T kelvin K Quantité de matière n mole mol Intensité lumineuse Iv candela cd Tableau 8: grandeurs et unités du système international Les contrôles et les vérifications d’instruments sur site se font à partir d’étalons de travail. Ils sont choisis en fonction de l’instrument à contrôler et de sa technologie. Ils sont également choisis pour leur incertitude qui doit être suffisamment étroite pour garantir un niveau de confiance important des vérifications. Les étalons de travail sont qualifiés par un laboratoire accrédité répondant aux spécifications COFRAC25 et aux exigences de la norme NF EN 45003. Ces laboratoires sont reconnus pour leur compétence et leur capacité à effectuer des opérations d’étalonnage pour une grandeur donnée avec ses incertitudes associées. Pour chaque étalon de travail, le laboratoire accrédité formalise les résultats sur un certificat d’étalonnage comprenant la justesse sous la forme d’une erreur de justesse* et la fidélité* sous la forme d’une incertitude (Voir exemple en Annexe A). Cette qualification est faite avant de mettre en service l’étalon de travail, puis périodiquement tout au long de sa vie. La fréquence de contrôle sera établie en fonction de l’utilisation de l’étalon de travail, des éventuels dommages qu’il pourrait subir lors des opérations de contrôle. Les étalons de travail seront systématiquement vérifiés par un laboratoire accrédité dès lors qu’une anomalie sera constatée sur celui-ci. Figure 27: logo COFRAC 25 COFRAC : COmité FRrançais d’ACcréditation 38
  41. 41. II.2 ORGANISATION DE LA MÉTROLOGIE II.2.1 Mission de la fonction métrologie La mission de la fonction métrologie est d’assurer l’ensemble des actions permettant de choisir, de suivre et d’entretenir les moyens de mesure afin de pouvoir garantir le bon fonctionnement des procédés et des équipements de fabrication dans le respect des normes et des modes opératoires internes. Le responsable métrologie conduit cette mission avec les quatre axes de travail suivant : Coordination : Le responsable métrologie coordonne l’action des acteurs évoluant dans cette fonction. Il met en place les modes opératoires en fonction des attentes de la production et de la qualité et respecte les exigences réglementaires en vigueur. Il est l’interlocuteur privilégié du site pour tous les aspects liés à la métrologie. Contrôle : L’application d’un système de gestion sans pour autant user de moyens de contrôle tendra vers un épuisement rapide du système. Le responsable métrologie a le devoir de contrôler et de faire contrôler les activités des acteurs de cette fonction. Il sera alors en mesure de mettre en place les actions correctives qui iront dans le sens de l’amélioration continue en métrologie. Amélioration continue : Un des objectifs de la métrologie souvent oublié est celui de l’amélioration continue : améliorer non seulement les équipements en proposant des solutions en terme d’instrumentation mais aussi améliorer les modes opératoires pour les rendre plus efficaces. Plus un équipement est sûr et robuste et plus il sera fiable. De ce fait, il deviendra possible de réduire la fréquence des contrôles métrologiques tout en gardant un niveau de confiance identique en l’instrument de mesure. Maîtrise des non-conformités : Le système de gestion de la métrologie par l’intermédiaire du plan de contrôle métrologique permet de détecter des instruments non-conformes. Le responsable métrologie organise la résolution de ces non-conformités. II.2.2 Les acteurs et leurs responsabilités Le SHEQA manager26 : Le SHEQA manager est responsable de la qualité et de la sécurité alimentaire, il encadre à ce titre la fonction métrologie sur le site :  Il valide le plan de contrôle des instruments proposés par le responsable métrologie.  Il rédige les modes opératoires de gestion des non conformités.  Il statue sur la conformité d’un produit en cas de non-conformité d’un instrument. 26 SHEQA Manager (Safety Health Environnent Quality Assurance Manager) Responsable sécurité, santé, environnement, assurance qualité. 39
