Les mesures réalisées au cœur même des procédés industriels revêtent une importance essentielle, voire cruciale pour la bonne conduite des opérations, l'optimisation des process, la réalisation de la sécurité des équipements et des personnes, etc. Le parc d'instruments de mesured'un site industriel ne se résume toutefois pas à ces capteurs,transmetteurs, analyseurs et autres systèmes de mesure. Il faut également comptabiliser l'ensemble des appareils portables et de labora-toire mis en œuvre par les opérateurs et techniciens afin de réaliser des mesures en bord de lignes de production en agroalimentaire, des contrôles en entrée de matières premières pour la pharmaceutique ou encore des analyses de routine en laboratoire de contrôle qualité/assurance qualité (QC/QA).

Dans le monde plus «propre» des laboratoires, on retrouve évidemment les mêmes méthodes de mesure mises en œuvre pour les analyses en ligne et en continu (bien souvent, ce sont les méthodes usitées depuis des années en l aboratoirequi ont été adaptées pour les process). Compte tenu de l'environnement parfaitement maîtrisé, les systèmes analytiques de paillasse n'ont pas besoin de se protéger des agressions externes, de respecter des normes et réglementations comme l'Atex, d'où une forme de boîtier différente que celle de leurs cousins installés dans les procédés. Et d'autres méthodes de mesure peuvent être mises en œuvre dans ces ambiances plus feutrées. Dans cet article, nous nous intéresserons uniquement aux « petits » appareils de mesure, tels que les pHmètres et autres instruments de mesures électrochimiques, les titreurs, les balances, les pipettes… et non aux gros instruments analytiques (chromatographes, spectromètres). A l'image des pipettes, d'aucuns pourraient trop vite penser qu'il ne s'agit pas de véritables instruments de mesure, ou alors d'appareils relégués en seconde division en termes métrologiques, et que les éventuelles évolutions se résumeraient à un simple relookage. Lorsque l'on découvre pour la première fois l'appareil multifonction edge de l'américain Hanna Instruments ( voir Mesures n°861 ), ou encore les balances Excellence XPE que vient de lancer l'helvético-américain Mettler-Toledo ( voir Mesures n° 862 ), personne ne peut nier que ce type d'appareils n'a pas évolué ces dernières années. Rappelons par ailleurs que l'obtention de résultats pertinents, justes et précis ne peut se faire qu'avec une chaîne de mesure complète parfaitement maîtrisée, et un pHmètre ou une pipette a un rôle tout aussi important que n'importe quel autre appareil de mesure.

Les utilisateurs bénéficient des atouts des écrans tactiles

« Il n'y a pas eu ces dernières années de changement significatif dans les techniques analytiques, excepté le développement de notre sonde optique d'oxygène dissous LDO en 2003. Ce qui a changé, c'est surtout l'ergonomie et la facilité d'utilisation des appareils de mesure de paillasse. Avec une grande tendance : l'apparition d'écrans plus grands, en couleur et tactiles », constate Philippe Pons, ADM EChem Europe chez Hach Lange. Ce que confirment d'ailleurs tous les fabricants qui rappellent d'ailleurs que, la chimie étant restée la même depuis le début, aucunes nouvelles méthodes de mesure ne sont apparues. « Si les écrans tactiles ont fait une première percée il y a déjà quelques années, il existe aujourd'hui une vraie demande en la matière de la part des utilisateurs, un véritable attrait au détriment des afficheurs ligne à ligne,grâce notamment aux dernières évolutions en écran tactile dont nous bénéficions pour les pHmètres et titreurs haut de gamme », constateYannickTainon, chef produits Titrage et mesure chez Metrohm France. La société suisse a depuis deux ans lancé différents produits, comme par exemple les appareils de titration Karl FischerTi-Touch 915 et classique Ti-Touch 916, qui se distinguent par leur compacité et leur écran tactile.

Ces dernières années, les balances, les pipettes et autres “petits” appareils de mesure de paillasse ont connu des évolutions au niveau de leur ergonomie, de l'ajout de fonctionnalités d'aide, etc., dans le but de rendre plus facile la vie des opérateurs et des techniciens.

