En ouverture de journée, trois étudiants d'Oniris, école nationale vétérinaire, agroalimentaire et de l'alimentation, ont proposé une présentation dédiée aux besoins de mesure en ligne et capteurs du futur en agroalimentaire.

Ritt : l’acquisition, le traitement et l’analyse des données

Les 7es Rencontres sur les innovations techniques et technologiques, organisées conjointement par Tecaliman, Oniris (école nationale vétérinaire de Nantes) et le Centre technique de la conservation des produits agricoles, ont eu lieu le 7 décembre dernier à Nantes. Elles ont réuni une centaine de professionnels et d’étudiants.

En ouverture de journée, trois étudiants d'Oniris, école nationale vétérinaire, agroalimentaire et de l'alimentation, ont proposé une présentation dédiée aux besoins de mesure en ligne et capteurs du futur en agroalimentaire.

En ouverture de journée, trois étudiants d’Oniris, école nationale vétérinaire, agroalimentaire et de l’alimentation, ont proposé une présentation dédiée aux besoins de mesure en ligne et capteurs du futur en agroalimentaire.

Depuis l’an passé et l’arrivée du Centre technique CTCPA dans leur organisation, les Rencontres sur les innovations techniques et technologiques (Ritt) se sont élargies à l’ensemble du secteur agroalimentaire. Les process alimentaires food et feed étaient au cœur du thème choisi cette année : les innovations dans l’acquisition, le traitement et l’analyse des données. En guise d’introduction, trois étudiants de l’école Oniris ont entamé la journée avec une présentation dédiée aux besoins de mesure en ligne et capteurs du futur en agroalimentaire. Après avoir rappelé la définition d’un capteur, « outil permettant de capter une donnée (temps, vitesse) et de la transformer en un signal pouvant être décrypté », Élodie, Jacques et Manon ont passé en revue les différents besoins. « Les enjeux pour les capteurs du futur sont plus d’autonomie, plus de rapidité, mais aussi de récupérer le maximum de données fiables et toutes les grandeurs. »

Les grandeurs captées sont de trois ordres : biologique, physique et chimique. La grandeur biologique permet de connaître la charge microbienne d’un produit. « Actuellement ce n’est pas quantifié et il existe des problèmes de rapidité et fiabilité. » La solution, estiment les étudiants : « L’imagerie de haute précision ou un biocapteur, voire un nanocapteur. » Côté grandeur chimique, ces derniers pensent qu’« il serait bien de pouvoir mesurer les résidus. Il faudrait une application au plan de nettoyage, pour contrôler le nettoyage, réduire la consommation en eau, éviter le risque chimique. » De même pour mesurer les gaz, « détecter les fuites, éviter les pertes, via infrarouge ou fibre optique ».

Pour la grandeur physique, les étudiants se sont appuyés sur un exemple de conduite de pasteurisation en autoclave. « Avec l’effet cage de Faraday, il n’y a pas de transmission des données dans l’enceinte, de plus il faudrait pouvoir mesurer la température du produit sans avoir à le détruire. » Autre point relevé : « On n’arrive pas à mesurer la concentration en poussière dans l’air à l’instant T : il faudrait un capteur pour mesurer ça et ainsi contrôler le risque d’explosion. » Les trois étudiants ont également soulevé le problème « des données pas toutes exploitées ! Elles devraient l’être : il faut avoir le plus de données exploitables et les exploiter. »

Acquisition de données de températures

Nicolas Bélaubre, chef de projet CTCPA, est venu apporter des éléments aux propos des étudiants sur l’acquisition de données de température lors d’un process de traitement thermique par autoclave. « Ce process intervient après fermeture, conditionnement du produit transformé, et avant son stockage. L’autoclave sert à pasteuriser ou stériliser le produit fini, afin d’atteindre un niveau de destruction microbienne suffisant au cœur du produit pour le conserver dans le temps, et/ou de garder ses qualités organoleptiques, avec un traitement thermique plus bas. C’est toujours un compromis. La difficulté est de choisir le bon barème. »

Le Centre technique de la conservation des produits agricoles a développé deux logiciels adaptés : Optibar+, « un logiciel d’optimisation de l’intensité de pasteurisation ou stérilisation en direct. Il permet la mise en place de barèmes chez le client en temps réel. Sans logiciel, l’erreur est de 10-12 % », assure Nicolas Bélaubre. Autre logiciel : Stéri’Opt+, « logiciel d’optimisation poussée avec mise en place de barèmes de pasteurisation ou stérilisation en tenant compte des critères de qualité du produit. Deux logiciels adaptés pour des gains de qualité produit, productivité et d’économies d’énergie. Mais dans les deux cas, il faut une donnée mesurée très précisément : la température à cœur du produit. »

