Validation de la pureté pour les produits critiques en contamination

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Image 1 : Représentation de la nécessité de rechercher les paramètres critiques de contamination dans les secteurs industriels produisant sous conditions de salle blanche [2].

Bild 2: Vue d'ensemble des marchés qui misent sur la pureté dans la production [3].

Bild 3: Vue d'ensemble des contaminations critiques sur les surfaces de production.

Image 4 : Enregistrement REM d'une surface avec une contamination mixte (cinématographique et particulaire).

Image 5 : Procédure de validation de l'état de pureté des produits.

Image 6 :
Vue d'ensemble des méthodes d'analyse possibles.

Image 7 : Tailles critiques de particules pour les composants et systèmes fonctionnels [6].

Image 8 : Poussoir endommagé (à gauche) et cylindre (à droite). La cause de la défaillance était une injection continue causée par une particule de quelques micromètres de taille.

Image 9 : Analyse de la propreté selon VDA 19 : Vue d'ensemble des méthodes [7].

Image 10: Valeurs de propreté d'une mesure de décroissance.

Image 11 : Prise de vue BREM d'une contamination sur une membrane filtrante.

Image 12 : Résultats quantitatifs de l'analyse de propreté d'un dispositif médical.

Image 13 : Méthodologie pour la validation du nettoyage.

Image 14 : Définir un seuil pour l'analyse microscopique d'un comptage automatisé de particules.

Image 15 : Nettoyage à la neige de CO2 (à gauche), intégré dans une salle blanche à l'ESTEC, Noordwijk (à droite).

Image 16 : Efficacité de nettoyage du procédé de nettoyage par jet de neige de CO2 pour les particules sur une surface sélectionnée

Dans une multitude de produits innovants, le contrôle des contaminations joue un rôle essentiel. Malgré l'utilisation de techniques de salles propres ultramodernes, il n'est pas possible d'exclure complètement les contaminations critiques dans la production de masse. Ainsi, la pureté des produits à contamination critique doit être surveillée et validée en permanence.

La connaissance de l'importance de la pureté est très ancienne : Déjà dans l'Antiquité, par exemple dans l'Empire romain, il était connu que par la quarantaine et le lavage des mains, c'est-à-dire par des mesures d'hygiène fondamentales, la propagation des maladies infectieuses pouvait être évitée. Au 19e siècle, ces premiers principes de pureté pour le contrôle des contaminations microbiologiques ont été repris par des médecins comme Semmelweis et Lister. Ils ont pu prouver scientifiquement qu'en appliquant des méthodes de désinfection, par exemple sur les mains, les instruments chirurgicaux et les surfaces, le taux d'infection et de mortalité chez leurs patients pouvait être réduit de manière drastique. La reconnaissance de leur travail a permis de reconnaître les dangers des « contaminations invisibles » et de développer des mesures pour leur contrôle ciblé.

Au début, ces connaissances étaient principalement appliquées en médecine pour protéger et préserver la santé du patient. Mais dès la première moitié du 20e siècle, le principe de contrôle de contamination a également été appliqué aux produits à pureté critique, d'abord pour la fabrication de circuits intégrés dans l'industrie des semi-conducteurs, mais aussi désormais pour divers autres produits de haute technologie tels que écrans plats, disques durs, modules photovoltaïques, produits pharmaceutiques, dispositifs médicaux et systèmes automobiles. Cette liste peut être étendue presque à l'infini et illustre l'usage quotidien croissant et très diversifié de la pureté, qui joue un rôle déterminant [1].

Exigences de pureté

La diversité sectorielle des applications à contamination critique entraîne des exigences de pureté différentes en ce qui concerne les types de contamination critiques, qui peuvent résulter du processus de fabrication ou d'autres scénarios de contamination. Ces contaminations doivent principalement être contrôlées en raison de leur effet dommageable sur le produit. Protéger les personnes contre les contaminations dangereuses est aujourd'hui au centre des préoccupations dans les secteurs des sciences de la vie, comme l'industrie pharmaceutique.

Une enquête de marché menée en 2003 par le Fraunhofer IPA identifie ici les contaminations critiques présentant le plus grand potentiel de dommage pour les produits (Figure 1) : en première place, les particules, suivies par les produits de dégazage (« Airborne Molecular Contamination AMC ») et les phénomènes de décharge électrostatique (« Electrostatic Discharge ESD »).

Pour réduire ces contaminations à un niveau non critique et acceptable pour le produit, des environnements de fabrication purs sont mis en place. Ces fameuses salles blanches sont principalement créées par une circulation d'air constante combinée à une filtration de l'air et à des renouvellements d'air (Figure 2).

