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MAÎTRISE DE L ’AÉROCONTAMINATION

Méthodes et outils de contrôle de gestion des flux d’air au sein d’une usine

Par Édith Patissier, Clauger | 20 août 2018 |

La maîtrise de la gestion des flux d’air est un sujet de travail dans de nombreuses industries de production, la contamination aéroportée étant au coeur des process de fabrication. Il est ainsi important d’effectuer un travail de normalisation des nouvelles méthodes disponibles, afin d’encadrer leur mise en oeuvre et leur déploiement de manière pertinente.

La maîtrise de la contamination aéroportée pour des procédés, des produits ou la manipulation d’agents biologiques et/ou chimiques est au coeur des process de fabrication. Elle implique de prendre en compte des analyses multifactorielles comprenant la maîtrise des sources humaines, environnementales et le traitement d’air d’ambiance. Le risque est variable selon la nature des produits. La contamination peut être de plusieurs types : chimique, biologique, par corps étrangers… Elle peut aussi être directe (l’environnement contamine un produit) ou bien croisée (un produit recontamine d’autres produits). Différents principes (méthodes, organisations, conception d’équipements…) sont mis en oeuvre afin de réduire et de maîtriser les risques de contaminations. La majorité de ces principes est reprise dans les Bonnes Pratiques de fabrication (BPF) et les Bonnes Pratiques d’hygiènes (BPH). On retrouve notamment sur l’air la maîtrise : • des paramètres de température et d’humidité relative qui, régulées, permettent de limiter le développement des micro-organismes, • des paramètres de ventilation et de filtration (classes ISO par exemple), • des paramètres d’organisation de flux d’air (surpression, cascades de flux d’air, sas…). La mise en application convergente de ces principes permet d’obtenir des environnements d’exploitation et de production capables de préserver la qualité sanitaire des produits. Bien que les sources potentielles de contamination au sein d’une usine soient limitées par l’application des BPH et BPF (domaine pharmaceutique hospitalier et industriel), il arrive parfois que des analyses mettent en évidence la présence de micro-organismes indésirables ou à des concentrations trop importantes au sein des locaux (notamment dans les activités de production non stériles où une charge en micro-organismes peut être tolérée). Il convient alors de limiter la propagation de cette contamination. L’air est identifié comme un vecteur de contamination. Associé à d’autres facteurs (propreté des locaux, flux matières, personnels, efficacité et fréquence de nettoyage des locaux, etc.), l’aéro contamination peut être à l’origine d’altération de produits avec des conséquences économique, sanitaire et d’image pour les entreprises.

 

L’air, vecteur de contamination

Comme l’encadrent les normes NF EN ISO 14644 et NF EN ISO 14698, la qualité d’air dans les locaux et dans les environnements maîtrisés est essentielle. En effet, l’aérocontamination est, quel que soit le domaine d’activité, une préoccupation récurrente pour les industriels. Les contaminants, présents dans l’air, se diffusent et se propagent de manière invisible et ne sont pas détectables. Ainsi, lorsqu’une dérive est constatée, c’est en général toutes les zones de l’usine qui sont contaminées.


Gérer les flux d’air pour maîtriser le risque d’aérocontamination

Le zoning usine consiste à définir des niveaux de risque selon les activités de production et d’exploitation plus ou moins sensibles. Ce zoning est mis en cohérence avec la maîtrise des flux humains et des flux matières pour

permettre de réduire les risques de contamination. Néanmoins, si la gestion des flux d’air ne s’inscrit pas dans cette cohérence alors le risque de contamination subsiste. Par exemple, une mauvaise gestion des flux d’air pourra provoquer la remontée de contaminants provenant d’une zone potentiellement polluée (laverie, locaux déchets, extérieur usine, etc.) vers une zone sensible (fabrication et conditionnement des produits finis).