  42. 42.  Il définit pour chaque chaîne de mesure sa capabilité minimale et son erreur maximale tolérée. Le responsable métrologie : Le responsable de la fonction métrologie:  Définit les caractéristiques des instruments en fonction des besoins de la production et de la qualité. Il s’assure de leur capabilité. Cette étape est réalisée avant l’arrivée même de l’instrument sur le processus de fabrication.  Établit la liste des instruments qui le composent en répertoriant ceux–ci en deux classes de criticité : stratégique et non stratégique.  Rédige les modes opératoires de vérification et d’étalonnage des instruments.  Met en œuvre des moyens humains et matériel pour réaliser les contrôles et les étalonnages des instruments.  Valide les calculs d’incertitudes et capabilité des chaînes de mesures.  S’assure de la bonne gestion des étalons de travail et de leur raccordement aux étalons nationaux.  Évalue les sous traitants en réalisant des audits des opérations de contrôle ainsi que de la gestion documentaire des enregistrements.  Analyse les informations de suivi des instruments et recommande des améliorations techniques. Il est amené à proposer des remplacements de matériels. Le service de maintenance : L’encadrement du service de maintenance :  Organise et planifie avec les sous-traitants les interventions de métrologie sur les équipements de production.  Établit un plan de prévention des risques sécurité avec les différents sous traitants en charge de la réalisation du plan de contrôle et des interventions de dépannage.  Négocie le contrat de prestations de contrôle passé avec les sous-traitants. L’opérateur de maintenance :  Établit un diagnostic de panne en cas d’anomalie constatée sur un instrument de mesure en production.  Répare les anomalies simples sur les instruments de mesure.  Remplit une fiche de non-conformité pour le suivi documentaire de la remise en état. Les prestataires de service : Les prestataires de service sont en charge de :  Réaliser les opérations de contrôles et d’étalonnage conformément aux modes opératoires en vigueur.  Réaliser les opérations de contrôles et d’étalonnage conformément au planning d’intervention défini avec le service de maintenance.  Effectue les réparations nécessaires et les réglages des chaînes de mesure défaillantes dans la limite des prescriptions contractuelles.  Établit un document de synthèse permettant de faire un suivi des instruments de mesure.  Réalise les enregistrements documentaires du système métrologique sur leur champ d’action. 40
  43. 43. La production : Elle exploite l’outil industriel. C’est le personnel qui est le plus à même de détecter les anomalies éventuelles sur les instruments de mesure. Son rôle est de signaler tout dysfonctionnement et d’y faire remédier par le service de maintenance. La production doit également prendre les mesures nécessaires afin d’éviter tout risque au niveau de la sécurité alimentaire lors de la défaillance d’un instrument. Responsable Métrologie Service Maintenance SHEQA Manager Prestataire de services Plan de prévention des prestataires Planification des contrôles ÉvaluationQSE Gestion documentaire et enregistrements Procédure de gestion des non conformité Validation du calcul d’incertitude Rédaction des modes opératoires Plan de contrôle Validation Validation Budgétaire Proposition Réalisation des contrôles Contrat avec les prestataires Responsable Métrologie Service Maintenance SHEQA Manager Prestataire de services Plan de prévention des prestataires Planification des contrôles ÉvaluationQSE Gestion documentaire et enregistrements Procédure de gestion des non conformité Validation du calcul d’incertitude Rédaction des modes opératoires Plan de contrôle Validation Validation Budgétaire Proposition Réalisation des contrôles Contrat avec les prestataires Figure 28: organisation de la métrologie 41
  44. 44. II.2.3 L’indépendance de la métrologie La fonction métrologie de l’entreprise doit être assurée en toute indépendance afin que le personnel impliqué dans cette fonction ne puisse pas faire l’objet de pression ou d’incitations intempestives qui pourraient influencer son jugement ou les résultats de ses travaux. Il est préférable de limiter tous conflits d’intérêt. Afin de permettre une indépendance suffisante à la fonction métrologique, celle-ci est rattachée au SHEQA manager. Ceci peut être vu comme une évidence au regard de l’importance de la métrologie dans une démarche de gestion de la qualité. La qualification technique et la compétence sont les deux paramètres essentiels sur lesquels repose le choix du responsable devant assumer cette fonction. Il est préférable que le responsable métrologie ne cumule pas ses responsabilités avec celle de maintenance ou de production. C’est pourquoi, des définitions de postes détaillées doivent être établies. Elles doivent mentionner les différentes activités et les responsabilités de chacun en terme de métrologie. AQ & Métrologie Maintenance ProductionPrestataire Contrat de prestations Plan de contrôle Correction des anomalies Statue sur la conformité des produits Audit des partenaires Suivi des instruments Suivi des non conformité AQ & Métrologie Maintenance ProductionPrestataire Contrat de prestations Contrat de prestations Plan de contrôlePlan de contrôle Correction des anomaliesCorrection des anomalies Statue sur la conformité des produitsStatue sur la conformité des produits Audit des partenaires Suivi des instrumentsSuivi des instruments Suivi des non conformité Suivi des non conformité Figure 29: diagramme d'indépendance des tâches de la métrologie 42
