LES CAPTEURS - N 346 JuiN 2017 - 'amicale des anciens élèves de l'ENILV
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N°346
Juin 2017
© ENILBIO
LES CAPTEURS
© ENILBIO © ENILBIO © ENILBIO © ENILBIO
Revue des Ecoles Nationales d’Industrie Laitière, de leurs amicales d’anciens élèves et des organismes associés
SOMMAIRE
Notre Revue s’installe dans son nouveau for-
mat puisque vous êtes en possession du 2ème
dossier thématique, celui-ci étant consacré
aux capteurs en Industrie Laitière, sujet vaste
Introduction.........................................................1
et en perpétuelle évolution. - Bruno VOLLE : Chargé d’application R&D, Système
analytique et biotechnologie, ENIL Mamirolle
Sujet vaste car il concerne de nombreux outils,
certains en place depuis longtemps (mesure La mesure en ligne dans les procédés
de température, poids, débit, conductivité,
pH,…). Mais aussi sujet en évolution constante agroalimentaires..............................................3
pour intégrer les mutations techniques que - Jean-Louis BERNER : Enseignant, ENIL Mamirolle
nous vivons tant par les technologies mises
en œuvre (électronique embarquée, réseaux
informatiques, …) que par l’objet de la mesure Intégration en IAA.........................................6
(optique, texture, composé chimique, couple - Eric HOUSELLE : Enseignant, ENIL Mamirolle
redox, …).
Le sujet est si vaste que nous pourrions être Quelles évolutions, Innovations,
amené à le compléter par un futur dossier, perspectives..........................................................8
mais il y a bien d’autres sujets qui peuvent Laurence MARIBE : Chef de marché agroalimentaire,
vous intéresser. Endress +Hauser SAS
Le 1 er dossier thématique paru en décembre
2016 a reçu un bon accueil et vous avez été Unité Mixte Technologique
nombreux à nous témoigner vos encourage- From’capt...............................................................11
ments. Nous espérons que ce 2eme dossier
- Stéphane GAVOYE : Chef de projet de l’UMT
recevra autant d’intérêt de votre part et vous
FROM’CAPT , ACTALIA
apportera des informations utiles.
Nous restons bien entendu à votre écoute
pour améliorer notre publication et la rendre
Suivi et intérêt de la mesure du poten-
encore plus intéressante par sa forme et les tiel d’oxydo-réduction en transforma-
sujets abordés. tion laitière...........................................................14
- Eric BEUVIER : URTAL, INRA, Poligny
Bonne lecture à tous. - Benoit PAYSANT : ACTALIA Produits laitiers, Poligny
Didier JOUBERT
Président ANFOPEIL Les biocapteurs................................................19
Directeur de la publication : - Bruno VOLLE : Chargé d’application R&D, Système
Didier JOUBERT analytique et biotechnologie, ENIL Mamirolle
Président ANFOPEIL
Mise en page :
Camille BARBIER Stages Anfopeil...............................................23
Imprimerie Seigle-Ferrand - Thierry MICHELET : Coordinateur, Reponsable
N° ISSN: 0395-6865 pédagogique , ANFOPEIL
39800 POLIGNY
Dépot légal Juin 2017
ANFOPEIL
BP10025 accueil@anfopeil-enil.fr
39800 POLIGNY 03 84 37 27 24
REVUE DES ENIL N° 346 / 06 - 2017
LES CAPTEURS
Introduction Bruno VOLLE, Chargé d’application R&D, Système analytique et biotechnologie,
ENIL Mamirolle
Vers une industrie tions doivent être rassemblées et mises
à disposition du public, instituant ainsi un
permettre l’acquisition de données sur tout
élément susceptible d’avoir un impact si-
« intégrée » système de traçabilité à chaque étape de gnificatif sur la transformation (voir articles
la durée de vie du produit, « de la ferme à p11 et 14), la stabilité du produit final ou
L’industrie alimentaire est aujourd’hui la fourchette » [2,3]. son altération via un développement micro-
confrontée à des changements significa- bien ou une oxydation biochimique (rancis-
tifs pour faire face, non seulement, aux Soumis à divers risques pendant la pro- sement). Un contrôle étroit est nécessaire
demandes et besoins des consommateurs, duction, le transport et le stockage, la qua- pour la surveillance de ces paramètres
mais aussi à l’évolution des contraintes lé- lité d’une matière première ou d’un produit qu’ils soient quantitatifs (débit, volume,
gislatives. En dépit des préoccupations en transformé évolue. La maîtrise des étapes pesée….) pour l’organisation des flux de
matière de santé et de sécurité alimentaire, du cycle de vie, des matières premières, matières et les calculs de rendement ou
exacerbé par les crises traversées entre la des produits en cours de transformation et qualitatifs (composition, activité de l’eau,
fin du XXème et le début du XXIème siècle, le des produits finis, constitue, en terme d’as- température, pH…) pour la détermination
consommateur aspire à une diversité tou- surance de la qualité, un atout significatif des qualités nutritionnelles et sanitaires. Il
jours plus grande de produits alimentaires pour satisfaire les demandes des clients, en découle une meilleure connaissance du
avec des exigences de qualité affirmées [1]. assurer la rentabilité et la pérennité de l’en- déroulé technologique comme de l’état du
treprise et créer un point de differenciation produit aux différentes étapes du procédé.
De plus, face à une demande croissante concurrentiel. Cette démarche doit également permettre
de traçabilité des produits alimentaires, les la détection de faiblesse et l’optimisation
exigences légales accroissent la pression La mise en adéquation de ces objectifs de l’ensemble. Bien évidemment, elle
pour développer des systèmes de traçabi- « technico-commerciaux » suppose sou- s’étend également au contrôle des procé-
lité standardisés. De la matière première à vent un contrôle automatisé et efficace dures de nettoyage en place, voire à la sur-
la distribution, de plus en plus d’informa- de toutes ces opérations. Ce suivi devrait veillance des effluents, et permet de qua-
lifier l’hygiène des installations et l’impact
environnemental.