 

Définition de la gestion des flux d’air (GFA)

Gérer les flux d’air consiste à s’assurer en permanence de la cohérence des écoulements d’air vis-àvis du zoning de risque. Les équipements de traitement d’air mis en place permettront de générer des flux d’air et le maintien d’une cascade de flux d’air au sein de l’usine. Elle assurera un sens d’écoulement de l’air cohérent avec les zonings usines, imposés par les référentiels tel qu’IFS, BRC* ou FDA. Une zone dite « sensible » sera mise en surpression par rapport à une zone adjacente contenant des produits moins sensibles. Une zone potentiellement polluante sera mise en dépression et constituera le cas échéant un puits de dépression pour l’usine.

 

Mise en oeuvre d’une GFA

La gestion des flux d’air impose de mettre en oeuvre des systèmes de traitement d’air permettant de générer des flux d’air à hygiène maîtrisée sur les zones les plus sensibles (classe de propreté particulaire de l’air ou classe microbiologique). Le traitement climatique associé (contrôle de la température, de l’hygrométrie) est souvent très énergivore. De plus, les installations sont potentiellement dérivantes (encrassement des filtres, déséquilibrages aérauliques…). Les industriels, n’ayant pas d’outils pour contrôler les sens de flux d’air, auront tendance à augmenter les débits d’air neuf de surpression mis en jeu, afin de mettre les zones sensibles sous protection, sans pour autant avoir la certitude de l’efficacité ou de la bonne mise sous contrôle des écoulements d’air globaux de l’usine.

 

Les outils de gestion des flux d’air

Les outils de gestion des flux d’air peuvent être différents selon que l’on souhaite la mettre en place dans des locaux étanches ou non étanches. Lorsqu’une industrie fonctionne avec des locaux totalement étanches, il est possible de mettre en oeuvre des capteurs de pression entre les différentes zones. Néanmoins, lorsque la conception des locaux et leur exploitation nécessitent des ouvertures importantes, notamment pour faciliter les flux (passages de convoyeurs, portes battantes, absence de sas, etc.), la régulation par différentiels de pression entre les zones ne peut pas être appliquée.

 

Cas des locaux étanches

Le principe de la gestion des flux d’air sur les locaux étanches est le suivant : le local est maintenu en surpression par rapport au local adjacent lorsque le débit d’air insufflé est supérieur au débit d’air extrait. Le surplus d’air s’échappe par des points de fuite (clapets de décompression par exemple). À noter que le maintien de la surpression d’un local est utilisé pour protéger un procédé d’une contamination extérieure. Dans le cas où cette surpression est obligatoire, la mise en place de sas supplémentaires entre les zones adjacentes permet de venir renforcer la gestion des flux d’air. Ces sas permettent de prévenir les mélanges d’air qui pourraient avoir lieu lors des ouvertures de portes. Lorsque l’ouverture de porte s’avère nécessaire pour le passage de personnels ou de matières, des turbulences d’air peuvent se créer et faire remonter des contaminants. De plus, elle fait chuter la surpression mise en place dans le local. Ces sas sont généralement conçus avec deux portes à interlockage, c’est-à-dire qui ne peuvent pas s’ouvrir en même temps. Ils sont en cascade de pression par rapport aux locaux adjacents. Des outils, comme la mise en place de capteurs de pression, permettent de réguler et de contrôler la mise en surpression du local. Leur utilisation sur des locaux non étanches nécessiterait la mise en oeuvre de débits d’air importants et donc de consommations énergétiques élevées (chauffage et refroidissement de l’air neuf prélevé à l’extérieur).

 

Cas des locaux non étanches

Dans ce cas de figure, afin d’assurer d’une bonne gestion des flux d’air, d’autres outils sont mis en oeuvre. On parlera ici de sens d’écoulement d’air et de local en cascades de flux les uns par rapport aux autres et non d’une véritable surpression au sens strict. Il existe une méthode de qualification de la gestion des flux d’air qui est l’audit. C’est un outil ponctuel, qui donnera une image de la gestion des flux d’air à un instant donné.

