L'influence des vêtements sur la propreté technique

Figure 2a : Configuration de l'expérience ; cadre et marchepied dans la boîte corporelle

Figure 2b : Fixation du drap d'analyse

Figure 2c : Le sujet effectue le déroulement du mouvement au-dessus du chiffon d'analyse

Présentation de la nouvelle méthode

Systèmes vestimentaires

Le choix correct : Systèmes vestimentaires en propreté technique – première étude Body-Box avec détection d’une plage de tailles de particules ≥ 0,5 µm jusqu’à > 3 000 µm

Présentation de la nouvelle méthode
La méthode nouvelle sera présentée ci-après. Elle repose sur la méthode de mesure Body-Box, qui s’inspire de l’IEST-RP-CC003.4 et a été mise en œuvre chez Dastex en 2004 [6]. Cette méthode est actuellement la seule technique de mesure permettant de tester les systèmes vestimentaires en salles blanches dans des conditions réalistes. Dans une zone pure d’environ 1,20 x 1,20 x 2,40 m, un échantillon avec le système vestimentaire à étudier effectue des mouvements définis. Les particules générées sont détectées à l’aide de compteurs optiques de particules (OPZ) et analysées en conséquence.

Dans les zones de salles blanches, l’humain joue un rôle important en tant que source de contamination [8]. Il ne faut pas sous-estimer son poids, notamment dans les zones de propreté de l’industrie automobile [11] : le personnel peut introduire des contaminations critiques, parfois fonctionnelles ou de sécurité, pour la fabrication comme pour le produit final. Tant dans les zones de salles blanches que dans celles de propreté, un système vestimentaire correctement choisi, adapté au processus et à ses spécifications, contribue de manière significative à éviter de telles contaminations. Jusqu’à présent, il n’existait ni méthodologie de mesure ni données à ce sujet. Depuis 2004, le département de recherche et développement de Dastex réalise des études Body-Box [6]. Celles-ci répondent à des questions internes ou à des demandes clients. Jusqu’à présent, elles portaient sur des thèmes tels que par exemple, l’utilisation unique vs réutilisable [7], les sous-vêtements, la détection de germes par mesures de germes [9] et les études de vieillissement [10]. La plage de tailles de particules couverte jusqu’à présent était ≥ 0,5 µm à ≥ 10 µm (selon DIN EN ISO 14644), et certaines études incluaient la détection du nombre de germes par BioTrak et compteurs de germes (selon la directive GMP). La nouvelle méthode, introduite en coopération avec CleanControlling GmbH, étend la plage de tailles de particules jusqu’à une taille ≥ 3 000 µm, comblant ainsi une lacune de recherche (voir figure 1). La méthode Body-Box pour la propreté technique selon VDA Volume 19 a été établie avec succès lors d’une première étude. Les résultats indiquent clairement quels systèmes vestimentaires en salle blanche doivent être utilisés dans le domaine de la propreté technique.

Sélection de la méthode de détection des particules appropriée :

La détection de particules par compteurs optiques n’est fiable et utilisable que jusqu’à une certaine taille de particules.

Les raisons en sont notamment :

– Diverses propriétés physiques. Les influences de forces gravitationnelles, par exemple, peuvent entraîner la sédimentation de particules ≥ 5 µm [3]. Cet effet augmente notablement avec la longueur de conduction ou la diamètre des particules. De plus, des pertes de particules peuvent survenir en raison de forces d’inertie et de turbulences [3]. Les particules > 100 µm sédimentent lors de leur passage vers le OPZ et ne sont pas comptabilisées dans le résultat.

– De plus, la technique de mesure par diffusion de lumière ne permet pas de détecter des particules aussi grosses. Les appareils disponibles sur le marché ne peuvent mesurer que jusqu’à une taille de 500 µm (compteur de particules d’air Abakus® mobile air LDS 2/2 ; 5 – 500 µm de Markus Klotz GmbH [5]), lorsque les particules atteignent la chambre de mesure malgré les influences précédemment décrites. Chez les appareils de M. Klotz, par exemple, la chambre de mesure est directement placée après la sonde d’échantillonnage. Ainsi, les particules n’ont pas à parcourir un long tube d’échantillonnage et sont dirigées directement dans la chambre de mesure.

