Entretien avec le Dr Kai Dirscherl à propos de sa présentation au Congrès Cleanzone à Francfort

Dr. Kai Dirscherl

La traçabilité nécessite des mesures uniformes et des méthodes de mesure fiables. Sans elles, il serait impossible d'assurer une qualité comparable à l'international dans la technologie des salles blanches. Le métrologue Dr. Kai Dirscherl parle lors du congrès Cleanzone (22 - 23 octobre 2013) de la gestion de l'incertitude de mesure, de l'importance des normes internationales et de ce que les moutons ont à voir avec son domaine de recherche. Lors d’un entretien personnel, le scientifique donne un aperçu de sa conférence « Traçabilité de la taille des particules et de la concentration en nombre » qu’il prononcera le premier jour du congrès à Francfort.

Dr. Dirscherl, que signifie la traçabilité ?
La traçabilité décrit en métrologie une propriété fondamentale pour la gestion des valeurs de mesure : un résultat mesurable traçable se caractérise par une chaîne ininterrompue de comparaisons de mesures avec des incertitudes de mesure connues à chaque étape. Cette chaîne de mesures est reliée à un étalon reconnu, c’est-à-dire à un objet de comparaison, un matériau de référence ou un appareil de mesure.

Vous êtes chercheur et gestionnaire de la qualité à l'Institut national de métrologie du Danemark (DFM) à Lyngby. Quel est votre domaine d’activité et comment êtes-vous en contact avec la technologie des salles blanches ?
Je travaille depuis environ sept ans dans plusieurs domaines du DFM. Depuis le milieu de cette année, l’un de mes axes principaux concerne la coordination de notre nouveau département dédié à la métrologie des particules. Ce sujet était auparavant rattaché au département de nanométrologie, où nous avons des liens avec l’industrie microélectronique, des télécommunications et des semi-conducteurs. Globalement, le domaine de la métrologie des particules gagne en importance. En particulier dans l’industrie pharmaceutique, mais aussi dans d’autres secteurs d’application intéressants, la demande de normes internationales uniformes et fiables pour la mesure et la documentation des particules devient de plus en plus pressante. Dans ce contexte, nous avons décidé de créer ce département autonome.

Quelles sont les tâches actuelles de la métrologie dans le domaine de la technologie des salles blanches ?
On dit souvent : « Qui mesure beaucoup, mesure de la merde ». Cette expression décontractée décrit en réalité une situation qui requiert notre attention. En effet, plus les grandeurs mesurées sont petites et plus nous devons mesurer précisément, plus les écarts minimes ont de l’importance. Par exemple, chaque compteur de particules, comme tout autre instrument, est soumis à une incertitude de mesure. Nous devons donc accepter une certaine tolérance à l’erreur et la connaître. Par ailleurs, les exigences de qualité augmentent. Aujourd’hui, l’industrie doit encore plus qu’avant documenter méticuleusement la pureté de ses produits et installations pour ses clients. Cela inclut non seulement la mesure elle-même, mais aussi l’étalonnage des appareils, avec la preuve traçable de leur capacité de mesure. Les entreprises ont urgemment besoin de certificats reconnus internationalement. L’accord d’étalonnage mutuel (CIPM MRA) de 1999 en est la base. Cet accord international sur la reconnaissance mutuelle des résultats de mesure stipule que les pays signataires acceptent les certificats des instituts nationaux dans leur propre pays. Il constitue ainsi un instrument très important pour éliminer les barrières commerciales techniques dans le domaine réglementé. La métrologie moderne doit créer les conditions pour de tels accords, c’est-à-dire élaborer des normes universelles, fournir des méthodes de mesure vérifiées et des certificats reconnus.

Quelle est la plus grande difficulté à ce sujet ?
La traçabilité des grandeurs de mesure à des étalons universellement reconnus et acceptés est la condition fondamentale pour des mesures fiables, la comparabilité des résultats, le développement de normes et de standards, la garantie de la qualité des produits et, enfin, la reconnaissance mutuelle des services fournis. La mise à disposition d’un étalon primaire pour la concentration en nombre de particules est une tâche des instituts nationaux de métrologie. Ce n’est pas trivial. Différents types de particules, comme les particules de combustion ou les bactéries, nécessitent des méthodes de mesure différentes. Au DFM, nous avons mis en place un étalon primaire permettant l’étalonnage de compteurs de particules typiques pour les salles blanches. Les méthodes pour la détection des particules des moteurs à combustion modernes sont actuellement développées dans le cadre de projets internationaux en collaboration avec plusieurs instituts nationaux de métrologie. Comme mentionné : l’incertitude de mesure est inévitable — il faut simplement la gérer raisonnablement et la minimiser technologiquement. C’est pourquoi l’une de nos plus grandes ambitions est d’élaborer des normes fiables à cet effet.

