Brevet FR3115605A1 — publié le 20220429

La présente invention concerne un procédé d’analyse sensorielle d’échantillons de gaz industriels livrés sur un site industriel consommateur, se caractérisant par la mise en œuvre des mesures suivantes : - on dispose d’une enceinte hermétique dans laquelle est placé un système de détection, qui comporte l’un ou chacun des systèmes de capteurs suivants: i) une ou des cellules électrochimiques; j) un ou des capteurs de type MOS (« Metallic Oxides Semiconductor ») ; - on introduit dans l’enceinte l’échantillon de gaz ; - les cellules et/ou capteurs présents dans l’enceinte vont réagir en présence de composés organiques éventuellement présents dans l’échantillon de gaz, et fournir une réponse de détection ; - on dispose d’une système d’acquisition et de traitement de données ; - on a réalisé au préalable, une phase d’apprentissage de l’analyse par un panel humain, et on réalise, à l’aide dudit système d’acquisition et de traitement de données une opération de réconciliation des deux types de données, i.e. les résultats des tests réalisés par le panel humain et les résultats fournis par les capteurs et/ou cellules dans l’enceinte. Procédé d’analyse sensorielle électronique de gaz, notamment du CO2, utilisés en alimentaire ou pour des applications pharmaceutiques La présente invention concerne le domaine du contrôle de la qualité des gaz industriels livrés sur un site industriel consommateur, tout particulièrement dans l’industrie alimentaire et pharmaceutique. Elle s’intéresse plus spécifiquement aux applications du CO 2 , notamment dans l’alimentaire. On sait que le CO 2 est notamment utilisé pour la carbonatation des boissons. On détaille dans ce qui suit tout particulièrement les problématiques du CO 2 . On sait alors que les autorités de régulation de cette industrie ont émis pour les différents acteurs du marché (producteurs, transporteurs, embouteilleurs), des normes sur les différentes matières premières qui entrent dans la composition des boissons « gazeuses » (eau, gaz carbonique, sucre, arômes, etc…). Pour ce qui est du gaz, les spécifications qualité du CO 2 s’appliquent sur l’ensemble de la chaîne de distribution, depuis l’usine de production du produit en amont jusqu’au récipient (bouteille ou réservoir) de stockage de gaz sur le site de l’embouteilleur de boissons. Ce domaine technique a notamment préconisé la réalisation de tests organoleptiques sur le CO 2 (liquide et gazeux). Ces tests sont donc réalisés aux différentes étapes de production et distribution du CO 2 (usine de production, citerne routière, bouteille de gaz, réservoir et installation sur le site alimentaire producteur de produits alimentaires). Ces tests sont bien décrits dans la littérature et l’élément prédominant de mesure est l’humain, par le biais de ses sens (vision, odorat, goût). Il s’agit principalement de mesures qualitatives difficilement quantifiables d’un point de vue métrologique avec au final une appréciation binaire (conforme, non conforme). Une odeur et un goût sont le résultat de la combinaison d’une association de molécules (actuellement une vingtaine dans la norme) le tout avec des niveaux de concentrations variables pour chaque molécule. Concrètement dans l’industrie actuellement, les tests de goût et odeur sont réalisés en parallèle, sur un échantillon à évaluer d’une part, et sur un CO 2 de référence considéré comme « pur » dans le sens où il serait totalement dépourvu d’arôme et/ou de saveur (ou encore qu’il est considéré comme présentant l’odeur « normale » du CO 2 ). Et ainsi chaque test se conclut par la comparaison entre ces deux produits et toute apparence de différence mineure avec le CO 2 de référence devrait se conclure par le déclassement systématique du CO 2 analysé. Dans les faits, il arrive que ce jugement sensoriel soit impacté par des enjeux économiques, même inconsciemment. En effet, le test réalisé actuellement par les techniciens en usine ou en laboratoire constitue le dernier jalon avant la libération du produit. Il arrive alors que l’ensemble des analyses qui sont réalisées avec des équipements classiques montrent que le produit est blocable car une odeur est sentie. Mais dans les faits, les conséquences d'un tel blocage sont très lourdes (arrêt d'une usine, de qualification d'un réservoir/citerne routière, arrêt d’un site client utilisateur de ce fluide, modification du circuit de livraison, déclenchement d'un incident qualité, etc...), toutes conséquences pouvant engendrer des coûts directs et indirects significatifs. Et donc le cerveau humain soumis à un stress peut avoir tendance à augmenter son niveau de tolérance d'une anomalie en répondant par exemple «ça sent un peu ». Le nez électronique au contraire lui n'est pas émotif et donc sa réponse est purement factuelle. Par ailleurs, en absolu ce produit de référence n’existe pas et compte tenu des consommations de