 

« Le zoning usine consiste à définir des niveaux de risque selon les activités de production et d’exploitation plus ou moins sensibles. »


« L’audit ponctuel présente cependant des limites : absence de continuité, absence de traçabilité et aucune possibilité d’alerte en cas de dérive. »

 

Les audits de gestion des flux d’air

Ces audits ponctuels permettent d’établir une cartographie des sens d’écoulement d’air au sein de l’usine. Soit sur une zone définie, soit sur l’usine complète. La méthode consiste à identifier les équipements en salle : les bouches de soufflage d’air neuf dans les locaux, les grilles d’extractions, les appareils de traitement d’air associés… Il en résulte un plan de positionnement des équipements aérauliques en place dans l’usine (extracteur et réseau associés, extracteur de process…). Une fois ce listing reporté, la carte des vents proprement dite est effectuée dans l’usine selon les méthodes proposées par la norme NF EN ISO 14644-3 permettant de définir la visualisation des écoulements d’air (poire à fumée, filaments en nylon, etc.). La carte des vents (figure 1) permet de visualiser l’écoulement d’air entre chaque porte, chaque guichet de locaux adjacents, en prenant en compte les potentielles différences de température (thermosiphons). Après avoir établi la cartographie des flux d’air, on procède aux relevés des équipements de traitement d’air en place (CTA, réseaux associés) :

• état général,

• encrassement des filtres,

• fonctionnement de la régulation,

• cohérence des flux pendant les modes production, hors production, lavage, désinfection.


Suite à cet audit (figure 2), s’il révèle les écoulements d’air qui ne sont pas en cohérence avec le zoning de risques usine, alors des actions correctives sont mises en place afin de rétablir une cascade de flux d’air de référence.


Les limites de l’audit de gestion des flux d’air

L’audit de gestion des flux d’air est fait de manière ponctuelle. Bien qu’il donne une indication sur les écoulements des flux d’air à un instant précis, il est recommandé d’en effectuer a minima au moins une fois par an, complété par des vérifications ponctuelles pour s’assurer de l’absence de dérives. L’audit ponctuel présente cependant des limites :

• absence de continuité ;

• absence de traçabilité ;

• pas de possibilité d’alerte en cas de dérive.


1 Exemple de carte des vents

 

2 Étapes d’un audit de gestion des flux d’air pour des locaux non étanches

 

1. ldentifier les équipements en salle
(grilles soufflage / reprise / machines process) par salle
Plan de positionnement usine des équipements aérauliques

 

2. Établir la « carte des vents »
Identification sur plan usine du sens d’écoulement des flux d’air,
mesure des surpressions


3. Relevés des équipements de traitement d’air
Référence des équipements / données de sélections…


4. Quantification des débits d’air
Mesure des débits d’air : insufflation/extraction, bilan par zone, bilan usine


5. Fonctionnement de la régulation
Analyse des modes de fonctionnement
(installation de traitement d’air / process)

 

Des actions correctives peuvent être mises en place après l’audit afin de rétablir une
cascade de flux d’air de référence.

 


 

E-streaming : un audit de gestion des flux d’air en continu

L’e-streaming est un outil de gestion du risque d’aérocontamination. Il permet :

• de visualiser, en temps réel et en continu, les flux d’air, sur une zone sensible ou à l’échelle de l’usine ;

• d’assurer la traçabilité en continu de ces flux dans le temps (enregistrement, historique) ;

• d’alerter immédiatement en cas de dérive (inversion de sens du flux d’air). Ce système est un outil qualité qui peut s’inscrire dans une démarche HACCP. Présentation de la plateforme L’e-streaming (figure 3) est composé d’une supervision associée à des capteurs. Ces derniers sont positionnés aux endroits stratégiques entre les zones à surveiller. Installés dans la paroi, dans une manchette inox, ils mesurent le sens d’écoulement d’air entre deux salles de process à contrôler. Ils remontent en permanence le signal correspondant au sens de l’air sur la supervision. Le capteur est capable de détecter des sens d’écoulements d’air pour des vitesses minimales de l’ordre de 0,1 m/s. Il s’agit d’une mesure calorimétrique qui permet de déterminer le sens de l’air. Une résistance chauffante et deux fils chauds composent le capteur. La détection du sens de l’air est détectée par la différence de température entre les deux fils chauds. La sensibilité de l’appareil permet de détecter des vitesses d’écoulement de 0,1 m/s minimum. Le capteur est en construction inox, ce qui le rend compatible en utilisation dans les ambiances de travail et des phases de nettoyage. Il est construit selon un indice

 

3 Représentation de l’e-streaming

 

Ces systèmes permettent de visualiser en temps réel et en continu les sens de flux d’air au sein d’une usine.