– Les compteurs optiques de particules sont généralement calibrés avec des particules de latex de polystyrène monodisperses (PSL). Les particules PSL sont parfaitement rondes. « C’est-à-dire que tous les nombres et tailles de particules mesurés avec un appareil calibré se réfèrent au diamètre des particules PSL » [3]. Cependant, cela ne correspond pas à la forme naturelle et à la présence des particules. En particulier à partir d’une certaine taille, les particules peuvent présenter des déformations en longueur et en largeur très différentes. Le compteur optique détecte alors les particules en fonction de leur orientation et de l’incidence de la lumière, et non selon leur taille réelle.

Dans l’industrie automobile, la « pire situation » est définie par la plus grande extension (Feretmax) d’une particule [12]. Il est donc crucial de mesurer correctement les particules > 100 µm.

Une mesure par compteurs optiques de particules n’est donc pas adaptée pour détecter des particules jusqu’à ≥ 3000 µm dans cette configuration de mesure.

Lors des mesures avec compteurs optiques dans la Body-Box, l’alimentation en air a été conçue « pour assurer un prélèvement représentatif » [6]. Cependant, cela ne concerne que la détection des petites particules. Les raisons (propriétés physiques) ont déjà été expliquées ailleurs. Lors de la détection des petites particules par OPZ, il suffit de mesurer un flux partiel et de multiplier le résultat par le volume total. En raison de la distribution naturelle des tailles de particules, on s’attend à un nombre nettement inférieur de grosses particules. De plus, ces grosses particules ne seront pas réparties de manière homogène dans le flux d’air. Par conséquent, une étude d’un flux partiel est considérée comme insuffisante, et l’ensemble du flux d’air est filtré, capturé et analysé. Pour minimiser la perte de particules, la filtration est placée près ou directement sous la zone de formation des particules. Afin de respecter les exigences de propreté technique dans l’industrie automobile, la méthode d’analyse consiste en une extraction des particules du filtre, suivie d’une analyse conforme à la norme VDA19 partie 1.

Nouvelle procédure d’essai intégrée dans la Body-Box

Après une analyse approfondie de différents concepts, une approche a été affinée et mise en œuvre. Comme le montre la figure 2a, un cadre a été intégré dans la Body-Box. Dans celui-ci, un tissu d’analyse défini est tendu selon des exigences de propreté très strictes (figure 2b). Il sert de filtre de capture pour les particules émises par le sujet ou le système vestimentaire. Il est conçu pour que le flux d’air soit peu influencé, tout en retenant de manière fiable les particules ≥ 15 µm. Le sujet effectue les mouvements requis sur un marchepied placé au-dessus du tissu d’analyse (figure 2c). La procédure expérimentale est identique à celle des autres études. Le sujet entre dans la Body-Box et reste debout pendant cinq minutes, puis marche sur place pendant cinq minutes. Ce cycle est répété, suivi d’une phase de cinq minutes en position debout. La distinction entre marche et station debout ne peut pas être faite avec cette procédure, mais celle-ci pourrait être adaptée si nécessaire. Pour éviter la perte de particules lors du retrait du tissu d’analyse, une technique de pliage prédéfinie est utilisée lors du déploiement. Ensuite, le tissu est emballé dans un sac propre, étiqueté de manière claire, puis envoyé à CleanControlling pour extraction et analyse.

Après un transport soigneux par courier vers le laboratoire de propreté technique chez CleanControlling, la pièce d’essai est introduite via la trappe à matériaux dans la salle blanche ISO classe 6, en vue de l’extraction.

Pour l’extraction des particules du tissu déployé, une chambre d’extraction de taille appropriée, utilisée dans l’industrie automobile pour les carters de moteurs de camions, est employée. La chambre d’extraction possède un état de propreté défini et connu, selon la mesure de référence. La qualification de cette mesure est conforme à la norme VDA19 partie 1. Le tissu est inséré transversalement dans la chambre et pulvérisé de chaque côté avec 20 l de nettoyant froid et un débit volumique défini. La solution d’essai est dirigée via un entonnoir de collecte vers le point de filtration, équipé d’un filtre à mailles de 1 µm. La filtration est assistée par vide. Après un rinçage de la chambre, le filtre est remis à l’évaluation microscopique.