CO 2 liquide nécessaires dans ce type d’applications de boissons, il est impossible de qualifier une source et ensuite de maintenir en stock une réserve de bouteilles de CO 2 liquide dit « pur ». La seconde difficulté réside dans le fait que l’environnement (en particulier en milieu industriel) affecte la méthodologie de mesure. En effet, lorsqu'un opérateur est habilité à réaliser ce genre de test, c'est qu'il a réussi à reconnaître des odeurs durant un "examen", sauf que cette qualification est vraie à un instant t (en fonction de son état physiologique) et qu’elle dépend également de sa capacité : à mémoriser dans le temps la reconnaissance de ces odeurs à maintenir son niveau de sensibilité nasale dans la durée Dans les faits, ces personnes ont une sensibilité qui varie entre autre à cause de leur état de santé (sommeil, fatigue, mémoire, capacité à se concentrer, etc...) Le facteur environnement est également un risque. Les sites de production du CO 2 sont de plus généralement localisés dans des zones industrialisées dans lesquels d'autres sociétés ont des procédés industriels générant des rejets odorisés. Cet environnement "pollué" vient affecter au quotidien la capacité olfactive des opérateurs et ce bruit de fond vient minimiser la perception des opérateurs. En fonction de la météo et de la marche des autres procédés industriels cet impact est variable. On propose alors selon la présente invention de réaliser une analyse sensorielle de gaz industriels livrés sur un site industriel consommateur, tout particulièrement dans l’industrie alimentaire et pharmaceutique, et notamment du CO 2 , analyse qui ne soit pas dépendante/influencée par son environnement et/ou par l’individu, ce qui permettrait de : Rationaliser la validation de la qualité sensorielle du CO 2 alimentaire. Limiter les interprétations divergentes (méthodes, moyens, personnes, environnement, etc…) liées à la capacité sensorielle qui par essence est unique pour chaque individu. De standardiser le processus à l’ensemble de la chaine et dans le temps. Comme on le verra plus en détails dans ce qui suit, la présente invention propose d’analyser un échantillon de gaz, par exemple de CO 2 , gazeux, dans une enceinte munie de capteurs électroniques pour détecter des molécules (ou famille de molécules) : soit celles identifiées selon la législation (benzène, H2S et l'acétaldéhyde) soit celles connues pour leur spécificité sensorielle (alcènes par exemple). Pour cela la présente proposition met en œuvre : - une enceinte hermétique dans laquelle est placé un système de détection, système de détection qui comporte l’un ou chacun des systèmes de capteurs suivants : - une ou des cellules électrochimiques, cellules qui sont chacune d'entre elles spécifiques et qui réagissent à une molécule donnée telle que SO2, H2S, ou encore NH3; - un ou des capteurs de type MOS (« Metallic Oxides Semiconductor ») chaque capteur réagissant à une réaction chimique d'oxydo-réduction. - l’échantillon de gaz, par exemple de CO 2 , à évaluer, aborde l’enceinte sous la forme d’un flux gazeux (sous une forme gazeuse ou sous la forme de glace carbonique solide dans le cas du CO 2 ), il est alors positionné dans l’enceinte. Dans le cas de la glace carbonique, la glace va progressivement se sublimer en gaz et libérer ainsi les potentielles impuretés "odorantes" initialement "emprisonnées" dans le CO 2 solide. - comme on le décriera plus en détails dans ce qui suit, les cellules et capteurs présents dans l’enceinte vont réagir en présence de composés organiques, selon un type de réponse qui ne sera pas nécessairement directement reliée à une molécule en particulier mais qui donnera bien d’avantage un "profil" qui sera considéré soit comme normal/habituel soit comme anormal/inhabituel. Pour mieux comprendre cela, les cellules vont donner une réponse électrique quantifiable et associée à une molécule qui est soit celle que le capteur est censé détecter soit une molécule qui donne une réponse de type interférence mais qui établit bien la présence d’une impureté inhabituelle. Les capteurs MOS quant à eux vont également donner une réponse mais sous forme plutôt d’un « profil ou d’une empreinte » qui ne peut pas directement être quantifiable mais qui dit que « l’empreinte » est soit identique soit différente de celle du produit de référence. - l’enceinte est avantageusement munie d’un système de capteurs de pression/température/Hygrométrie pour contrôler les conditions opératoires de l’analyse. - on dispose avantageusement d’un débitmètre pour réguler un débit de purge/balayage de l'enceinte. Chaque molécule d’intérêt aura été préalablement testée, une signature combinant la réponse de plusieurs capteurs sur cette molécule étant identifiée. En effet, pour que les données fournies par le dispositif soient exploitables et interprétables, il est nécessaire d’avoir réalisé au préalable un apprentissage de la