Le mode de production continue soutenu
par l’automatisation, s’instaurant en lieu et
place du traitement par lots, nécessite donc
des boucles de rétroaction étroites basées
sur des méthodes de surveillance en ligne
ou, à défaut, sur des techniques rapides en
ligne pour éviter le retraitement onéreux ou
l’élimination d’une quantité considérable
de matières alimentaires ne répondant pas
aux exigences sanitaires et législatives.
(voir article p3)
REVUE DES ENIL N° 346 / 06-2017 1
LES CAPTEURS
Des conditions d’utilisation Ainsi, de nombreux capteurs et instruments
ont été développés pour l’industrie alimen-
à adapter le pilotage des procédés et de
l’assurance qualité pour profiter pleinement
difficiles taire. de ce potentiel technologique.
Cependant, l’utilisation de capteurs en
Les efforts des fournisseurs se sont por-
tés sur le développement d’une gamme
Bibliographie
industrie alimentaire est confrontée à des d’instruments de mesure souvent issus du 1. Les Français toujours très attachés à la qualité. G.
difficultés liées à la complexité et la variabi- transfert de technologie d’autres secteurs Tavoularis - P. Hébel - M. Billmann - C. Lelarge, Consom-
lité des matrices alimentaires et des procé- industriels ou du secteur médical. Ainsi, mation et mode de vie. 2016, N° 283
dés ainsi qu’aux normes d’hygiène strictes ces capteurs, devenus plus polyvalents, 2. La sécurité alimentaire - Nora Hahnkamper-Van-
associées à des procédures de nettoyage peuvent être utilisés, de manière fiable, à denbulcke. Fiches techniques sur l’Union européenne.
en place « hostiles » pour les instruments une large gamme d’aliments et de situa- 2017
de mesure. (voir article p6) tions industrielles. 3. A Review on Agri-food Supply Chain Traceability
La complexité des matières alimentaires by Means of RFID Technology. Costa C., Antonucci F.,
s’exprime tant dans leur composition Pallottino F.,Food and Bioprocess Technology, 2013, 6-2
chimique que dans leur structure physique.
En effet, les phases gazeuses, liquides et
Des perspectives : 353-366
4. Biosensor-based engineering of biosynthetic
solides peuvent coexister, chaque phase innovantes pathways. Jameson K Rogers, Noah D Taylor, George
M Church. Current Opinion in Biotechnology. 2016, 42
incorporant de nombreux composés
Les développements futurs (voir articles : 84–91
chimiques différents. Les mélanges en ré-
sultant peuvent être homogènes avec une p8 et 19) sont en synergie avec l’évolu- 5. Biosensors: sense and sensibility. Anthony P. F.
phase finement dispersée dans une autre, tion des technologies de l’instrumentation Turner Chemical Society Reviews 2013, 42 : 3184-3196
ou hétérogènes et constitués de phases de mesure (biocapteurs [4,5], capteur en 6. Evaluation of on-line optical sensing techniques
bien séparées. proche infra rouge NIR [6]), des technolo- for monitoring curd moisture content and solids
gies de transfert d’informations (capteurs in whey during syneresis. Maria J. Mateo, Donal J.
De plus, des facteurs tels que la saison, O’Callaghan, Colm D. Everard, Manuel Castillo, Fred A.
le terroir, l’espèce animale ou végétale, la sans fil, identification de radio fréquence Payne, Colm P. O’Donnell. Food Research International.
présence d’enzymes actives et de flores RFID [7] ), des technologies de stockage 43-1 : 2010,177–182
microbiennes endogènes, les conditions ou de traitement des données, et des bio-
7. Application of RFID in agri-food sector. Leena Ku-
de collecte et de stockage influenceront la technologies (biologie de synthèse [8] ). Les mari, , K. Narsaiah, M.K. Grewal, R.K. Anurag. Trends in
composition et les propriétés des matières nouvelles méthodes de suivi qui pourraient Food Science & Technology. 43-2, 2015, 144–161
premières. voir le jour dans le domaine de l’industrie 8. Synthetic biology and the art of biosnesor design.
Les sondes de mesure en ligne, en contact alimentaire devraient également s’appuyer French CE, de Mora K, Joshi N, et al. The Science and
avec la matrice alimentaire, ne doivent pas sur le développement de modèles mathé- Applications of Synthetic and Systems Biology. National
présenter d’anfractuosités susceptibles de matiques ou informatiques (Artificial Neu- Academies Press (US); 2011.
permettre une colonisation microbienne. ral Network ANN [9,11]) issus de l’étude de 9. Artificial Neural Network Model with a culture da-
La surface du capteur doit également être phénomènes biologiques ou métaboliques tabase for prediction of acidification step in cheese
résistante aux procédures de nettoyage impliqués dans une étape de transforma- production.. Horiuchi, J., Shimada, T., Funahashi, H.,
Tada, K., Kobayashi, M. and Kanno, T. Journal of Food
en place. De plus, tout risque de contami- tion (ex : production d’acide lactique et
Engineering. 2004, 63 : 459-465.
nation des aliments qu’elle soit de nature acidification). La modélisation de ces phé-
nomènes microbiologiques, biochimiques 10. Modeling of Camembert-type cheese mass loss
chimique par des réactifs du capteur ou in a ripening chamber: Main biological and physical
physique par des corps étrangers (des et physico-chimiques en découlant devrait phenomena. Hélias A., Mirade P.S. and Corrieu G. Jour-
fragments de verre ou de métal) doit être donc permettre d’optimiser une étape de nal of Dairy Science. 2009, 90: 5324–5333.