Quelles approches adoptez-vous pour rendre la gestion de l’incertitude de mesure maîtrisable ?
Lorsqu’on s’intéresse à l’incertitude de mesure, il faut d’abord examiner les méthodes de mesure. Leur principe fonctionne généralement de la même manière pour les compteurs de particules en salle blanche : l’air à tester est aspiré et les particules y sont mesurées optiquement. Pour cela, elles sont éclairées par la lumière. La lumière diffusée permet de déduire le nombre et la taille des particules. Des incertitudes de mesure pouvant atteindre dix pour cent sont considérées comme normales. Le problème principal réside dans le fait que les fabricants ne donnent pas de directives concernant la longueur d’onde à utiliser, c’est-à-dire la couleur de la lumière. Cela entraîne des niveaux de diffusion différents et donc des résultats variés. Bien que les fabricants en tiennent compte, il reste critique pour la comparabilité des résultats que l’étalonnage des appareils des clients soit généralement effectué par les fabricants eux-mêmes — c’est-à-dire en interne. Notre approche consiste à établir des normes neutres pour améliorer la comparabilité. Par exemple : pour nos certificats reconnus internationalement, nous utilisons nos propres aérosols de test contrôlés et nos compteurs de particules comme étalon primaire. Lors de comparaisons internationales avec d’autres instituts nationaux, nous confirmons régulièrement notre capacité de mesure. Cela garantit la transparence et la comparabilité des résultats. Grâce à cette traçabilité, nous assurons une équivalence de mesure internationale pour les appareils calibrés, comme cela est requis par le MRA. Cela profite en fin de compte à la garantie de la qualité. Les entreprises qui peuvent se faire certifier par un institut reconnu bénéficient de leur avantage géographique dans le monde entier.

Selon vous, quels seront les plus grands défis futurs dans la technologie des salles blanches ?
Jusqu’à présent, nous avons surtout parlé de particules inertes, que nous maîtrisons déjà assez bien selon les standards actuels. L’un des grands défis à venir sera la mesure des particules vivantes. Les compteurs de particules traditionnels ne peuvent pas faire la différence entre la poussière et les bactéries. La détection de la contamination bactérienne repose donc encore sur le comptage de particules entre 0,5 et 5 micromètres, la taille typique des bactéries, combiné à des tests par culture. Pour garantir qu’un produit n’est pas contaminé par des bactéries, il doit être retenu en stock jusqu’à trois jours après sa fabrication — le temps que les cultures soient analysées. Les instruments de nouvelle génération intègrent une mesure par lumière UV. Ils exploitent la propriété fluorescente des substances vivantes. Les particules à mesurer sont ainsi détectées à la fois par leur nombre, leur taille et leur signal de fluorescence. Ces innovations constituent une étape positive vers une « mesure en temps réel ». Cependant, elles présentent encore quelques faiblesses. La mesure UV est encore assez lente, ce qui limite généralement l’échantillonnage à une fraction de l’air aspiré. En tenant compte de l’incertitude de mesure, il est souvent impossible d’obtenir un résultat représentatif. Dans des secteurs très sensibles comme l’industrie pharmaceutique ou la médecine, on devra donc continuer à se reposer sur le test par culture, avec le délai que cela implique — mais c’est bien l’objectif ultime. En métrologie, nous travaillons déjà aujourd’hui sur de nouveaux systèmes d’étalonnage et des normes applicables à ce domaine.

Quelle a été la véritable impulsion pour la formation de la métrologie moderne ? Et que réalise-t-elle aujourd’hui ?
La métrologie est en réalité une science très ancienne, car on a toujours mesuré et compté : que ce soit la largeur d’un champ ou la taille d’un troupeau de moutons. Cependant, les unités de mesure utilisées au fil du temps étaient très variées. Par exemple, jusqu’au XVIIIe siècle, la longueur était souvent basée sur le corps humain, avec des unités comme l’ell, le pied ou le pas. Le problème était que ces unités étaient généralement associées à une personne vivante. Ainsi, on mesurait effectivement la longueur de l’ell du pharaon en fonction de sa taille ou même le tour de taille d’un souverain. En France, au XVIIIe siècle, il existait environ 250 000 unités différentes. Avec l’éveil de la Renaissance, le désir d’unification des mesures s’est progressivement fait jour — dans la science, la politique et l’économie. En effet, pour échanger des biens et des connaissances au-delà des frontières, il faut des standards uniformes. Notre système actuel de longueur uniforme a néanmoins dû attendre la Révolution française, où il a trouvé son origine. En 1799, pour définir le « mètre » initial, on a recherché et trouvé une référence neutre, valable pour tous : notre planète. Le mètre devait représenter le dix-millionième du quart de méridien passant par Paris. Aujourd’hui, nous connaissons à la fois la petite erreur de mesure faite à l’époque et le fait que notre globe n’est pas une sphère parfaite. Mais ce qui compte, c’est l’idée : une unité de mesure uniforme, fiable et reconnue, sur laquelle nous pouvons communiquer au-delà des frontières. C’est cette ambition que nous poursuivons encore aujourd’hui. Car c’est la condition fondamentale de notre progrès, qui ne serait pas possible sans normes et standards — c’est-à-dire sans comparabilité et assurance qualité transnationales.

La conférence « Traçabilité de la taille et de la concentration en nombre de particules » de Dr. Kai Dirscherl sera donnée le 22 octobre 2013 lors du congrès Cleanzone à Francfort-sur-le-Main.