machine en s'appuyant sur une méthode de référence. En conséquence, selon l’invention, on réalise auparavant auprès d'un panel représentatif de personnes (typiquement un panel de plusieurs dizaines de personnes) une série de test olfactifs à l'aveugle en suivant le protocole suivi actuellement pour le nez humain, de manière à obtenir un consensus, une tendance, une moyenne des réponses. Une fois l'odeur caractérisée par le panel humain, le même test (i.e sur le même échantillon) est réalisé sur le dispositif de l’invention. Vient ensuite un travail de réconciliation des deux types de données, de manière à associer une représentation humaine d'une odeur à la réponse obtenue à l’aide de l’un ou plusieurs des capteurs présents dans le dispositif. Ces tests sont réalisés tant sur un plan qualitatif (caractérisation de l'odeur) que quantitatif (intensité de l'odeur). Pour chaque personne "cobaye" un système de grille de réponse est proposé pour aider le "cobaye" à associer son ressenti à son vécu. Pour éviter des réponses non consolidées, des échantillons sans odeur ou d'autres en doublon peuvent être ajoutés pour éviter les phénomènes de faux positif ou de positif incertain. On décrit ci-dessous des exemples de mise en œuvre afin de mieux comprendre l’invention. Premier exemple d’application : la surveillance en continu d’une production de CO 2 . Sur une usine de production de CO 2 donnée, on réalise habituellement une analyse sensorielle systématique sur chaque réservoir une fois rempli, afin de procéder à sa qualification puis à son lotissement. Ces opérations sont assurées par les techniciens du site de production ce qui pose deux contraintes majeures pour le personnel qui doit être : Qualifié (sur la base du volontariat) et suivi, Présent (et apte) physiquement pour qualifier et lotir le réservoir en temps réel. La méthode selon l’invention permet d’automatiser l’opération et donc de limiter la sollicitation des opérateurs locaux pour des situations critiques. En effet, réaliser un test odeur dans une usine est une opération qui demande du temps, une forme de sérénité, de la concentration. Mais les conditions courantes au quotidien d'un opérateur en usine est de gérer des situations inattendues (un procédé qui se dérègle, un conducteur qui n'a pas ses habilitations, un incident sur sa citerne, des inspections réglementaires, des opérations de maintenance coûteuses et risquées, des audits client, des opérations de démarrage et d'arrêt de l'installation et le tout en astreinte 24h/24). Dans ces conditions, lorsqu'un événement prioritaire (sécurité, qualité, procédé) survient, le test odeur va passer en dernier car ressenti comme "moins critique" . Second exemple d’application : la surveillance périodique d’une production de CO 2 . Suivant un planning prévisionnel établi, des prélèvements de CO 2 liquide sont habituellement envoyés vers un laboratoire central en charge de réaliser les mêmes tests mais dans un environnement non industriel et avec une optique d’inter-comparaison des différents sites de production du gazier ou sur des échantillons provenant de sources tiers, avec comme inconvénients principaux : Un environnement et des personnes différentes du site industriel Un décalage temporel entre la date du prélèvement et la date du test en laboratoire (potentiellement plusieurs semaines) La méthode selon l’invention permet de mettre en œuvre un système de qualification du personnel métrologiquement démontrable et permettant de caractériser les degrés de perception plus pointus des acteurs de ce processus d’analyse. En d’autres termes, la méthode permet de s’assurer de la reproductibilité du test dans le temps et qui ne dépende pas de la personne choisie au sein du laboratoire. En effet chaque personne a des capacités sensorielles spécifiques, et pas nécessairement constantes dans le temps : Un test peut s’avérer positif par une personne et négatif par une autre Une personne peut à plusieurs semaines/mois/années d’intervalle avoir une perception altérée ou exacerbée Troisième exemple d’application : la surveillance lors de la livraison du CO 2 sur un site de l’industrie alimentaire, utilisateur de ce CO 2 . Actuellement, à chaque livraison, avant chaque dépotage, un test sensoriel est assuré sur site par le personnel du site livré en gaz, afin d’autoriser le transfert et l’utilisation du produit livré. Le principal écueil est la différence de perception possible entre les modes opératoires/matériels/personnels du site utilisateur et de la société qui livre le gaz, qui, principe de précaution oblige, se termine systématiquement par la validation ou non du site livré. Le risque est donc à la fois économique et commercial. La méthode selon l’invention permet l’extension du test sur les contenants (réservoir, citerne routière, réservoir, évaporateur, réseau utilisateur alimentaire) afin d’optimiser la surveillance de l’ensemble