  45. 45. CHAPITRE III III PLAN DE CONTRÔLE METROLOGIQUE Le plan de contrôle métrologique est le résultat d’une analyse menée par les différents interlocuteurs de la métrologie. Le plan de contrôle recense et caractérise chaque chaîne de mesure et constitue en quelque sorte un contrat passé entre la fonction métrologie et la fonction production. Le responsable métrologie fait qualifier les chaînes de mesure sur le plan de la justesse et de l’incertitude afin de s’assurer que les moyens de mesure utilisées en production sont bien capables de répondre aux spécifications. Le responsable métrologie coordonne également la réalisation des opérations de contrôle. III.1 INTÉGRATION D’UNE CHAÎNE DE MESURE Les sites de production industrielle en agroalimentaire possèdent un grand nombre de capteurs qui sont placés dans des endroits divers du processus de fabrication. Ces capteurs ont des rôles très différents. Ils ont également une importance plus ou moins grande au regard de la sécurité alimentaire des produits. Certains capteurs ne sont placés sur le process de fabrication que pour donner une indication de bon fonctionnement. La plupart du temps ces capteurs ne sont pas asservis à l’automatisme ni aux procédures de fabrication parce qu’un écart de mesure sur celui-ci ne serait en aucun cas à l’origine d’une anomalie de qualité sur les produits. D’autres capteurs ont une importance capitale pour garantir la sécurité alimentaire du consommateur. La gestion d’un parc d’instruments dans ce contexte doit suivre une procédure précise. Cette procédure étudie la pertinence d’intégrer un instrument de mesure dans un plan de contrôle. C’est en fonction de critères bien définis qu’une chaîne de mesure est intégrée dans le plan de contrôle. L’ensemble des instruments montés sur le processus de fabrication doit être analysé pour faire l’inventaire de ceux qui feront partie du plan de contrôle. C’est à l’aide d’un arbre décisionnel que l’on évalue chaque chaîne de mesure. Cet arbre est composé de trois questions : 43
  46. 46. Cette mesure est-elle utilisée pour déclarer la conformité du produit ? Les mesures qui garantissent la conformité contractuelle du produit doivent impérativement rentrer dans le plan de contrôle. C’est le cas typique du pesage en ligne des produits finis. Les produits sortant du site de production doivent obligatoirement avoir une masse au moins égale à celle déclarée sur l’emballage. Est ce que la dérive de la mesure influence la qualité du produit ? Dans les cas où la mesure n’est pas utilisée pour déclarer la conformité du produit, on analyse le cas particulier des dérives de la mesure. Si celles-ci n’influence pas la qualité du produit on considère que cette mesure n’a pas pour obligation de rentrer dans le plan de contrôle. Les capteurs placés sur les équipements auxiliaires comme les circuits de chauffe ou de refroidissement font partie de cette catégorie. Le défaut pouvant apparaître suite à la dérive sera-t-il détecté par ailleurs ? Dans les cas où la dérive d’une mesure ne peut pas être détectée d’une autre manière dans le processus de fabrication, l’instrument est obligatoirement intégré au plan de contrôle. C’est un instrument stratégique. Dans le cas contraire, il sera considéré comme non stratégique. Cette mesure est-elle utilisée pour déclarer la conformité contractuelle du produit ? Est-ce que la dérive de la mesure influence la qualité du produit ? Pas de contrôle de l’instrument L’instrument doit être intégré au plan de contrôle STRATEGIQUE Le défaut pouvant apparaître suite à la dérive sera-t-il détecté puis éliminé par ailleurs ? OUI NON NON OUI NON L’instrument doit être intégré au plan de contrôle NON STRATEGIQUE OUI Cette mesure est-elle utilisée pour déclarer la conformité contractuelle du produit ? Est-ce que la dérive de la mesure influence la qualité du produit ? Pas de contrôle de l’instrument L’instrument doit être intégré au plan de contrôle STRATEGIQUE Le défaut pouvant apparaître suite à la dérive sera-t-il détecté puis éliminé par ailleurs ? OUI NON NON OUI NON L’instrument doit être intégré au plan de contrôle NON STRATEGIQUE OUI Figure 30: arbre décisionnel d’intégration au plan de contrôle Nota : certains instruments rentrant dans la catégorie non soumise aux contrôles peuvent tout de même être suivi en métrologie dans un autre processus. C’est le cas des instruments IPS (Important Pour la Sécurité) qui sont soumis à des obligations réglementaires et à des prescriptions de notre arrêté préfectoral d’autorisation d’exploiter. 44

×