iTHERM TrustSens

Un thermomètre mesure-t-il vraiment la bonne valeur ? Pour répondre à cette question, les exploitants d'installations dans l'industrie alimentaire et des sciences de la vie doivent régulièrement démonter leurs appareils de mesure pour les étalonner – dans le cas extrême, après chaque lot. Aujourd'hui, Endress+Hauser a développé avec l'iTHERM TrustSens un thermomètre qui se calibre en continu pendant le processus. La technologie innovante de l'industrie 4.0 repose sur la calibration par point fixe, habituellement réalisée uniquement en laboratoire, et utilise le phénomène physique de la température de Curie.

« Avec l'iTHERM TrustSens, nous avons fait un véritable pas évolutif dans la technologie de mesure de la température », déclare Marc Stahl, chef de produit mondial Thermomètre chez Endress+Hauser Wetzer GmbH+Co. KG, le centre de compétences du groupe pour la technologie de mesure de la température et les composants système. Dans l'industrie alimentaire et des sciences de la vie, la température est le paramètre ayant le plus grand impact sur la qualité du produit. Ce n’est qu’avec la bonne température que, par exemple, l’huile de cuisson ne devient pas rance lors du chauffage, que le lait reste stérile et que les cellules dans les bioréacteurs lors de la fabrication de médicaments peuvent se multiplier de manière optimale. Pour respecter les directives GMP (Good Manufacturing Practice), les thermomètres doivent donc être recalibrés à intervalles réguliers. Dans les grandes installations, cela se fait à des centaines de points de mesure plusieurs fois par an, voire chaque semaine. 

Lors d’un étalonnage, la valeur affichée par un appareil de mesure est toujours comparée, contrairement à une validation, à une « vraie » valeur, une référence externe traçable aux normes nationales ou internationales. Les thermomètres sont calibrés sur le terrain à l’aide de calibrateurs bloc ou de roues de calibration, en comparaison avec des thermomètres de référence pouvant eux-mêmes être tracés à des thermomètres calibrés directement en laboratoire sur des points fixes de l’échelle internationale de température. Il s’agit de températures définies auxquelles des substances changent d’état ou de phase, comme le point de fusion ou le point triple de l’eau. « Nous avons réussi à intégrer pour la première fois un point de changement de phase dans un état solide dans un thermomètre », explique le Dr Marc Schalles, qui a étudié les bases du TrustSens à l’UT Ilmenau. 

Pour développer le principe de fonctionnement, l’ingénieur a exploité le phénomène physique de la température de Curie : il s’agit d’une température spécifique à chaque matériau pur, à l’atteinte de laquelle ses propriétés magnétiques ou électriques changent de façon abrupte et détectable électriquement. La température de Curie est toujours constante. Par exemple, le fer n’est plus attiré par un aimant à partir de 768°C. Si la température descend en dessous de cette valeur, le changement se produit à nouveau. « Nous avons trouvé un matériau dont les propriétés changent à des températures cruciales pour l’industrie alimentaire et des sciences de la vie, notamment lors du nettoyage ou de la stérilisation », indique Marc Stahl. 

Ce matériau particulier constitue le capteur de référence dans le TrustSens. Il est étroitement lié au capteur de température principal Pt100, qui mesure la température du processus par la résistance électrique du platine. « Grâce à ce couplage thermique, on obtient que les deux capteurs, comme dans un bain d’étalonnage, sont idéalement exposés à la même température à tout moment », explique Schalles. Après chaque refroidissement à partir de températures plus élevées, le Pt100 est automatiquement recalibré pendant le processus : lorsque la température de Curie, et donc le point fixe physique, est atteinte, le capteur de référence envoie un signal électrique. Si le Pt100 mesure une valeur dans la tolérance définie à ce moment-là, il a été calibré avec succès – en conformité avec les directives GMP et les règles de l’US Food and Drug Administration (FDA). 

« L’iTHERM TrustSens aide principalement les exploitants d’installations à minimiser le risque d’erreur de mesure non détectée du capteur Pt100 », explique Marc Stahl. En effet, tous les capteurs Pt100 courants vieillissent avec le temps, ce qui peut entraîner des mesures erronées, appelées dérives. Si l’intervalle de recalibration fixé pour le capteur, par exemple d’un an, montre une déviation lors du recalibrage manuel, il faut supposer que le thermomètre ne mesurait déjà plus la bonne valeur depuis son installation. « Il faut alors remettre en question toute la production des douze derniers mois – et, dans le pire des cas, procéder à des rappels de produits », indique Marc Stahl. 

Avec l’iTHERM TrustSens, les intervalles de recalibration sont considérablement raccourcis d’un seul coup, et les contrôles deviennent plus fréquents. En général, les processus qui déclenchent la recalibration du TrustSens, comme une stérilisation à la vapeur, sont effectués quotidiennement. « Cela minimise fortement le risque d’erreurs non détectées lors du fonctionnement et rend les processus plus transparents », explique Marc Stahl. En cas de déviation hors tolérance, l’appareil déclenche une alarme ou affiche un message d’erreur, visible clairement sur place via une LED. De plus, l’iTHERM TrustSens enregistre électroniquement toutes les données des 350 dernières calibrations. Grâce à un logiciel de gestion des actifs comme FieldCare d’Endress+Hauser, ces informations peuvent être consultées et des certificats d’étalonnage peuvent être générés automatiquement pour les audits – alors qu’avec un recalibrage traditionnel, cela n’est possible qu’à la main. 

Au total, dix années de recherche et développement ont été investies dans l’iTHERM TrustSens. En plus d’Endress+Hauser Wetzer GmbH, du spécialiste des capteurs IST AG, filiale du groupe Endress+Hauser, et de l’UT Ilmenau, les exploitants d’installations ont été impliqués dès le début. « La impulsion pour cette nouvelle technologie est venue du réseau Life-Sciences d’Endress+Hauser. Grâce à notre orientation sectorielle, nous connaissions très précisément les exigences des clients », explique Stahl. Lors d’échanges constants, des questions sur la plage de mesure, la conception ou les certificats d’étalonnage ont été clarifiées. La collaboration de tous les acteurs a permis non seulement de créer une technologie innovante, mais aussi un véritable produit Industrie 4.0. « Grâce à sa calibration automatique en ligne, sans intervention humaine et conforme aux audits, le TrustSens permet la gestion de la qualité en production et la vérification continue des processus, comme le prévoit l’industrie 4.0 », conclut Marc Stahl.