du la chaine de distribution. La présente invention concerne alors un procédé d’analyse sensorielle d’échantillons de gaz industriels livrés sur un site industriel consommateur, tout particulièrement dans l’industrie alimentaire ou pharmaceutique, et notamment de CO 2 , se caractérisant par la mise en œuvre des mesures suivantes : - on dispose d’une enceinte hermétique dans laquelle est placé un système de détection, système de détection qui comporte l’un ou chacun des systèmes de capteurs suivants: i) une ou des cellules électrochimiques, cellules qui sont chacune d'entre elles spécifiques et qui réagissent à une molécule donnée telle que SO 2 , H 2 S, ou encore NH 3 ; j) un ou des capteurs de type MOS (« Metallic Oxides Semiconductor ») ; - on introduit dans l’enceinte l’échantillon de gaz, par exemple de CO 2 , à évaluer, sous la forme d’un flux gazeux (sous une forme gazeuse ou sous la forme de glace carbonique solide dans le cas du CO 2 ). - les cellules et/ou capteurs présents dans l’enceinte vont réagir en présence de composés organiques éventuellement présents dans l’échantillon de gaz, et fournir une réponse de détection ; - l’enceinte est avantageusement munie d’un système de capteurs de pression, de température et Hygrométrie pour permettre de contrôler les conditions opératoires de l’analyse ; - on dispose d’une système d’acquisition et de traitement de données ; - on a réalisé au préalable, une phase d’apprentissage de l’analyse, en s’appuyant sur une méthode de référence mettant en œuvre des nez humains, apprentissage où l’on réalise auprès d'un panel représentatif de personnes une série de test olfactifs à l'aveugle sur l’échantillon considéré ; - on réalise, à l’aide dudit système d’acquisition et de traitement de données une opération de réconciliation des deux types de données, i.e. les résultats des tests réalisés par le panel humain et les résultats fournis par les capteurs et/ou cellules dans l’enceinte. On décrit ci-dessous un exemple de mise en œuvre de l’invention. - L’échantillon évalué est constitué à 99,9999 % de CO 2 ultra pur mais qui parfois peut contenir des ppm ou ppb d’une ou de plusieurs molécules chimiques qui ont un pouvoir odorant très fort (par exemple, on dit que le nez humain serait capable de détecter environ 5 ppb de H 2 S). - Un panel humain composé de personnes lambda et de personnels qualifiés pour ce type d’analyse, permet d’apporter une réponse statistique (sondage représentatif de la population) sur la caractérisation des odeurs et leur intensité de telle sorte qu’ensuite lorsque la machine sera soumise exactement au même test alors sa réponse sera corrélée aux réponses du panel et mémorisée en tant que tel. - L’enceinte et ses dispositifs reproduisent en quelque sorte les mains qui se referment autour du nez lorsque l’on veut sentir un « arôme » sans être perturbé par l’environnement. - Par la suite, lorsque dans les conditions d’utilisation opérationnelle, la machine détectera une odeur, elle pourra traduire cette odeur directement sous la forme de la représentation de l’image qui lui aura été programmée par l’humain (odeur de fruit, odeur de terre, etc…) et non pas pas une formule chimique ou un langage machine obscure. Procédé d’analyse sensorielle d’échantillons de gaz industriels livrés sur un site industriel consommateur, tout particulièrement dans l’industrie alimentaire ou pharmaceutique, et notamment de CO 2 , se caractérisant par la mise en œuvre des mesures suivantes : - on dispose d’une enceinte hermétique dans laquelle est placé un système de détection, système de détection qui comporte l’un ou chacun des systèmes de capteurs suivants: i) une ou des cellules électrochimiques, cellules qui sont chacune d'entre elles spécifiques et qui réagissent à une molécule donnée telle que SO 2 , H 2 S, ou encore NH 3 ; j) un ou des capteurs de type MOS (« Metallic Oxides Semiconductor») ; - on introduit dans l’enceinte l’échantillon de gaz, par exemple de CO 2 , à évaluer, sous la forme d’un flux gazeux, ou sous une forme gazeuse ou sous la forme de glace carbonique solide dans le cas du CO 2 . - les cellules et/ou capteurs présents dans l’enceinte vont réagir en présence de composés organiques éventuellement présents dans l’échantillon, et fournir une réponse de détection ; - on dispose d’une système d’acquisition et de traitement de données ; - on a réalisé au préalable une phase d’apprentissage de l’analyse, en s’appuyant sur une méthode de référence mettant en œuvre des nez humains, apprentissage où l’on réalise auprès d'un panel de personnes une série de test olfactifs à l'aveugle sur l’échantillon considéré ; - on réalise, à l’aide dudit système d’acquisition et de traitement de données une opération de réconciliation des deux types de données, i.e. les résultats des tests réalisés par le panel humain et les résultats fournis par les capteurs et/ou cellules dans l’enceinte.