écartée. transformation débouchant sur des prises
11. Prediction of the type of milk and degree of
de décision à visée technologique : la ripening in cheeses by means of artificial neural
prédiction du temps d’acidification en pro- networks with data concerning fatty acids and near
Fiabilité et sécurité duction fromagère [9], la modélisation des
phénomènes de transfert de masse dans le
infrared spectroscopy. Soto-Barajas MC, González-
Martín MI, Salvador-Esteban J, Hernández-Hierro JM,
Moreno-Rodilla V, Vivar-Quintana AM, Revilla I, Ortega
Ainsi, les caractéristiques du capteur cadre du salage des fromages [10], la modé-
IL, Morón-Sancho R, Curto-Diego B. Talanta, 2013, 116
« idéal », doivent répondre à un certain lisation de la phase d’affinage [11], l’estima- : 50–55.
nombre de besoins, du point de vue du res- tion de la durée de conservation [12]…
12. Artificial Neural Network Simulated Elman mo-
ponsable d’atelier. Il doit, en premier lieu, dels for predicting shelf life of processed cheese.
Les applications nombreuses et variées
être précis, fiable et peu coûteux. Il doit Gyanendra Kumar Goyal, International Journal of Ap-
ne devraient pas manquer. A l’heure où
se conformer aux fondamentaux de sécu- plied Metaheuristic Computing. 2012, 3-3 : 20-32.
un nouveau modèle technico-économique
rité sanitaire instaurés en industrie agroa- 13. Service Innovation and Smart Analytics for In-
émerge [13], soutenu par une réorganisa-
limentaire. Les opérations de maintenance dustry 4.0 and Big Data Environment. Jay Lee, Hung-
tion industrielle basée sur le concept de
à réaliser sur l’instrument (étalonnage, An Kao, Shanhu Yang. Procedia CIRP. 2014, 16 : 3-8
l’industrie 4.0 (smart industry) [14] avec
remplacement,...) doivent être simples. De 14. Internet of Things: Technology and Value Added
l’intégration des procédés par le biais des
plus, il doit résister aux conditions dras- . Wortmann Felix, Flüchter Kristina, Business & Informa-
applications des technologies d’information tion Systems Engineering. 2015 : 221-224.
tiques (température, humidité, pH, déter-
et de communication, et des objets connec-
gence...) des procédés de fabrication et du 15. Design Principles for Industrie 4.0 Scenarios. M.
tés (Internet of Things IoT [15]), l’industrie
nettoyage en place. Hermann ; T. Pentek ; B. Otto. International Conference
agroalimentaire sera sans doute amenée on System Sciences. 2016 : 3928-3937.
2 REVUE DES ENIL N° 346 / 06-2017
LES CAPTEURS
La mesure en ligne dans les procédés
agroalimentaires Jean-Louis BERNER, Enseignant, ENIL Mamirolle
Une évolution vers la qualité des produits.
Une attention particulière est portée au La mesure de viscosité en ligne permet
Fabriquer des produits de qualité régulière choix de la sonde en fonction de la mesure désormais de contrôler en temps réel un
à partir de matières premières biologiques, à effectuer, de son environnement et des paramètre qui a une réelle influence sur
par définition variables dans leurs carac- enjeux réglementaires ou technologiques. la transformation de la matière, en particu-
téristiques, demande une grande maîtrise C’est ainsi que s’est généralisée l’utilisa- lier dans les procédés mettant en jeu des
des procédés. La mesure par les capteurs tion de sondes thermorésistantes de type transferts de chaleur (pasteurisation, cuis-
a été dans un premier temps dévolue à la Pt100 dans les procédés de pasteurisation, son), et bien sûr de s’assurer de la qualité
conduite de procédés, par le contrôle de pour lesquels la maîtrise de la température du produit fini.
paramètres technologiques (température, nécessite un contrôle continu et précis, afin
débit, pH, pression …). La mesure s’est de garantir l’innocuité des produits et leur Cette mesure s’est même combinée avec
orientée ensuite progressivement vers la bonne conservation. d’autres mesures comme dans le cas du
caractérisation de la matière, et la qualité combiné débitmètre-viscosimètre Proline
des produits. Les analyses qui se faisaient
au laboratoire tendent à se déplacer vers Vers la maîtrise de la Promass I100 commercialisé par Endress-
Hauser.
les procédés, avec des outils en ligne ou
en temps réel. Cette évolution répondant à
matière
des enjeux fondamentaux, est permise par
un important progrès technologique. Les L’évolution de la mesure en ligne s’est
contraintes sont également de plus en plus orientée plus particulièrement vers la ca-
fortes face à l’évolution de la réglementa- ractérisation de la matière ou des produits
tion et à la demande des consommateurs. telles que la mesure de la densité, de la vis-
cosité, ou de la teneur en eau. Ceci répond
à un enjeu majeur de l’agroalimentaire :
élaborer des produits constants à partir de
Des enjeux majeurs matières premières qui ne le sont pas dans
leurs caractéristiques biochimiques. Illustration 1. : Combiné débit-
La mesure en ligne vise principalement à mètre-viscosimètre Proline Promass
accroître la productivité, tout en réduisant La mesure de la viscosité est un exemple I100 - Endress+Hauser (source
les pertes matières. Face à l’évolution de concret de cette évolution de la mesure en Endress+Hauser)
la réglementation, il convient également de ligne. Développée depuis de nombreuses
réduire les risques sanitaires et contribuer années avec des appareils de laboratoire
à la traçabilité. performants et sophistiqués, son transfert Un autre exemple très caractéristique
au niveau des procédés s’est faite en deux du développement de la mesure en ligne
Les grandeurs mesurées ont été dans un phases. est illustré par les analyseurs dédiés à la
premier temps des grandeurs telles que Ce transfert de la technologie de labora- standardisation des laits. Ainsi la société
la température, le débit, la pression, le toire vers les prodécés n’a pas dans un Krohne a mis sur le marché un analyseur
niveau… Ces mesures, qui peuvent être premier temps été performant en raison optique, l’Optiquad, basé sur la technologie
intégrées dans une ou plusieurs boucles des principes de mesure des méthodes du spectrophotomètre, et permettant de dé-
de régulation, servent le plus souvent au de référence peu adaptés à la mesure en terminer les teneurs respectives en matière
contrôle des paramètres technologiques ligne. grasse, en matière protéique, en lactose, et
dans le fonctionnement des équipements en matière sèche du lait ou de ses dérivés.
ou des opérations unitaires. Mais la demande croissante des industriels
pour un contrôle précis de ce paramètre
La mesure la plus répandue dans l’indus- directement sur le produit au sein du pro-
trie, en particulier en agroalimentaire, est cédé, et pour des applications très variées
sans conteste la mesure de température. a conduit au développement de solutions
Les points de mesure par site peuvent techniques très spécifiques.