Malgré l'utilisation de techniques de salles propres de pointe, il n'est toutefois pas possible d'exclure totalement les contaminations critiques dans la production de masse : le personnel, l'équipement de processus et les médias de processus peuvent introduire des contaminations dans l'environnement de fabrication et les disperser de manière incontrôlée [4], [5].

Il est donc nécessaire de surveiller et de valider en continu la pureté des produits à contamination critique, notamment en ce qui concerne les contaminations particulaires et filmogènes sur les surfaces des produits (Figure 3). Ces contaminations particulaires et filmogènes existent rarement sous leur forme pure dans la réalité, elles se présentent plus souvent sous des formes mixtes (Figure 4).

Validation de la pureté

Idéalement, la détection des contaminations doit être effectuée directement sur le produit à analyser, afin d'éviter les pertes dues à l'échantillonnage et le risque de contaminations croisées. Cependant, une inspection directe de toute la surface n'est souvent pas possible en raison de la géométrie des pièces et de la nature de leurs surfaces. C'est pourquoi différentes méthodes d'extraction sont utilisées pour récupérer les contaminations de la surface de l'échantillon (Figure 5).

Grâce à cette méthode, il est ensuite possible d'appliquer, selon la contamination spécifique et la nature de l'information recherchée, une technique d'analyse appropriée (Figure 6).

Propreté technique dans l'industrie automobile

Les développements actuels vers des technologies de véhicules plus économes en ressources et innovantes confrontent l'industrie automobile à un problème de qualité depuis environ dix ans : même de très petites quantités de particules critiques dans la gamme micrométrique peuvent provoquer des erreurs ou des défaillances du système (Figures 7 et 8).

C'est pourquoi des accords de qualité concernant la limite maximale de contamination résiduelle des composants sont établis pour éviter des erreurs critiques. Cela implique également le contrôle et la validation des seuils de propreté fixés pour les pièces.

Dans l'industrie automobile, la méthode selon VDA 19 ou ISO 16232 pour la détermination quantitative des particules sur les composants s'est imposée (Figure 9) : les contaminations présentes sur la surface du composant sont enlevées à l'aide de différentes méthodes d'extraction (ultrasons, pulvérisation, rinçage, agitation) et transférées sur une membrane filtrante, qui peut ensuite être analysée selon diverses techniques en fonction des informations nécessaires (taille, matériau, etc.) [7].

Mesure de décroissance et critère de valeur aveugle

Une particularité réside dans la méthode de vérification de l'adéquation des paramètres d'extraction choisis. À cette fin, une étude de qualification (également appelée mesure de décroissance) est réalisée, consistant à tester plusieurs fois le même composant pour vérifier si toutes les particules pertinentes sont éliminées de la surface du composant avec les paramètres d'extraction sélectionnés, tels que la durée, le débit ou la puissance ultrasonore. Les paramètres sont considérés comme appropriés si 90 % des particules sont éliminées (critère de décroissance, Figure 10).

Un autre facteur à prendre en compte est la satisfaction du critère de valeur aveugle, avant de commencer l'analyse de la propreté : pour prouver la capacité de l'équipement à effectuer la mesure, une analyse de propreté sans composant est réalisée. La quantité de particules extraites ne doit pas dépasser 10 % de la quantité attendue lors de l'analyse réelle, afin d'obtenir un résultat fiable sans interférences dues à la contamination de l'équipement de test. La photo 11 montre la membrane filtrante d'une analyse de propreté réalisée au microscope électronique à balayage.

Transmission de la méthode

Bien que la notion de pureté soit profondément ancrée dans la technologie médicale depuis de nombreuses décennies et qu'elle soit inscrite dans des réglementations nationales et internationales, il existe encore des problèmes liés à un manque d'hygiène ou de pureté. Au cours des dix dernières années, depuis 2001, 243 rappels de dispositifs médicaux ont été effectués par la FDA (Food and Drug Administration), dont 64 (environ 26 %) pour cause de contamination, avec une tendance à la hausse [8]. Cela s'explique notamment par la manière dont l'état de propreté des produits, instruments ou autres surfaces est vérifié dans le contexte médical.

Par exemple, pour la détermination du bioburden des dispositifs médicaux selon ISO 11737-1, une extraction spécifique des contaminations est effectuée, mais l'efficacité de l'échantillonnage n'est pas vérifiée. À ce stade, la méthode selon VDA 19 peut être adaptée, car elle vérifie la pertinence des méthodes d'extraction spécifiques à chaque pièce, y compris les paramètres utilisés (Figure 12). Cette étape garantit des résultats quantitatifs fiables.

Un autre point clé pour obtenir des résultats fiables en matière de propreté est l'emploi de personnel qualifié, doté des connaissances nécessaires, afin d'exclure toute erreur due à une contamination croisée ou à un comportement incorrect lors de l'inspection.