Pour Samuel Cantelou, responsable marketing de la division Laboratoire deMettler-Toledo France, « pour être au plus près de cette tendance, nous avons introduit des modèles dotés d'interfaces tactiles couleur associées à des fonctions aidant les opérateurs dans leur vie de tous les jours.Par exemple,avec l'interface One Click qui facilite la navigation et leur permet de s'y retrouver immédiatement. » « Si l'on regarde dix ans en arrière, l'utilisateur devait à l'époque sortir le mode d'emploi pour programmer sa balance : il fallait en effet saisir un code spécifique pour qu'elle s'allume toute seule ou pour réaliser un comptage (code 212), par exemple. Si l'opérateur devait savoir auparavant sur quelles touches appuyer, tout est maintenant bien plus intuitif et convivial (icône“Tri de pièce”pour le comptage) », explique Charles Bihl, Application Specialist pour les balances chez Sartorius France. En plus de cette facilité d'utilisation, les écrans actuels permettent également d'afficher beaucoup plus d'informations ou des informations sous une forme plus pertinente, ce qui participe là encore à l'efficacité des opérateurs. « Il ne faut pas oublier que ces derniers travaillent sur une dizaine d'appareils de mesure différents », indique-t-il. Le fait de proposer la même IHM quel que soit l'appareil permet aux techniciens d'être plus rapidement efficaces, mais aussi de gagner beaucoup de temps au niveau de la formation. « Nous avons des clients qui sont très intéressés par les tablettes et smartphones de dernière génération et qui s'enquièrent de savoir si Mettler-Toledo ne propose pas des modèles avec écran tactile »,ajoute Samuel Cantelou (Mettler-Toledo France). Il est vrai qu'avec la généralisation des écrans tactiles dans les équipements grand public (PC, smartphones, tablettes, GPS…), il peut parfois paraître incongru que des instruments de mesure soient encore dotés d'afficheurs d'anciennes générations.

Dans certains (grands) laboratoires, dont ceux présents dans le secteur de l'eau, l'une des principales tendances porte sur l'automatisation des mesures, afin d'accroître la productivité des équipes et de répondre à une demande croissante en analyse.

Des pipettes électroniques à l'ergonomie repensée

Dans le monde industriel, même au sein de laboratoires, l'environnement reste néanmoins un milieu relativement agressif pour les équipements. Opérateurs et techniciens peuvent en effet manipuler des produits chimiques qui risquent d'altérer l'écran tactile et de rendre difficile son nettoyage. Sans compter le comportement réfractaire de certains utilisateurs vis-à-vis des écrans tactiles… « Il y a par ailleurs aussi des raisons de coût. Comme le nombre d'écrans utilisés dans le domaine industriel est sans commune mesure avec celui des écrans pour équipements grand public, leur coût unitaire est d'autant plus élevé. Un pHmètre ou un titreur est donc forcément plus cher à fabriquer lorsqu'il est doté d'un écran tactile haute résolution et d'un port USB 3.0 », constate Philippe Pons (Hach Lange). Un autre phénomène entre en jeu, à savoir les effets psychologiques. Un écran non tactile avec des menus bien pensés et une très bonne visibilité du déplacement du curseur, associé de surcroît à une communication série RS-232 (qui est tout à fait adaptée aux besoins de quantité d'informations à transférer), peut très bien rivaliser face à un écran tactile dans lequel l'arborescence serait mal conçue.

En ce qui concerne les pipettes, Florian Lassalle, Application Specialist pour le liquide en ligne chez Sartorius France, identifie deux évolutions différentes selon le type de pi-pettes: « Comme nous sommes arrivés aux limites en termes de niveaux de précision pour les pipettes mécaniques, nos efforts d'amélioration portent surtout sur leur ergonomie.Elles sont désormais encore plus légères et souples, pour une meilleure prise en main, mais aussi robustes et autoclavables. » N'oublions pas qu'un opérateur peut utiliser des pipettes sur plusieurs heures, d'où les risques de lésions, de tendinites ou de souci du canal carpien, et que la (mauvaise) manipulation des pipettes est la première source d'erreurs lors des analyses.

C'est d'ailleurs l'une des raisons pour lesquelles l'utilisation des pipettes électroniques, comme les pipettes E4 XLS+ de Mettler-Toledo ou la série Picus de Sartorius, s'est généralisée, leurs très hautes justesse et répétabilité permettant de s'affranchir des erreurs humaines et donc de la duplication des analyses pour vérification. « Nous devons adapter les pipettes électroniques aux nouvelles applications des laboratoire s (microplaques à 96 puits, mélange automa-tique,multidistribution,etc.),toujours dans l'objec-tif de gagner en répétabilité et aussi du temps », poursuit Florian Lassalle.Autre évolution que l'on retrouve dans la série Picus du fabricant allemand, il s'agit de la fonction d'aide au pi-petageTracker qui guide l'utilisateur à pipeter dans les puits appropriés d'une microplaque à96ou384 puits.