être très nombreux. Bien que basées sur
des principes simples et parfaitement maî- Le nombre de fabricants s’est multiplié
trisés, il existe une multitude de solutions avec autant de principe de mesure. Illustration 2. : Unité d’analyse OPTI-
techniques. QUAD-M. (Source Krohne)
REVUE DES ENIL N° 346 / 06-2017 3
LES CAPTEURS
L’appareil utilise une technologie basée
sur une gamme de plusieurs longueurs
d’onde (de l’ultraviolet à l’infra-rouge, en
L’hygiène, une contrainte
passant par le visible et le proche infra- majeure dans la
rouge), et plusieurs modes de transmission
du signal lumineux. La mesure est réalisée conception des capteurs
directement sur le flux de matière grâce
à un hublot optique. Contrairement à la Les solutions de mesure en ligne dans
démarche qui consiste à analyser au l’agroalimentaire ne résistent pas à la
laboratoire un échantillon prélevé sur la contrainte de l’hygiène. Face au risque
matière, cette nouvelle technologie permet hygiène, la qualité alimentaire des
une mesure en temps réel et une correction matériaux utilisés doit être respectée, et la
immédiate par une ou plusieurs boucles de conception à partir d’inox 316L est devenue
régulation, sans nécessiter de stockage un standard. La conception hygiénique
tampon. repose également de plus en plus souvent
Illustration 3. Analyseur d’ammonium sur une normalisation ou une certification
Dans la mesure en ligne par Liquiline system CA80 AM (Source telle celle de l’EHEDG (European Hygienic
spectrophotométrie, celle dans le domaine Endress+Hauser) Engineering & Design Group) (GAVOYE &
de l’infra-fouge reste la plus répandue, avec ROSSI, 2017).
diverses options selon la longueur d’onde
(IR-Infrared ou NIR-Near Infrared) d’une Les outils de mesure en ligne se développent De plus les solutions affleurantes, voire
part, et selon l’utilisation d’un interféromètre également en sortie des procédés, comme même à travers un hublot pour les solutions
d’autre part. par exemple le turbidimètre Ciptec-M de la optiques, sont privilégiées, facilitant le
Cette dernière technologie est un société TTS-Ciptec, destiné au tri des eaux nettoyage des installations, et limitant le
développement plus récent de la blanches, en mesurant la concentration de risque de dégradation de l’outil de mesure.
spectrophotmétrie infra-rouge, qui devient l’eau dans le lait, assurant une meilleure
plus performante mais également plus gestion des pousses à l’eau.
coûteuse. Cette évolution technologique est
permise en partie grâce à la modélisation L’évolution technologique
des procédés et à la constitution de se poursuit
bases de données collectées sur les
procédés. L’utilisation de cette technologie
nécessite cependant une mise au point La réduction de la taille des capteurs est
et des étalonnages plus importants, ainsi une tendance générale, d’une part sous
qu’un certain niveau d’expertise tant pour l’effet de la demande des industriels, et
l’utilisation que pour la maintenance. d’autre part grâce à la miniaturisation des
Parfois les capteurs en ligne ne sont tout systèmes électroniques. La compacité
simplement pas disponibles pour certaines des systèmes de mesure en ligne est
mesures très spécifiques. Une alternative également recherchée, principalement en
peut être offerte par la mesure extractive associant les parties de détection et celles
avec des appareils by-pass automatisés. de traitement et transmission du signal au
Ce qui correspond à un réel transfert d’une Illustration 4. : Sonde de concentra- sein d’un même ensemble.
chaîne de mesure du laboratoire vers la tion CIPTEC-M (Source TTS-CIP-
ligne de procédé, incluant l’échantillonnage, TEC) Enfin des fonctions intelligentes sont
et le prétraitement de très petits volumes développées au sein même des capteurs, qui
d’échantillon. Les capteurs en ligne participent désormais présentent des fonctions d’autodiagnostic,
à de nouvelles fonctions telles que le de détection des dérives d’étalonnage, et
Les analyseurs colorimétriques de la nettoyage en permettant la mesure de de communication avec les systèmes de
gamme Liquiline System CA80 de Endress- l’encrassement des installations tels que commande. La fonction de communication
Hauser qui permettent de mesurer dans les tuyauteries, les échangeurs de chaleur, est tout particulièrement importante car elle
l’eau des élément tels que l‘ammonium, le développant de nouvelles perspectives améliore considérablement l’intégration des
fer, les phosphates sur les eaux en sortie de dans le domaine du nettoyage et de systèmes de mesure dans l’architecture
traitement des eaux usées, mais également l’optimisation des système NEP (nettoyage des systèmes automatisés.
les nitrites sur les eaux de process assurent en place).
ainsi un contrôle en continu des élements
indésirables.
4 REVUE DES ENIL N° 346 / 06 - 2017
LES CAPTEURS
Illustration 5. : Le Computer-integrated manufacturing en automatisation des pro-
cédés
Bibliographie
GAVOYE S. & ROSSI N. Matériels et capteurs : outils de mesure émergents, hygiène des capteurs, les capteurs en industrie laitière. -
Industries Alimentaires et Agricoles. Janvier-Février 2017.