Les particules sur le filtre d’analyse sont examinées à l’aide d’un système de microscopes à lumière stéréo avec plateau xy automatique et logiciel de comptage de particules JOMESA. Ce système est paramétré selon la norme VDA19 partie 1. L’accent est mis sur les particules > 50 µm et sur la mesure de leur longueur selon Feretmax pour déterminer leur extension maximale. Un filtre polarisant permet de compter et mesurer les particules métalliques et non métalliques, ainsi que les fibres, en tenant compte d’un facteur longueur/largeur.

En se concentrant sur les grosses particules, celles-ci sont contrôlées manuellement par l’opérateur via l’image en direct du microscope, et si nécessaire, éditées. Ensuite, les plus grosses particules sont documentées dans le rapport.

Le rapport contenant tous les résultats d’analyse est envoyé à Dastex pour une évaluation approfondie.

Traitement des résultats :

Pour l’ensemble de l’étude, un compteur optique de particules est utilisé en parallèle avec tous les autres, pour la détection des particules de ≥ 0,5 à ≥ 10 µm. Pour l’analyse et la présentation des résultats, le nombre de particules issus de la méthode d’extraction, de l’analyse microscopique et des compteurs optiques est converti de manière homogène en particules par minute.

Une classification détaillée des types de particules n’est pas effectuée dans cette étude, car il n’est pas prévu de rencontrer des particules métalliques dans cette configuration expérimentale. Cependant, cela pourrait être envisagé dans de futures études, notamment si des vêtements déjà portés sont testés.

Résultats et discussion :

Le tableau 2 présente un aperçu du nombre de particules détectées. Les plages de tailles ≥ 0,5 – ≥ 10 µm ont été détectées à l’aide du compteur optique. Les plages de 15 – > 1 500 µm ont été évaluées par extraction et méthode optique de lumière.

Une simple observation des filtres d’analyse suffit à illustrer clairement le résultat, qui peut être confirmé par les chiffres : le port d’une blouse par-dessus la tenue de ville ne suffit pas. Bien qu’une réduction de 63 % soit observée sur toute la plage de tailles, les grosses particules tombent encore facilement hors de la blouse. Cela explique une amélioration de seulement 4 à 17 % pour les plages de particules > 100 µm ou > 400 µm.

En remplaçant la tenue de ville par une tenue intermédiaire en salle blanche, une réduction nettement plus importante, jusqu’à 99 %, est obtenue. Une réduction similaire des valeurs de particules est également obtenue en portant une combinaison ION-NOSTAT LS Light 125.2 par-dessus la tenue de ville. Avec ce faible nombre de particules, il n’est pas possible de déterminer laquelle des deux options vestimentaires est « meilleure ». Les deux donnent d’excellents résultats, et le choix entre elles dépendra d’autres facteurs qui ne seront pas abordés ici.

Les images de la répartition sur le filtre montrent également que, lors de l’analyse microscopique et du contrôle, le défi particulier consistait à éditer les nombreuses particules fibreuses, parfois emmêlées, de manière à pouvoir utiliser le résultat dans l’étude pour des comparaisons fiables de propreté.

Le tableau 3 compare le nombre de particules en état neuf (neuf) et en état simulé de vieillissement (60x). Les résultats montrent que, après 60 cycles de décontamination, les textiles retiennent à peu près autant, voire plus, de particules qu’à l’état neuf.

Comme le montre le classement des vêtements (Fig. 3), le port d’une blouse en combinaison avec une tenue intermédiaire en salle blanche (0 – 6 particules/minute, selon la plage de taille) utilisant une blouse en ION-NOSTATVI.2 a permis de détecter le moins de particules. Viennent ensuite les valeurs de la combinaison ION-NOSTAT LS Light 125.2 avec 5–48 particules/minute. Ce textile offre également un très grand confort. La tenue de ville, comme prévu, libère le plus de particules, avec 59 ou 198 particules/minute. Il faut noter ici qu’il s’agit d’un jogging en coton fraîchement lavé, porté uniquement dans la Body-Box. En conditions normales, la contamination particulaire serait nettement plus élevée, en raison de la pollution extérieure, des contaminations par des animaux domestiques, etc. Toutes ces particules tombent hors de la blouse, ce qui explique que les valeurs de particules pour la tenue de ville + blouse, malgré l’utilisation d’un textile de haute qualité comme ION-NOSTAT VI.2, restent élevées, entre 32 et 165 particules/minute. Les contaminations qui tombent ne sédimentent pas automatiquement au sol et ne restent pas immobiles. Selon le type de particule, elles peuvent rester en suspension dans l’air pendant longtemps. Par des mouvements (marche du personnel, courants d’air, etc.), ces particules sont remuées et peuvent se déposer dans les zones de travail et sur les produits. Il est donc fortement déconseillé d’utiliser une tenue de ville + blouse dans un contexte nécessitant une propreté élevée.

