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Fig. 1 : Technologies de mesure - Capteurs d'humidité

Fig. 2 : Technologies de mesure - Capteurs de température

Fig. 3 : Technologies de mesure - Capteurs de pression différentielle

Fig. 4 : Technologies de mesure d'humidité - Précision de la mesure

Tableau 1 : Comparaison des coûts d'exploitation - diverses technologies de mesure d'humidité

Portrait de Marco Cau

Pour les produits issus de l'industrie pharmaceutique, des semi-conducteurs et de l'industrie solaire, un environnement contrôlé en salle blanche est la condition essentielle pour une haute qualité et un taux de rejet faible. L'humain ne remarque que peu ou pas du tout quelques % d'humidité relative en plus ou en moins, alors que pour un produit, cela peut être déterminant. Afin de respecter les conditions climatiques requises, il est indispensable d'utiliser des appareils de mesure de climat de haute qualité, car ceux-ci occupent la première place dans la chaîne de mesure/commande/régulation et influencent donc directement les éléments suivants tels que les ventilateurs, les humidificateurs, etc. Lors de la conception de la salle blanche, une attention particulière doit donc être portée à la sensorerie.

Dans les salles blanches modernes, les capteurs de climat jouent un rôle de plus en plus important, puisqu'ils sont en fin de compte responsables d'une qualité d'air stable et conforme. Typiquement, dans les salles blanches, on utilise presque exclusivement des capteurs d'humidité, de température et de pression différentielle, dont la tâche est de déterminer en continu la valeur actuelle et de la fournir sous forme de signal de régulation standardisé. Idéalement, ce signal doit être précis, reproductible et stable. Les valeurs de consigne requises ainsi que la précision des paramètres climatiques dépendent principalement du domaine d'application. Un salle blanche dans une production pharmaceutique sera définie différemment de celles dans la microtechnologie, la technique médicale ou dans les hôpitaux. Pour répondre à ces exigences parfois élevées, il est important de choisir les capteurs selon certains critères. En effet, il existe de grandes différences en termes de précision, de reproductibilité et de stabilité des appareils de mesure du climat, et la technologie de mesure utilisée joue un rôle important à cet égard.

Capteurs d'humidité
On distingue ici la technologie capacitive et la technologie résistive-électrolytique. La méthode capacitive repose sur un diélectrique qui absorbe l'eau présente dans l'humidité de l'air. Cela modifie la capacité du système et envoie ainsi un certain signal. En revanche, pour les capteurs résistifs-électrolytiques, la conductivité d'un électrolyte liquide est mesurée, celle-ci change lors de l'absorption ou de la libération d'eau. Dans les deux technologies, une préparation électronique du signal brut est effectuée pour obtenir finalement la valeur d'humidité effective.

Capteurs de température
Il existe une large gamme de technologies pour les capteurs de température, mais ici, seules les méthodes de mesure les plus courantes seront abordées. Il s'agit notamment des capteurs PT100/PT1000 et des capteurs NTC. Les deux mesurent la température ambiante en fonction de leur résistance électrique. Pour les PT100/1000, il s'agit de platine, pour les NTC, d'oxydes métalliques. Lorsque la température augmente ou diminue, la résistance augmente ou diminue également, et un signal est émis en conséquence.

Capteurs de pression différentielle
Les troisièmes dans le groupe sont les capteurs de pression différentielle. Ils mesurent la différence de pression entre la salle grise et la salle blanche, entre différentes classes de salles blanches ou lors de cascades de pression. En principe, on distingue la mesure de pression dynamique et statique. La première se fait à l'aide d'un capteur de flux massique, qui mesure la masse d'air traversant la zone de pression plus élevée vers la zone de pression plus basse et la convertit en pression différentielle. De l'autre côté, les systèmes statiques mesurent le changement d'impédance, qui résulte de la déformation d'une couche de silicium piézorésistive intégrée dans une membrane.