GUILLON M. Les capteurs nouvelle génération. (2012). - Process, n°1232.
La viscosité en ligne garante de la qualité des produits (2014). - Mesure, n°687.
IR, NIR, FT-IR, CG, SM …, l’exploitation décide. (2004). - Mesure, n°761.
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REVUE DES ENIL N° 346 / 06 - 2017 5
LES CAPTEURS
Intégration en IAA Eric HOUSELLE, Enseignant, ENIL Mamirolle
Le secteur de l’industrie alimentaire
représente un domaine particulièrement Il faut également privilégier les surfaces
exigeant pour ses acteurs et équipements. ayant des formes qui ne retiennent pas les
Régi par des normes sévères, il est très souillures et qui favorisent l’écoulement
demandeur de capteurs aptes à satisfaire des eaux résiduaires.
ses besoins en termes de nettoyabilité, Dans le cas des sondes de température
protection, sécurité et automatisation (type Pt100) par exemple, les doigts de
toujours plus poussée. gant sont en acier inoxydable AISI 316L Capteur de conductivité avec raccord
Les capteurs doivent être adaptés à des avec une rugosité Ra ≤ 0,8 μm. clamp (source internet)
exigences qui peuvent être très différentes Une autre solution est d’empêcher le
selon les secteurs. Dans l’embouteillage,
par exemple, on mettra en avant les
contact entre le produit et l’élément sen-
sible du capteur par l’utilisation d’une mem- Adaptation aux milieux
aspects cadences et positionnement. brane de séparation, dans le cas d’une
D’autres critères prédominent dans les mesure de pression. L’environnement des process agroali-
sandwicheries, les chocolateries, les mentaires est souvent sévère en terme
fromageries, la fabrication de yaourts, d’humidité, de température (vapeur, froid),
la découpe de la viande ou du poisson d’agression chimique liée aux produits de
(découpe au jet d’eau sous pression), les nettoyage, de pression, de vibrations.
silos (exigence de l’ATEX), les malteries
(environnement sévère, produits corrosifs). • L’utilisation de l’inox est bien sûr évidente
pour supporter ces conditions sur le long
terme.
Séparateur à membrane avec rac-
Adaptation aux contraintes cord fileté pour manomètre (source • L’indice de protection (IP) doit être
internet)
d’hygiène et de sécurité
choisi en tenant compte des conditions de
nettoyage. Un IP 69 peut être nécessaire
alimentaire dans le cas de nettoyage haute pression.
Cet indice concerne le boîtier du capteur
mais également son connecteur électrique
dont la norme prescrite est de type M12.
Les capteurs entrant en contact avec les
produits doivent éviter tout risque de conta-
Rappel : L’indice de protection d’un
mination bactériologique et permettre un Transmetteur de pression à mem- matériel, plus généralement connu sous le
nettoyage performant. On parlera de prin- brane (source internet) sigle « IP », permet de connaître le niveau
cipe de nettoyabilité dont les caractéris-
de protection d’un matériel face à des
tiques dépendent des matériaux utilisés. Le choix du type de raccord permet éga- intrusions de corps solides et liquides.
Les critères pris en compte sont : lement d’apporter une innocuité à la pré- Dans le cas d’un indice IP 67 par exemple,
sence du capteur. le premier chiffre représente le pouvoir de
• Leur résistance mécanique, chimique
protection contre la poussière et le second
et thermique afin d’éviter fissures, ébré- Quatre standards alimentaires en inox : le pouvoir de protection contre l’eau.
chures, trous. le CLAMP, le SMS, le DIN et le MACON,
• Leur nature non absorbante. dédiés à l’industrie alimentaire.
• Leur compatibilité au contact alimentaire
6 REVUE DES ENIL N° 346 / 06-2017
LES CAPTEURS
Indice IP IP69 (K) IP66
30 secondes dans chacun des 4 coins
Durée du test 3 minutes de chaque direction
(0°, 30°, 60° et 90°)
100 litres/minute via une lance de ø 12,5
Volume d’eau 14-16 litres /minute
mm
Pression 8000-1kPa 100 kPa
Distance 10-15 cm 2,5-3 mètres
Température de l’eau + (80+ -5)°C -
Pour atteindre ces objectifs, le choix des • La fiabilité : certains constructeurs
capteurs retiendra une attention particulière garantissent 10 ans la précision de leur
à des caractéristiques telles que : matériel en proposant une technologie de
mesure numérique qui supprime l’usure
• La précision : elle intervient et les dérives dans le temps. D’autres
directement sur la qualité des produits intègrent un système d’autodiagnostic et
finis mais elle peut également améliorer alertent en cas de dérives.
l’estimation des bilans matières (pour les
Connecteurs type M12 (source débitmètres par exemple). • Les frais d’entretien : On recherche
internet) Une précision de 0.1 % de l’étendue de la performance pour limiter les actions de
mesure est devenue un standard. maintenance ou d’étalonnage. Les suivis
des variations ou des dérives sont des
Adaptation aux enjeux de
• La rapidité : le temps de réaction du
indicateurs importants pour les actions de
maintenance. Il existe des solutions qui
productivité capteur doit être le plus court possible permettent de pré-étalonner en laboratoire
pour suivre les variations des grandeurs et en temps masqué des capteurs comme
Les process de l’industrie agroalimentaire physiques sans générer de temps de retard des sondes de pH ou de conductivité par
ont de hautes exigences de qualité et de dans les systèmes régulés. exemple.
performance économique. La concurrence
exige un accroissement permanent de
l’efficacité de la production et les capteurs
y jouent un rôle important.
