L'analyse industrielle inspire encore des développements

INTERVIEW « Les analyseurs sont les seuls outils capables de contribuer à la conduite et à la surveillance de procédés. » Info Chimie Magazine : Parmi tous les équipements utilisés pour faire de l'analyse industrielle, peut-on proposer un classement des technologies afin de mieux comprendre l'organisation du marché et le positionnement des constructeurs ? Antonin Sofia : On a coutume de regrouper sous le terme d'analyse industrielle un ensemble de technologies ayant pour fonction de fournir les résultats des mesures de composition ou de grandeurs physiques nécessaires au contrôle de la qualité des produits, à la surveillance et à la conduite optimale des procédés industriels. On peut distinguer trois grandes familles de produits. Tout d'abord l'instrumentation traditionnelle, les capteurs qui permettent d'effectuer des mesures de température, de pression, de niveau, de débit, poids, interface… Ces appareils fournissent des données indispensables pour garantir le respect des paramètres physiques de fonctionnement d'une installation. Mais, en aucun cas, ils ne permettent d'assurer seuls la conduite d'un procédé. On trouve ensuite des capteurs et détecteurs plus élaborés comme les hygromètres, les oxymètres qui permettent de détecter la présence de molécules d'eau ou d'oxygène et les différents toximètres et capteurs « électrochimiques ». Dans la mesure où ils détectent et quantifient une catégorie de molécules ou un état, ils peuvent être considérés comme des intermédiaires entre les simples outils de mesure et les analyseurs. Enfin, il y a les analyseurs, comme les chromatographes et des spectromètres UV, visible, infrarouge ou Raman. En réalité, ce sont les seuls outils capables d'assurer le dosage de matières premières, des produits intermédiaires et produits finis, et de contribuer à la conduite et la surveillance des procédés. En conséquence, les constructeurs d'analyseurs et de capteurs sont souvent des sociétés différentes. Sauf dans le cas des plus gros acteurs, comme par exemple Siemens, ABB, Emerson process ou Yokogawa qui offrent l'ensemble des technologies disponibles de mesure et d'analyse en ligne. Quelles sont les dernières tendances au niveau des technologies utilisées dans la chimie ? Va-t-on assister à la sortie de nouveaux types d'équipements ? En analyse en ligne, on continue à utiliser intensivement des techniques chromatographiques et les techniques d'analyse spectrale comme l'UV, le visible, l'IRTF ou le Raman. En parallèle, on assiste à un développement du contrôle de l'atmosphère à distance au-dessus des sites, à travers la surveillance de l'air ambiant, mais aussi des rejets en sortie de cheminée. Par exemple, on cherche à détecter des produits comme le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone, le dioxyde de soufre, l'ozone, les monoxydes d'azote et NOx, les poussières, les hydrocarbures aromatiques, les métaux, et d'autres composés organiques poly et/ou hétérocycliques… En ce qui me concerne, je considère que les analyses pour assurer la sécurité et la protection de l'environnement font partie du procédé. Dans le domaine de la spectrométrie UV et IR, les analyseurs in situ tendent à remplacer les analyseurs extractifs. Qu'en est-il exactement ? Le contrôle des procédés a démarré avec l'analyse « off line ». Dans ce cas, un opérateur prélève un échantillon qui est ensuite analysé en laboratoire central du site. Puis est apparue l'analyse « at line ». Les appareils d'analyse sont délocalisés et mis à la disposition des opérateurs de process pour leur permettre de réaliser leurs analyses dans l'unité. On parle alors d'auto-contrôle. Ensuite est apparue l'analyse en ligne qui consiste à installer l'analyseur sur le procédé lui-même ou sur une dérivation (boucle d'échantillonnage) dans laquelle on fait circuler le produit à analyser. L'avantage essentiel de cette technique réside dans la limitation des interventions humaines : plus de prise d'échantillon, plus d'injection manuelle dans un appareil d'analyse. Dans ce domaine de l'analyse en ligne certains constructeurs parlent d'analyseurs à systèmes extractifs : l'échantillon à analyser est alors « extrait » du process - par opposition aux dernières générations d'analyseurs capables de réaliser des analyses in situ, à l'intérieur même des réacteurs ou des analyses non invasives : il n'y a dans ce cas aucun contact entre la sonde ou l'analyseur et les composés à quantifier. On entrevoit tout l'intérêt de ces dernières techniques qui permettent des mesures en continu et une rétroaction très rapide sur le procédé en cas de dérive. Mais alors que les premiers balbutiements de la technique remontent déjà à sept ou huit ans, force est de constater qu'il reste encore pas mal de travail de développement. Ainsi, en analyse spectrale, on a coutume de travailler au laboratoire en milieu dilué. Faire de l'analyse in situ dans des milieux agressifs et concentrés impose de développer des cellules avec des matériaux, des géométries et des parcours optiques totalement repensés. À titre d'exemple, on commence à proposer des cellules avec des trajets optiques de 50 micromètres et même moins, contre 10 mm pour des appareils de laboratoire. Un problème est celui des variations