Conclusion et perspectives

Les résultats de cette première étude montrent clairement quels systèmes vestimentaires doivent être choisis pour chaque domaine. Ils mettent également en évidence l’impact du textile et de la coupe sur la propreté. Selon les exigences spécifiques, différents systèmes vestimentaires peuvent limiter la contamination humaine dans les zones propres et salles blanches.

La nouvelle méthode de mesure comble la lacune précédente et permet ainsi une détermination pratique des valeurs de particules jusqu’à une taille ≥ 3 000 µm. La méthodologie utilisée ne se limite pas à une évaluation quantitative, mais permet également, si nécessaire et pertinent, une différenciation selon le type de particules. Si un utilisateur décide de réaliser une étude avec des vêtements déjà portés en production, il pourrait éventuellement tirer des conclusions sur l’élimination des particules métalliques par décontamination. Il est tout à fait envisageable que des particules métalliques adhèrent aux fibres et ne soient libérées qu’au cours du mouvement du personnel. Une telle étude pourrait par exemple définir des cycles d’utilisation maximaux ou optimiser le système vestimentaire dans les zones de plus forte sollicitation.

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Étude publiée en octobre 2022, n° 10 dans le Journal de la Technologie de Surface
link.springer.com/journal/35144/volumes-and-issues

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Sources
[1] Dastex Reinraumzubehör GmbH & Co. KG (2019). ION-NOSTAT VI.2.
https://www.dastex.com/produktportfolio/oberbekleidung/gewebe-der-oberbekleidung-auf-einen-blick/ion-nostat-vi2/ [Consulté : 11.01.2021]
[2] Dastex Reinraumzubehör GmbH & Co. KG. (2019). ION-NOSTAT LS Light 125.2
https://www.dastex.com/produktportfolio/oberbekleidung/gewebe-der-oberbekleidung-auf-einen-blick/ion-nostat-ls-light-1252/ [Consulté : 11.01.2021]
[3] Hauptmann & Hohmann (1999). Manuel de pratique en salle blanche III – 2 Surveillance des processus en salles blanches ; Technologie des salles blanches, p. 18 et suivantes
[4] Jost, J. (2020). Mise en œuvre et vérification d’une méthode de test Bodybox pour la détection de particules dans la plage de ≥ 15 à ≥ 3 000 µm. Mémoire de bachelor, Hochschule Albstadt-Sigmaringen, Faculté des sciences de la vie.
[5] Markus Klotz GmbH. Fiche technique du compteur de particules Abakus® mobile air. https://www.fa-klotz.de/partikelzaehler-wAssets/docs/abakus-mobil-air-de.pdf [Consulté : 11.01.2021]
[6] Moschner, C. & von Kahlden, T. (2004). Test Body-Box : une méthode de test sur banc d’essai. ReinRaumTechnik, 02, 38-39
[7] Moschner, C. (2006). Vêtements jetables – Vraiment une alternative aux vêtements réutilisables en salle blanche ? ReinRaumTechnik 3, 28-31
[8] Moschner, C. (2010). Source de contamination humaine – Émissions de particules par l’homme. ReinRaumTechnik, 01, 30-33
[9] Moschner, C. (2015). Mesures de germes dans la Body-Box. reinraum online, 04, 4-6
[10] Moschner, C. & Gaza, S. (2017). Signes de vieillissement des vêtements stériles en salle blanche. ReinRaumTechnik, 1, 52-54
[11] Verband der Automobilindustrie e. V. (2010). Gestion de la qualité dans l’industrie automobile – Volume 19, partie 2, Propreté technique en montage
[12] Verband der Automobilindustrie e. V. (2015). Gestion de la qualité dans l’industrie automobile – Volume 19, partie 1, Contrôle de la propreté technique – Contamination particulaire des pièces automobiles fonctionnelles