Le premier forum d’experts
entièrement dédié aux professionnels et étudiants de l’agroalimentaire
www.agro-vip.fr
REVUE DES ENIL N° 346 / 06-2017 7
LES CAPTEURS
Quelles évolutions, innovations et
perspectives ? Laurence MARIBE, Chef de marché agroalimentaire,
Endress+Hauser SAS
Dans un process contrôlé, la mesure de couleur ou de turbidité dans des liquides est
Les industriels de l’agroalimentaire sont critique pour garantir la qualité du produit fini. Pour ces mesures, ce sont des technologies
de plus en plus challengés en termes de optiques qui sont utilisées.
rendements et productivité. Mais produire
plus ne doit pas se faire au détriment de la Le changement de couleur révèle des variations dans le process de fabrication : mélange
qualité des produits. non conforme, surchauffe, dilution non adaptée, présence d’impuretés (distillation).
Comment les capteurs en ligne peuvent-ils La turbidité est une mesure de solides en suspension, d’émulsions et de produits non
les aider à réduire les coûts et augmenter miscibles dans les fluides à faibles concentrations (0 à 200 FTU).
la disponibilité des installations tout en ga- La surveillance de la turbidité d’un produit en cours de fabrication permet
rantissant une sécurité de process ? d’en contrôler la pureté, d’identifier le dysfonctionnement d’un filtre ou une fuite sur un
échangeur. Les capteurs optiques, par l’utilisation du principe de l’absorbance, permettent
également un gain de productivité important.
Comment contrôler Cette mesure est typiquement utilisée pour les applications de pertes matières.
En effet, pour les faibles concentrations, cette technologie est beaucoup plus précise que
la qualité des produits la conductivité
en ligne ?
Il est nécessaire de surveiller certains para-
mètres-clés afin de contrôler la qualité des
produits en cours de production. Il peut
s’agir de mesure de viscosité, de degré
Brix, pH, couleur ou densité. Ces analyses
sont, en général, réalisées en laboratoire
et il faut souvent attendre des heures pour
avoir les résultats. Par ailleurs, elle néces-
site parfois l’arrêt du process pour prélever
des échantillons. Une alternative à cette
méthode contraignante et chronophage est
de réaliser une mesure en ligne.
Figure 1 : Optimisation pousse à l’eau - Séparation eau / crème ou lait (Source:
A titre d’exemple, il est possible de mesurer Endress+Hauser)
le pH en ligne. On peut trouver deux types
de technologie sur le marché : électrode en Cette mesure permet de détecter le départ de lait ou crème dans les égouts.
céramique sans verre ou électrode verre Certains débitmètres électromagnétiques disposent d’une mesure de conductivité
rétractable. intégrée. En plaçant le débitmètre en fin de ligne de production, on s’assure que la NEP est
bien passée partout.
Il existe également des technologies multi- C’est une méthode de validation économiquement intéressante car on s’affranchit d’ajouter un
paramètre notamment sur les débitmètres point de mesure supplémentaire.
Coriolis massiques. Ces débitmètres
peuvent à la fois mesurer le débit mas-
sique, la température, la concen-
Le sans fil pour un gain de temps lors de la configuration des
tration en degré Brix ou la visco- instruments
sité. Cela permet de connaître et vérifier
en temps réel les valeurs attendues et, si Lors de l’installation des capteurs, il est souvent fastidieux de les configurer. Les opérateurs sont
besoin, de mettre en œuvre des actions confrontés à différentes problématiques. Cela peut être lié à la complexité du menu, à l’accessi-
correctives pour éviter de perdre un batch bilité aux capteurs difficiles voire impossibles ou au nombre important de capteurs à configurer.
entier. Les valeurs sont moins précises Les nouvelles technologies offrent à présent une solution qui permet de gagner du temps lors de
qu’en laboratoire mais c’est souvent la cette phase. A l’instar des Smartphones qui ont révolutionné la téléphonie, les innovations mises
reproductibilité des mesures qui importe le en œuvre dans les capteurs de mesure permettent un véritable saut de génération.
plus pour les industriels. En effet, la configuration des appareils peut se faire désormais à distance via Bluetooth ou Wifi.
8 REVUE DES ENIL N° 346 / 06-2017LES CAPTEURS
Figure 2 Figure 4
Figure 2 bis
Le principe du sans-fil se généralise de
plus en plus dans le domaine. A ce jour, on
retrouve cette fonctionnalité sur des cap-
teurs de niveau radar et sur les débitmètres
électromagnétiques et Coriolis.
Ces débitmètres sont équipés d’un serveur
web, chaque appareil possède sa propre
adresse IP. Les utilisateurs n’ont plus be-
soin d’outils spécifiques. Figure 5
Plus de logiciel, plus de pockets…on se • Le rapport de vérification généré automa
connecte en Wifi avec un PC, une tablette Cette technologie permet d’exploiter une tiquement apporte les preuves requises par
ou un Smartphone, on ouvre un navigateur installation de façon économique et sûre les audits.
internet, on tape l’adresse IP du débitmètre tout au long de son cycle de vie en combi- • La fourniture des données de process et
dans l’URL et on accède à tous les para- nant des fonctions de diagnostic, de vérifi- d’appareil facilite la reconnaissance des
mètres. cation et de surveillance : tendances pour la maintenance prédictive.
Pour les radars (Fig.3), ça fonctionne avec La technologie Heartbeat permet de sim-
le Bluetooth en ouvrant une application sur • Des messages de diagnostic explicites plifier et d’améliorer le contrôle de votre
le téléphone ou la tablette. Evidemment, et normalisés avec des instructions opé- point de mesure. De cette manière, les
tout est sécurisé. ratoires claires facilitent une maintenance industriels peuvent être assurés que leur
économiquement rentable et orientée vers process se déroule de façon fiable et sûre.
l’état. Les efforts de vérification sont considéra-
blement réduits.
• L’autodiagnostic permanent de l’appareil
simplifie le fonctionnement sûr avec des
cycles de vérification étendus.