Nicolas Bélaubre a ainsi expliqué la notion de point froid, zone du produit subissant la plus faible destruction microbienne lors du traitement thermique. « La mesure de la température au point froid durant l’intégralité du traitement thermique est un paramètre capital, car toute la suite en découle. Cela nécessite l’utilisation d’outils pertinents de mesure comme des sondes filaires, reliées directement à un ordinateur et une centrale d’acquisition. Des capteurs embarqués peuvent aussi être utilisés mais ne permettent pas de suivre l’évolution en direct. » L’objectif est de mieux exploiter l’inertie thermique au refroidissement. « Le principe de base est de modéliser le transfert thermique en utilisant les lois physiques de diffusion de la chaleur. »

« Optibar+ permet une exploitation en temps réel des mesures thermiques obtenues sur produits sondés en autoclave (pilote ou industriel). Il optimise ou corrige la durée du barème, en temps réel, en simulant le « futur » thermique du produit et en utilisant une boucle de calcul itérative. » Stéri’Opt permet quant à lui de limiter la cuisson moyenne et en périphérie, en utilisant des barèmes à températures variables. « Ces derniers peuvent réduire la cuisson et améliorer l’homogénéité. Les zones périphériques ne sont pas soumises à haute température durant un temps long. Le rapport de valeur cuisatrice entre périphérie et centre est réduit et la cuisson globale est diminuée. » Le logiciel permet aussi d’optimiser la cuisson sans allonger la durée. « Pour cela, l’autoclave doit pouvoir mettre le profil en application et être programmé en température variable. Il faut aussi connaitre les paramètres de pénétration de chaleur du produit. »

Les 7es Ritt ont été riches en interventions.

Les 7es Ritt ont été riches en interventions.

Technologie embarquée et IIoT

Afin d’améliorer l’acquisition, le traitement et l’analyse des données, Endress+Hauser, spécialiste de l’instrumentation de mesure, des services et des solutions pour l’ingénierie de process industriels, a de son côté développé une nouvelle technologie, embarquée sur les instruments de mesure (débit, niveau, température) : Heartbeat Technology. « L’objectif est d’exploiter les données internes pour réduire la part d’opérations curatives, qui représentent aujourd’hui 70 % des opérations de maintenance, et apporter des solutions de maintenance prédictive », expliquent Laurence Maribe, chef de marché et Éric Profumo, ingénieur technico-commercial. Cette nouvelle technologie comprend un outil de diagnostic (Heartbeat diagnostics) permanent du process et de l’instrument, « avec un niveau d’autosurveillance très élevé. Un serveur Web est intégré dans l’appareil et ne demande ni outil, ni logiciel spécifique. » Il fournit « des informations claires et synthétiques sur l’état de santé de la mesure et améliore la sécurité et la disponibilité du process ».

Heartbeat Technology comprend également Heartbeat vérification, qui « vérifie le fonctionnement de l’instrument de mesure, dans ses limites de spécification, sans interruption du process et génère un protocole de vérification ». Intégré à l’instrument, il vérifie la chaîne de mesure complète, des prises d’informations aux signaux de sortie. La vérification de bon fonctionnement est basée sur la comparaison avec des données de référence usine ou site. La documentation automatique des actes de vérification de bon fonctionnement répond aux demandes normatives et réglementaires (bonnes pratiques, Iso, etc.). « Sans interruption du process, cela signifie une augmentation de l’intervalle d’étalonnage et une réduction des volumes de fluides nécessaires pour l’étalonnage et des contraintes de nettoyage. Mais aussi un gain de temps et une réduction des coûts, minimisation des risques, augmentation de la disponibilité des installations, moins de démontage et remontage de l’instrument », liste Éric Profumo. Troisième outil : Heartbeat Monitoring, « pour la surveillance de paramètres supplémentaires pour la maintenance prédictive et l’optimisation du process. Il permet une utilisation approfondie des données disponibles sur l’instrument, autres que les mesures, pour le développement de stratégies de maintenance évoluées et l’amélioration de la connaissance, la maîtrise et la disponibilité du process ».