Sélection des capteurs
Malheureusement, les appareils de mesure du climat sont souvent choisis uniquement en fonction du coût d'acquisition. Se baser uniquement sur le coût comme critère de sélection s'avère souvent insuffisant. Il faut également prendre en compte les aspects techniques tels que la précision de mesure, la stabilité, le temps de réponse, l'hystérésis, etc. Il ne faut pas oublier qu'au début de chaque chaîne de mesure/commande/régulation, il y a toujours un capteur ou un appareil de mesure du climat qui enregistre la valeur actuelle et la transmet aux actionneurs. La sensorerie joue donc un rôle central dans le concept global d'une installation de climatisation. En tenant compte des aspects suivants, rien n'empêche un fonctionnement fluide et rentable.

En règle générale : la mesure doit être environ 5 à 8 fois plus précise que la précision requise au « POINT D'ACTION », c'est-à-dire dans le processus. Ce facteur résulte de la somme des tolérances dans toute la chaîne de mesure/commande/régulation, qui inclut, outre les capteurs et actionneurs, également les ventilateurs, systèmes de filtration, humidificateurs, volets de ventilation, etc.

Exemple de mesure d'humidité :
Une précision de mesure de +/- 2 % HR (humidité relative) donne, avec un facteur de 5-8, une précision de régulation dans le processus de +/- 10 à +/- 16 % HR, ce qui n'est généralement pas suffisant en salle blanche. Avec une précision de +/- 0,5 % HR, la précision dans le processus est de +/- 2,5 à +/- 4 % HR. Cette précision est suffisante dans la plupart des cas.

Investir dans des capteurs précis en vaut la peine dans tous les cas. Les coûts supplémentaires éventuels pour les instruments de mesure ne sont pas comparables aux bénéfices d’un processus amélioré et aux coûts d'exploitation et d'énergie réduits qui en découlent. Des processus optimisés permettent notamment de réduire la consommation d'énergie pour le traitement de l'eau d'humidification, d'augmenter la durée de vie des systèmes de filtration, de prolonger la durée de vie des humidificateurs, d'espacer les cycles de calibration et d'ajustement, de réduire les cycles de régulation, et de minimiser globalement les réglages de l'installation.

Pour exploiter ces potentiels d'économie, le choix de la technologie adaptée est déterminant, comme le montre l'exemple suivant.

Placement des capteurs
Le choix du capteur n'est cependant qu'une moitié de la solution. Outre la qualité du capteur, son emplacement joue également un rôle crucial. Le capteur ne peut exploiter pleinement ses avantages que s'il est placé au bon endroit. La proximité du processus est un critère principal, c’est-à-dire que le capteur doit mesurer aussi près que possible du processus, et les valeurs recueillies doivent être immédiatement converties en signal de régulation et transmises. D'autres critères importants sont une accessibilité facile pour la calibration et le remplacement, une protection optimale contre les désinfectants (par exemple H2O2), un placement dans le circuit d'air neuf par lequel l'air frais est dirigé vers la salle blanche, et enfin une installation dans des zones où les conditions de fonctionnement indiquées par le fabricant (par exemple température, condensation, vibrations, etc.) sont respectées. En respectant ces critères, la précision de mesure, la reproductibilité, la stabilité à long terme et la durée de vie des capteurs peuvent être considérablement améliorées.

Les programmes d'économie ne sont plus une option mais une nécessité. L'efficacité de systèmes entiers doit être soigneusement vérifiée et intégrée dans les calculs de coûts, pas seulement pour les composants individuels. Il ne sert à rien qu'un humidificateur haut de gamme et efficace soit contrôlé par un capteur imprécis et sujet à hystérésis.

Dans le bilan global, tous les coûts supplémentaires éventuels pour l'acquisition d'une technologie de mesure de premier ordre seront amortis en très peu de temps, la qualité de l'air en salle blanche étant optimisée pour le processus, et la consommation d'énergie réduite. Enfin, mais non des moindres, cette réduction de consommation énergétique contribue également à la protection de l’environnement. En résumé : une véritable situation GAGNANT-GAGNANT !