• Le point de mesure peut être vérifié et Autre avancée
documenté in-situ à tout moment. technologique
Figure 3 : • La vérification se fait sans démonter l’ap-
Radar FMR20 Endress+Hauser pareil ni interrompre le process. (Fig. 6) De plus en plus de capteurs sont dotés du
dédié à la mesure de niveau bus de terrain Ethernet industriel avec au
choix soit le protocole Ethernet IP si
on possède des automates Schneider ou
L’usine du futur avec des Rockwell soit le protocole Profinet
capteurs intelligents pour les versions de chez Siemens.
qui communiquent via
l’Ethernet industriel Avec l’utilisation de l’Ethernet industriel,
l’intégration est simplifiée. Les respon-
sables de maintenance peuvent accéder
Afin d’améliorer la sécurité de process et de facilement aux données de process, de sé-
faciliter la maintenance prédictive, il existe curité et de maintenance. L’architecture du
un système d’auto surveillance intégré réseau est simplifiée, les appareils de ter-
dans les capteurs. Il s’agit de la technologie rain sont directement raccordés aux auto-
Heartbeat (Fig. 4 et 5) qu’on trouve sur les mates via de simples switchs avec un câble
débitmètres Proline 300/500 et la plupart Figure 6 : Vérification Heartbeat sur Ethernet sans passer par des passerelles.
des radars chez Endress+Hauser SAS. un Promass F 100.
REVUE DES ENIL N° 346 / 06- 2017 9LES CAPTEURS
Figure 7 : Exemple d’architecture avec PROFINET
Les avantages sont multiples : vitesse de transmission des données plus rapide, mise en œuvre simple, plus de programmation nécessaire,
coûts de câblage réduits, volume de données plus important, paramétrage depuis l’automate et possibilités de gérer les fonctionnalités avan-
cées d’un instrument. Par exemple, avec Heartbeat, il suffit de lancer la routine en un clic avec le serveur web de l’appareil depuis la salle de
contrôle.
De nouvelles perspectives En effet, cela nécessite l’arrêt de la produc-
tion, avec soit une méthode de mise en série
en métrologie d’un étalon soit le démontage et le retour du
matériel sur banc au laboratoire d’étalon-
Pour des raisons de qualité de produits
nage.
finis et de conformités règlementaire, il est
Les prestations habituelles sont très longues
nécessaire de contrôler périodiquement la
à mettre en œuvre et nécessitent l’interven-
performance de mesure des instruments
tion sur le process. D’autres s’affranchissent
critiques.
de l’interruption du process (comme une
mesure contradictoire par ultrasons clamp-
Il s’agit même d’une exigence du référentiel
on) mais au détriment de la performance
IFS version 6, dans lequel le paragraphe
(incertitude de mesure 4 % vs 0,15 %). Figure 8 : banc d’étalonnage mobile
5.4.2 mentionne que « Tous les appareils
de mesure doivent être vérifiés, ajustés et autonome Endress+Hauser
Pour palier cette problématique, certains
étalonnés dans le cadre d’un système de
prestataires se sont dotés d’un banc mobile
surveillance, à des fréquences spécifiées,
complètement autonome pour venir sur site. Référence bibliographique : IFS Version 6
conformément à des normes/méthodes
Ce banc (Fig. 8) est équipé d’un réservoir Janvier 2012, référentiel d’audit de la qualité
définies et reconnues. Les résultats de ces
d’eau et des appareils étalon. L’appareil est et de la sécurité des produits alimentaires
vérifications, ajustements et étalonnages
posé sur le banc, étalonné et réinstallé aus-
doivent être documentés.»».
sitôt sur le process.
Avec ce type de banc, l’étalonnage sur
Le débit est un des paramètres les plus
site se fait en un minimum de temps et de
importants dans le process, notamment au
contrainte. C’est un réel avantage pour les
niveau de la validation des pasteurisations.
industries agroalimentaires qui fonctionnent
C’est également le paramètre le plus difficile
toute l’année en continu.
à contrôler métrologiquement.
10 REVUE DES ENIL N° 346 / 06-2017LES CAPTEURS
Unité Mixte Technologique
from’capt
Stéphane GAVOYE, Chef de projet de l’UMT FROM’CAPT, ACTALIA
« Outils de mesure pour caractériser
et piloter la transformation fromagère»
• une érosion tendancielle de la compétitivité Plus fins, car dans une démarche d’amélio-
L’Unité Mixte Technologique FROM’CAPT depuis plusieurs années dans un contexte ration continue et d’avancée des connais-
a été labellisée par la Direction Générale de guerre des prix ; sances, les acteurs de la filière laitière ont
de l’Enseignement et de la Recherche
besoin de connaître plus précisément la
dépendante du ministère de l’Agriculture, • si la compétitivité des prix peine à se composition des différentes matrices lai-
de l’Agroalimentaire et de la Forêt par lettre redresser, les actions doivent permettre
en date du 12 janvier 2017 pour la période tières.
d’améliorer la compétitivité hors prix. Cette
du 1er janvier 2017 au 31 décembre 2021. dernière s’appuie sur l’innovation et la qualité L’évolution des outils d’analyses permettent
des produits commercialisés. alors d’améliorer la compréhension des mé-
Qu’est qu’une Unité Mixte L’industrie agroalimentaire fait preuve d’in-
canismes d’élaboration de la qualité finale
des fromages et donc de mieux maîtriser
Technologique ? novations. Toutefois, ces dernières dans le
secteur alimentaire sont le plus souvent des
les procédés, de rechercher et d’identifier
des contaminants, de communiquer sur
innovations marketing et organisationnelles.
Les unités mixtes technologiques (UMT) sont Les innovations technologiques (produit ou des compositions en lien avec des aspects
des partenariats promus par le ministère de procédé) sont minoritaires. santé ou de valorisation.
l’Agriculture, de l’Alimentation et de la Fôret.
