L’entreprise française Winlight System s’est associée au CEA et à l’université d’Aix- Marseille pour développer une instrumentation temps-réel de mesure de la contamination surfacique. Le Cleapart-100, dont le brevet a été déposé en 2015, permet de mesurer des particules de diamètre supérieur à 5 µm (Figure 47). La surface de dépôt est en verre et mesure 91 cm². La détection optique est basée sur un éclairage avec des LED vertes placées de part et d’autre d’une optique de focalisation. La lumière rétrodiffusée par les particules est recueillie dans l’optique de focalisation et enregistrée par un capteur CCD. Les résultats sont présentés sous la forme d’une densité surfacique de particules classées par taille à partir de 5 µm. Le nombre de particules est donné par intervalle : entre 5 et 15 µm, entre 15 et 25 µm, entre 25 et 50 µm, entre 50 et 100 µm, supérieures à 100 µm. Le système optique est couplé à un système de scan qui permet de mesurer les 91 cm² de surface de dépôt en environ 15 minutes par déplacement du bloc optique dans deux dimensions. La sensibilité aux variations de lumière ambiante est gérée grâce à une calibration de départ (un scan initial sur le lieu d’exposition). Un scan représente 1970 Mégapixels ce qui équivaut à une résolution théorique de 2.1 µm pour une surface totale de 91 cm². En pratique, la meilleure résolution obtenue est de 5 µm avec une incertitude importante (impossibilité de départager des particules de 5 µm de particules de 15 µm). La taille de l’instrument est de 21x21x20 cm avec une masse de 6 kg.
Figure 46 : Le Cleapart-100, commercialisé par Winlight System. La surface de dépôt peut être placée horizontalement ou verticalement
Comparaison et limites
II.5.
Un tableau comparatif des différents moyens de mesure de la contamination particulaire est proposé dans l’annexe A. Ainsi sont d’abord présentés les moyens de mesure de la contamination particulaire volumique puis les moyens de mesure de la contamination particulaire surfacique.
Dans le cas de la contamination particulaire volumique, les méthodes disponibles sur le marché permettent d’accéder à une étendue granulométrique très vaste. En effet, des particules d’une centaine de microns peuvent être détectées par la plupart des méthodes. Si certaines de ces méthodes présentent de très bonnes sensibilités en termes de comptage et de mesure de la taille des particules, elles sont en revanche bridées par le système de collection des particules qui leur est systématiquement associé. En effet, les différentes méthodes de mesure sont couplées à un système de pompage qui aspire une fraction de l’aérosol à analyser dans la salle propre. L’air prélevé est ensuite transféré dans un système de tri inertiel des particules qui permet d’obtenir des canaux de particules comprises entre deux tailles. La collection des particules de manière indirecte augmente l’incertitude de mesure à cause des pertes de particules sur les parois et à cause du manque de précision du tri inertiel (tel que présenté dans la Figure 23). En termes d’encombrement, tous les systèmes ne sont pas au même niveau. De nombreuses recherches ont été réalisées pour miniaturiser le système de pompage et le système d’impaction notamment grâce aux travaux en micro-fluidique. En revanche, si les systèmes de type MEMS ou mini-microscope sont miniaturisés, les systèmes les plus courants tels que les compteurs optiques de particules sont relativement de grandes dimensions. Enfin, il est important de souligner que la contamination particulaire volumique se mesure naturellement en temps-réel grâce à un pompage par intermittence à des fréquences variables. La valeur typique de pompage pour un compteur optique de particule placé dans une salle propre pour en contrôler la classification est de 2.83 litres d’air aspirés pendant une minute toutes les dix minutes.
Dans le cas de la mesure de la contamination particulaire surfacique, on distingue la méthode indirecte via un PFO-photomètre des méthodes directes. Le PFO-photomètre est un instrument couramment utilisé dans les salles propres du spatial. L’avantage principal de cette méthode réside dans le fait que les témoins peuvent se placer à proximité d’une zone critique de par leur faible taille (un témoin mesure environ 32 cm² pour une zone d’exposition de 16 cm² et une zone de mesure de 1.2 cm²). En revanche, s’agissant d’une instrumentation dite passive, l’intervention d’un opérateur pour récupérer le témoin exposé et réaliser la mesure grâce au PFO-photomètre est indispensable. Afin de remédier à ces inconvénients, un certain nombre d’instrumentations actives sont actuellement développées. Ces instrumentations sont autonomes pour réaliser les mesures et sont conçues de telle manière que les surfaces exposées peuvent être directement mesurées. D’autre part,
ces instrumentations peuvent répondre aux objectifs fixés par la norme ISO 14644-9 qui vise à classifier les salles propres non plus uniquement en fonction de la quantité de particules dans l’air mais également en fonction de la quantité de particules sur les surfaces. Afin de répondre à cette norme, une mesure quantitative telle que proposée par le PFO-photomètre avec l’indication de l’obscurcissement des particules sur la surface n’est plus suffisante. Les récents développements cherchent à compter le nombre de particules tout en les classifiant en fonction de leur taille, voir en fonction de leur forme. Ces informations supplémentaires, exigées par la norme ISO 14644-9 permettront de remonter à la source de contamination afin de mieux tracer les événements de contamination et par conséquent d’en éliminer les causes. La comparaison de trois instruments permettant une mesure en temps-réel de la contamination particulaire surfacique montre que le principe de mesure est systématiquement basé sur de la détection optique dont la résolution est limitée à 5 µm. Il convient donc de supposer que ce type de détection ne permet pas d’obtenir des résolutions comparables à celle du PFO-photomètre qui est de 1 µm. Enfin, une autre limite de ces instruments est leur encombrement puisque le plus petit des capteurs actuellement disponible sur le marché mesure 8.82 dm3.