On retrouve évidemment ces aspects d'ergonomie et de facilité d'utilisation au-delà des pipettes.Dans le cas des balances XSE et XPE de la nouvelle série Excellence de Mettler-Toledo, cela se traduit par exemple par la présence d'une ligne d'état (StatusLight) qui permet au responsable de savoir, en un coup d'œil grâce au code couleur (vert clignotant pour un test en cours, orange signifiant un avertissement, etc.), si toutes les balances du laboratoire sont prêtes ou non. Les balances Cubis de Sartorius, elles, avertissent immédiatement l'opérateur, qui a bien d'autres équipements à surveiller, si elles ne sont plus à niveau,bloquant éventuellement leur fonctionnement tant que le niveau n'a pas été refait. Cela peut d'ailleurs être réalisé automatiquement, évitant ainsi des risques d'erreur supplémentaires. Charles Bihl (Sartorius France) insiste également sur la nettoyabilité des balances: « Leur design a été repensé de ma-nièreàceque la cage de pesée,les portes qui se lèvent, etc. puissent en effet être démontées par l'utilisateur et ainsi éviter toute contamination croisée. »

“ Les opérateurs travaillent sur une dizaine d'appareils différents. ” Charles Bihl (Sartorius)

Les possibilités proposées par les appareils de paillasse actuels pour rendre plus facile la vie des opérateurs et techniciens ne s'arrêtent pas là. « Nos clients sont de plus en plus souvent demandeurs de capteurs “intelligents”, à savoir qui intègrent une puce électronique pour la sauvegarde en mémoire d'informations et/ou la reconnaissance automatique des sondes dès leur branchement à un appareil. Nous avons été les premiers à proposer cette fonctionnalité en titra-tion, fonctionnalité reprise ensuite par certains de nos concurrents », constate Yannick Tainon (Metrohm France). Un autre atout des liaisons numériques, comparé à celles analogiques, est une meilleure immunité vis-à-vis des perturbations électromagnétiques… même dans un laboratoire. Cela permet également d'être plus robuste, les câbles en cuivre pouvant en effet être coupés à force de les brancher/débrancher, par exemple. « Tout le monde n'est toutefois pas forcément prêt à investir dans des sondes numé-riques, en raison de leur

surcoût et d'une durée de vie incertaine. Mais le secteur pharmaceutique ne peut pas faire autrement que de respecter les contraintes très fortes imposées par les réglementations et les normes », poursuit-il.

Sondes numériques et appareils multiparamètres

En plus du gain de temps, d'efficacité et de la sécurité, les sondes numériques participent à d'autres avantages. « Grâce notamment à la reconnaissance automatique, les sondes “intelligentes” facilitent grandement le déploiement des appareils multiparamètres qui peuvent mesurer le pH/redox,l'oxygène dissous… »,ajoute Philippe Pons (Hach Lange).A l'origine développées pour les modèles multiparamètres portables, les électrodes numériques ont en effet été adaptées pour les appareils de laboratoire comme les électrodes IntelliCal pour la série haut de gamme HQd du fabricant américain, les électrodes iTrodes de Metrohm ou les capteurs ISM pour les gammes SevenCompact et SevenExcellence de Mettler-Toledo. Philippe Pons y voit un autre intérêt: « Pour diverses raisons, les personnes ne travaillent pas toujours de manière optimale.Les sondes“intelligentes ” limitent ainsi les risques d'erreurs. »

Et les différents fabricants vont même encore plus loin. « Comme ils ont de moins en moins de temps pour étudier en détail un appareil, les utilisateurs sont demandeurs de packages complets, à savoir des solutions clés en main qui fournissent l'ensemble des résultats recherchés en une seule analyse », explique Samuel Cantelou (Mettler-Toledo France). Pour répondre à cette demande, certains fabricants s'associent avec d'autres fournisseurs, à l'instar de Mettler-Toledo France avec le suédois AxFlow, pour une chaîne de mesure complète pour le suivi des vins et des spiritueux, et le japonais Konica Minolta, pour l'association d'un densimètre et d'un colorimètre, ou encore de Metrohm avec l'allemandAnalytica Jena dans le domaine du couplage combustion et chromatographie ionique ( voir Mesures n° 857 ). « Nous ne vendons plus seulement une balance ou un titreur, mais une solution complète avec du conseil,des services (formation,bonnes pratiques de pesage GWP, de titrage GTP, etc.) », ajoute-t-il.

En plus de l'apparition d'appareils multiparamètres, les fabricants s'associent à d'autres fournisseurs afin de proposer des solutions d'analyse complètes et clés en main, à l'instar de Metrohm avec Analytica Jena dans le domaine du couplage combustion et chromatographie ionique.