La transformation laitière est une des filières Plus rapides pour une meilleure réactivité
Ces partenariats visent à développer autour la plus en difficulté dans le secteur agro- qui permettra de tendre vers une meilleure
d’un thème de recherche des relations de alimentaire. Les exportations de produits orientation des matières premières ou en
travail approfondies entre des organismes de laitiers ont reculé de 139 millions d’euros cours de transformation, un meilleur pilotage
recherche publique ou des établissements entre 2014 et 2015 (Source : CNIEL, 2016). des procédés, des délais plus courts dans la
d’enseignement supérieur et des instituts La transformation laitière est également le qualification et la libération des lots. L’obten-
techniques agricoles ou agroindustriels, en secteur qui consacre le moins de budget à tion d’analyses plus rapides est également
cohérence avec les contrats d’objectifs du ré- l’innovation avec 2 % de son excédent brut un pré-requis pour la migration des analyses
seau des instituts techniques agricoles ou du d’exploitation contre 20 % pour l’industrie du laboratoire vers la production. Enfin des
réseau des instituts techniques agroindus- agroalimentaire hors artisanat commercial analyses plus rapides ouvrent la possibilité
triels sous la coordination de l’ACTA (Asso- (Source : ANIA, 2016). d’augmenter la fréquence des analyses et
ciation de Coordination Technique Agricole) de lever des verrous liés à la précision et à
ou de l’ACTIA (Associaiton de Coordination Dans ce contexte, les capteurs et les sys- l’incertitude des résultats analytiques.
Technique pour l’Industrie Agro-alimentaire). tèmes d’analyse sont identifiés comme une
technologie clé par le ministère de l’écono- Plus fiables, car les enjeux qui reposent sur
mie, de l’industrie et du numérique dans son les résultats analytiques sont importants. Ils
engagent la responsabilité du transforma-
Le contexte de l’UMT document « TECHNOLOGIES CLÉS - Pré-
teur dans le cadre d’autocontrôles visant
parer l’industrie du futur 2020 ».
FROM’CAPT à valider la conformité des lots sortant de
l’entreprise. Ils sont aussi la base des bilans
En 2016, l’ANIA (Association Nationale des
La thématique de l’UMT « matières » tenus par les entreprises per-
mettant de s’assurer de la rentabilité éco-
Industries Alimentaires) tenait sa conférence FROM’CAPT nomique du process mais également d’être
de presse économique annuelle. Les princi-
la base des paiements entre fournisseurs et
paux messages de cette conférence sont les
L’évolution des analyses s’est dirigée, ces clients.
suivants :
dernières années, vers des outils plus fins,
plus rapides et plus fiables.
REVUE DES ENIL N° 346 / 06 - 2017 11LES CAPTEURS
Tirés par ces tendances, de nouveaux outils
analytiques se développent et parallèlement
de nouvelles applications peuvent être es-
pérées par utilisation directe ou par étude
des transferts possibles sur des besoins
identifiés. Grâce au partenariat construit,
l’UMT FROM’CAPT veut favoriser l’émer-
gence de nouveaux outils de mesure pour
caractériser et piloter la transformation fro-
magère. Les projets viseront trois champs
d’application (Figure 1) :
• La qualité des laits;
• L’optimisation des procédés;
• La qualité des produits finis.
Figure 1 : Thématique et champs d’application de l’UMT FROM’CAPT
Le partenariat
ISBA, complexe d’enseignement agricole, • des compétences dans le domaine des
fédérant les 2 Ecoles Nationales d’Indus- micro-technologies et dans l’intégration de
trie Laitière de Bourgogne Franche-Comté nouvelles technologies au sein de dispositifs
(ENIL de Besançon-Mamirolle et ENILBIO de mesures et de suivi. Ces compétences
de Poligny). sont apportées par l’association avec
l’institut FEMTO-ST en tant que partenaire
associé.
En outre, ce nouveau partenariat permet
Institut technique agro industriel issu de la d’entrevoir la recherche de solutions
fusion d’Actilait et de l’ADRIA Normandie innovantes dans les outils de mesure
avec pour cœur de métier les produits (Figure 2) :
laitiers et la sécurité des aliments. L’UMT
s’appuiera sur les pôles de compétences L’institut de recherche FEMTO-ST (Franche- • de façon ascendante (pull technology).
ACTALIA Produits laitiers et ACTALIA Comté Electronique Mécanique Thermique Le lien étroit d’ACTALIA et de l’ISBA avec
Cécalait présents à Poligny. et Optique – Sciences et Technologies, les professionnels de la filière permettra
UMR CNRS 6174) est une unité mixte de re- d’identifier des besoins qui seront
cherche, née le 1er janvier 2004 de la fusion approfondis et traduits en cahiers des
de 5 laboratoires francs-comtois. charges afin d’étudier les possibilités de
développer de nouveaux outils de mesure
permettant de répondre directement
Le partenariat s’organise autour de trois au besoin identifié ou de donner les
piliers : connaissances scientifiques nécessaires à
Unité de Recherche en Technologie et Ana- une meilleure compréhension ;
lyses Laitières (URTAL). Les activités de • un lien étroit avec les acteurs de la filière
l’unité ont pour finalité la maîtrise de la qua- laitière renforcé par des compétences • de façon descendante (push technology).
lité des fromages, notamment au lait cru ou en termes de recherche appliquée et de FEMTO-ST et ses partenaires développent
d’Appellation d’Origine Protégée. développement. Ce pilier s’appuie sur des technologies pour les secteurs du
les équipes d’ACTALIA Produits laitiers, médical, de l’automobile, de l’aéronautique,
ACTALIA Cecalait et de l’ISBA (ENIL de l’industrie chimique. Parmi l’ensemble
francomtoises) ; des outils et méthodes développés, des
transferts vers la transformation laitière
• des compétences de recherches issues de pourront être envisagés.
l’INRA, dont la finalité est la production de
connaissances scientifiques ;
12 REVUE DES ENIL N° 346 / 06 - 2017Vous pouvez aussi lire