des caractéristiques métriques avec les variations de températures. Des logiciels de traitements multi-variables (chimiométrie) sont mis au point pour apporter des solutions et autoriser une conduite optimale du procédé, fonction des qualités physiques, chimiques et aussi d'usage du produit final recherché. La mesure sans contact est un sujet souvent évoqué lorsqu'on parle d'innovation. En quoi cela consiste ? C'est le concept d'analyse non invasive cité précédemment. Au niveau des capteurs, on assiste effectivement au développement de techniques de mesure sans contact avec le produit qui s'effectuent au travers de la tuyauterie. L'un des exemples les plus courants est celui de la mesure de débit ou de niveau par ultrasons. Mais on peut également effectuer beaucoup d'autres mesures : température, humidité, viscosité (pour peu qu'on arrive à faire circuler le produit à analyser dans un tube un peu particulier), et analyses quantitatives par des méthodes optiques. Y a-t-il aussi des nouveautés dans le domaine de la chromatographie ? La chromatographie gazeuse qui permet l'analyse de gaz ou de liquides thermolabiles demeure une méthode incontournable. L'analyseur se miniaturise, les performances analytiques et métrologiques augmentent. Mais la chromatographie reste une technique extractive et les analyseurs doivent être montés sur des boucles de dérivation. En ce qui concerne la chromatographie liquide en ligne, elle peine à se développer. Elle souffre toujours d'un handicap qui est l'utilisation de solvants et n'a toujours que peu de références. L'expérience montre qu'on n'utilise la chromatographie liquide que lorsqu'on ne peut pas faire autrement. D'une façon générale, quelles sont les principales attentes des utilisateurs de capteurs et d'analyseurs ? Les utilisateurs attendent un développement de l'offre dans le domaine de l'analyse spectrale, ainsi qu'une miniaturisation des systèmes. Ils attendent également des améliorations et développements en chimiométrie. Ils attendent encore plus de fiabilité, des temps de réponse plus courts, plus de sensibilité et une linéarité des réponses. Ils attendent enfin des améliorations au niveau du traitement du signal et du transport de l'information à travers le développement des fibres optiques. La directive Atex stimule le marché. En tant que membre actif de l'Exera, pouvez-vous présenter votre association ? L'Exera est une association des Exploitants d'équipements de mesure, de régulation et d'automatismes créée il y a trente ans. Elle est au service de ses adhérents qui sont des utilisateurs (ou ensembliers) d'instruments de mesure, d'analyseurs industriels et de systèmes automatisés. Sa vocation est d'apporter à ses membres une aide pratique pour l'expression du besoin, sa spécification et le choix de solutions ou de produits. Nous procédons à des évaluations de matériels avec l'aide d'experts de nos sociétés et de laboratoires compétents et indépendants. Ces évaluations peuvent conduire à l'amélioration des produits existants. Nous éditons des guides de choix ainsi que des études, et nous suivons de près la réglementation. Nous assurons une représentation collective des utilisateurs auprès des instances de certification et normalisation. Nous favorisons également la création de clubs utilisateurs, à l'image des clubs Siemens, Schneider ou ABB, qui permettent de faire évoluer les gammes de produits des constructeurs. Nous travaillons par ailleurs en réseau au niveau européen, notamment à travers des partenariats avec l'EI (Grande-Bretagne) et le WIB (Pays-Bas), et notre antenne CLUI en Italie. L'Exera est un lieu privilégié de rencontre et discussions entre utilisateurs. Avez-vous eu l'occasion de recueillir le point de vue de constructeurs sur l'état du marché ? À travers l'Exera, nous avons des contacts avec des fournisseurs d'équipements. Il semble que le marché est un peu « faiblard », mais il ne se porte pas trop mal. Les constructeurs bénéficient notamment de l'arrivée de la norme Atex qui doit imposer à terme un remplacement de tous les appareils de mesure et d'instrumentation utilisés en zones explosibles. Or, du point de vue des utilisateurs, il est impossible d'envisager un remplacement de l'ensemble de leurs parcs pour des raisons économiques évidentes. Tout le débat consiste à essayer de sensibiliser les constructeurs à la nécessité d'aider les utilisateurs à maintenir les outils existants. Quels sont actuellement les grands sujets de préoccupations de l'Exera ? L'un des grands sujets de préoccupation du secteur analyse de l'Exera reste, bien entendu, la directive Atex. L'une des grandes interrogations étant : comment les utilisateurs vont-ils s'organiser avec les matériels existants ? Un autre objectif est de travailler sur les capteurs de niveau et de débit, les sondes « zircones », la détection des HC et autres polluants, la qualité de la mesure, la sauvegarde de l'information… Il y a tellement de technologies et de fournisseurs qu'il faudrait pouvoir aider les utilisateurs à faire un choix et c'est une des vocations de l'Exera. On peut encore citer d'autres sujets comme les mesures de particules à l'émission, les COV fugitifs, les fibres optiques, la détection à distance, la thermographie, etc. Propos recueillis par Sylvie Latieule.