On constate par ailleurs une autre tendance, en lien également avec l'obtention de solutions de mesure complète, à savoir l'automatisation dans le but d'assurer la productivité. « Les utilisateurs essaient d'automatiser certaines tâches (prélèvement automatique des échantillons, par exemple), quand cela est possible. Il s'agit évidemment de libérer du temps aux opérateurs, en particulier des tâches qui coûtent chères comme des flux analytiques importants, des préparations fastidieuses… », explique Yannick Tainon (Metrohm France). « Les tendances d'automatisation ainsi que de centralisation des données sont particulièrement vraies dans les grands laboratoires dont ceux présents dans le domaine de l'eau. Ces tendances se traduisent donc par une demande importante d'appareils dotés d'interface de communication, une demande bien plus limitée en dehors de ces laboratoires », précise Philippe Pons (Hach Lange). C'est ainsi que l'on trouve des interfaces USB, sans fil et, de plus en plus souvent dans les modèles haut de gamme en premier lieu, des interfaces réseaux Ethernet, afin de remonter les données jusqu'au système informatique de gestion de laboratoire ( Laboratory Information Management System ou LIMS) via un PC ou même directement via le réseau informatique pour des spectrophotomètres, par exemple.

Parmi les fonctionnalités facilitant la vie des opérateurs, les capteurs « intelligents » jouent un rôle important grâce par exemple à la reconnaissance automatique par l'appareil de mesure, en plus d'une robustesse accrue par rapport aux liaisons analogiques.

Sécurité des utilisateurs et des données

« Il peut s'agir de regrouper en un même endroit l'ensemble de paramètres contrôlés pour chaque échantillon et également de partager une imprimante.S'il y a une dizaine d'années chaque appareil de mesure avait sa propre imprimante, la réduction des coûts et de la place sur la paillasse impose aujourd'hui une gestion plus simple et donc de mutualiser l'imprimante », se souvientYannickTainon (Metrohm France). Cela va même encore plus loin: en plus de récupérer les informations par Ethernet, Bluetooth ou Wi-Fi, les technologies comme la RFID assurent une vérification simple entre échantillons et réactifs (reconnaissance automatique de la burette), un lien entre balance et titreur, la mise en œuvre simple de test de routines, etc.

« Une autre grande tendance qui se dégage concerne la sécurité des personnes et des données - c'est notre principal cheval de bataille - , et la conformité à la qualité. C'est la raison pour laquelle, depuis les cinq dernières années au moins, nous axons nos développements sur l'efficacité, la sécurité, les services », constate Samuel Cantelou (Mettler-Toledo France). Ce sont avant tout l'industrie pharmaceutique puis aussi maintenant le secteur des cosmétiques qui génèrent ces demandes de traçabilité et de sécurité, demandes imposées par des réglementations et des normes. « Par rapport à il y a dix à quinze ans,tout doit être maintenant surveillé,contrôlé,que ce soit en pharmaceutique (un précurseur en la matière et où les contraintes réglementaires se sont encore accentuées depuis) mais aussi en agroalimentaire, en chimie, en environnement, en pétrochimie. Pour les utilisateurs,les normes permettent de mettre en place un cadre de travail bien défini et le même pour tout le monde », expliqueYannick Tainon (Metrohm France).

En plus des normes et réglementations proprement dites, il existe un ensemble de fonctionnalités (outils de contrôle internes, par exemple) permettant de réaliser la qualification et la validation des appareils de mesure. Les utilisateurs disposent ainsi d'instruments d'analyse corrects,ils travaillent d'une manière correcte, obtiennent des résultats corrects et sont au final rassurés. Et les fabricants y voient eux aussi un intérêt: des revenus supérieurs en termes de services… « Nous avons en effet vu apparaître les contraintes qualitative et métrologique qui s'inscrivent dans une démarche de qualité de la part de l'industriel : BPL [bonnes pratiques de laboratoire, NDLR], archivage des données horodatées,possibilité de gérer des contrôles qualité,suivi métrologiques des appareils pour connaître l'influence de divers paramètres sur la mesure », confirme Philippe Pons (Hach Lange).

Pour ne prendre qu'un exemple, citons l'évolution de la réglementation USP et en particulier les chapitres 41 et 1256 sur les balances. « L'objectif de la nouvelle version publiée en décembre 2013 est de sécuriser les pesées et la transmission des pesées. Il s'agit en fait d'accorder la balance avec ce qu'elle va mesurer et de la “bloquer” tant que la plage de fonctionnement n'est pas atteinte », résume Charles Bihl (Sartorius France).Toutes les applications ne requièrent pas des contraintes aussi fortes qu'en pharmaceutique. « Il y a des segments de marché, comme les écoles, l'enseignement secondaire, qui ne recherchent ni traçabilité ni conformité. Nous devons également proposer des réponses pour les budgets plus faibles, d'où des modèles d'entrée de gamme (balances de précision ME, titreurs Easy Plus). Cela est d'autant plus marquant que la situation économique se tend », indique Samuel Cantelou (Mettler-Toledo France). Que ce soit pour répondre aux évolutions des normes, pour rendre plus facile la vie des utilisateurs ou pour d'autres raisons encore, les fabricants ne manquent pas d'idées et d'originalité pour améliorer les « petits » appareils de paillasse…