 

 

IP54 et est opérationnel pour des températures allant de – 20 à 70 °C. Des leds indiquent le bon fonctionnement et la mise sous tension du capteur. Il est alimenté en 24 volts. Son montage doit se faire très précisément avec un angle de 90 ± 2 degrés par rapport au flux d’air afin d’assurer une fiabilité du signal, notamment pour la détection des faibles vitesses. L’étalonnage du capteur (sur site) doit se faire tous les deux ans afin de garantir une mesure correcte et sans dérive. La supervision affiche le plan de l’usine avec des flèches matérialisant les sens d’écoulement d’air entre les différentes zones. Les zones plus ou moins sensibles sont représentées selon le zoning usine à l’aide de couleurs. On matérialise également les équipements de traitement d’air associés à la gestion des flux d’air (centrales de traitement d’air, extracteurs y compris extracteur process, prises d’air neuf, etc.) et leur état de fonctionnement (marche, arrêt, défaut). Lorsque le flux d’air est dans le bon sens, la flèche s’affiche au vert, s’il vient à s’inverser, la flèche passe au rouge et une alarme se déclenche. La supervision enregistre la date et le temps d’inversion et affiche des compteurs de temps d’inversion cumulés. Elle permet également de ressortir l’historique des sens des flux d’air sur des périodes sélectionnées. Dans la pratique, les alarmes et les compteurs permettent à l’exploitant de mener des actions conservatoires telles que la consignation d’un lot de produits ou le renforcement des contrôles sur le lot produits pendant l’inversion du sens d’écoulement d’air. En deuxième niveau d’application, la supervision peut aussi corriger automatiquement une inversion de sens de flux d’air lorsque les installations de traitement d’air le permettent (pilotage du débit d’air neuf, pilotage du débit d’air extrait, présence de variateurs, etc.). À titre d’exemple, lorsqu’un flux d’air s’inverse, une alarme est générée. La supervision, via l’automatisme, augmente progressivement le débit d’air neuf jusqu’à rétablir le bon sens de l’air. Cette correction reste provisoire. L’alarme reste présente sur la supervision afin de permettre aux opérateurs de constater que le système est en mode correctif et qu’une intervention est nécessaire. Un troisième niveau d’application consiste à optimiser les consommations énergétiques liées à la gestion des flux d’air. Lorsque les flèches sont au vert pendant une certaine période, cela signifie que la gestion des flux d’air est correcte et stable. Dans ce cas, quand l’installation le permet, la supervision, via son automatisme, pourra optimiser progressivement les débits d’air neuf mis en jeu tout en garantissant le bon sens d’écoulement d’air. Ces actions permettent de limiter les quantités d’air neuf nécessaires et de réduire les coûts énergétiques engendrés par le traitement thermique (chauffage ou refroidissement) de l’air neuf de surpression. La mesure du capteur est instantanée et continue. La supervision telle que, par exemple, celle proposée par Clauger, reliée à ce capteur, permet d’assurer une mesure et un enregistrement toutes les minutes. La chaîne de mesure est suivie via des graphiques et permet de créer des indicateurs sur le bon fonctionnement de l’application. Les données sont enregistrées et conservées pendant au minimum un an. Ces graphiques et indicateurs permettent de s’assurer, entre autres, du bon fonctionnement du capteur et de la transmission du signal. La figure 4 représente des exemples d’indicateurs possibles.

 

 

Conclusion

La maîtrise de la gestion des flux d’air est un sujet de travail dans de nombreuses industries de production, en particulier actuellement dans le secteur de la production agro-alimentaire. L’évolution des méthodes de surveillance et de contrôle de gestion des flux d’air devrait permettre d’augmenter le niveau de maîtrise de risque d’aérocontamination dans ces industries. Un travail de normalisation des méthodes disponibles permettrait également d’encadrer leur mise en oeuvre et leur déploiement en cohérence et en améliorant l’efficacité et la répétabilité industrielle.

 

4 Exemples d’indicateurs

a.

b. 



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