Laurence Maribe et Éric Profumo ont poursuivi leur présentation avec des services IIoT (Industrial Internet of Things) appliqués aux équipements de process. Endress+Hauser a développé son propre écosystème IIoT : l’Edge Device SGC500. « Un périphérique réseau, généralement installé dans une armoire de commande, qui dispose de connexion à un ou plusieurs réseaux de terrain et d’une connexion internet séparée. Il transfère les données des appareils terrain via une connexion Internet au Hub Endress+Hauser afin de fournir les services digitaux aux utilisateurs. » Notamment via trois applications : Scanner, Analytics et Health. « Analytics couplée à Scanner permet de créer le jumeau numérique de l’appareil. Health permet, grâce à différents picogrammes, de vérifier l’état de santé des appareils (code diagnostic, remède, action à mettre en œuvre) pour un gain de temps et une maintenance optimiséeAvec Health, les utilisateurs ont à portée de main les connaissances essentielles, où qu’ils soient. Combinés à un Edge Device, ils bénéficient d’une véritable solution pratique et connectée de gestion de la santé des actifs. Analytics permet une vue globale de la base installée dans l’usine, une rationalisation des actifs et une analyse en profondeur des axes d’amélioration. » Endress+Hauser a également développé une application dédiée à l’aquaculture : Smart System, permettant aux éleveurs de surveiller la qualité de l’eau (douce ou de mer) de leur production en utilisant simplement leur smartphone.

Visualisation et gestion des stocks

Richard Vequaud, technico-commercial chez Vega Technique, fabricant en instrumentation de contrôle de process, a quant à lui mis en avant la gestion VMI pour les industriels de l’agroalimentaire. « L’organisation conventionnelle du réapprovisionnement entre le client et son fournisseur est une perpétuelle source de frictions. Avec une gestion Vendor Managed Inventory, gestion des stocks pilotée par le fournisseur, le client et le fournisseur bénéficient d’un lien étroit : l’échange automatique d’informations crée en amont une transparence pour le fournisseur et sécurise le réapprovisionnement des clients. Partie intégrante de la Supply Chain, une gestion VMI offre un potentiel d’économies significatives au sein de la chaîne de création de valeur. De plus, cela permet d’améliorer la sécurité de production et les performances. » Vega Technique a ainsi développé Vega Inventory System, « logiciel avancé qui ne s’appuie pas seulement sur les données actuelles de mesure des stocks, mais également sur l’historique de consommation. En outre, une série d’outils très clairs d’analyse et de planification permet d’optimiser l’organisation des besoins, des stocks et des livraisons. »

Les données des cuves ou silos sont collectées grâce à l’interrogation à distance de l’installation du client, et transmises grâce à l’outil VegaScan ou VegaMet. « Tous les instruments de mesure analogiques existants peuvent être intégrés, y compris les systèmes de pesage. Aucune ressource informatique est nécessaire chez le client, la transmission des données est simple et sûre via le réseau mobile. » Vega a également développé du matériel de mesure : le capteur radar Vegaplus 69, « pour toutes les applications sur produits solides en vrac dans tout réservoir jusqu’à 120 m, y compris de forme complexe et avec des obstacles, quelles que soient la granulométrie et la densité ». Le Vegapuls 64 « pour toutes les applications sur produits liquides ou pâteux, jusqu’à 30 m et y compris sur de toutes petites cuves, sur des produits colmatant avec mousse ou condensation. ».

Le portail Vega Inventory System donne accès à une visualisation des valeurs de mesure, « l’utilisateur a toujours une vue sur les stocks actuels. Il voit d’un seul coup d’œil quels stocks sont encore dans le vert, ceux pour lesquels une livraison va bientôt être nécessaire (jaune) et ceux pour lesquels il est urgent de procéder au réapprovisionnement » ; à la prévision d’évolution et de consommation, « l’analyse de tendance et de consommation permet une vue de l’historique des stocks et calcule une prévision de consommation. Il est ainsi en règle générale possible de prévoir avec une certaine précision quand un stock va se vider. Lorsque des seuils déterminés sont atteints, l’utilisateur reçoit une information de livraison ou un message d’alarme » ; une assistance pour la planification de tournée ; et une augmentation de l’efficacité et réduction des coûts. « La solution VMI apporte une valeur ajoutée pour les fournisseurs et les clients. Il s’agit d’une solution gagnant-gagnant. »

« Les ateliers de production vont être transformés par l’arrivée de toutes ces nouvelles technologies », assure Benjamin Ziverec, chef de marché chez VIF, créateur de logiciels. « La particularité de l’agroalimentaire est d’avoir un degré d’automatisation très disparate, même dans une même usineEn dressant un état des lieux, le constat est que les outils en place ne permettent plus d’améliorer la performance de manière notable, d’accompagner la démarche. Une solution digitale est donc nécessaire. » Ce dernier s’est ainsi intéressé au rôle de la digitalisation des ateliers dans l’amélioration de la performance des lignes de production.

« L’IIoT va apporter plus de données pour l’analyse et l’intelligence artificielle, une information disponible et contextuelle. Le cloud, une cybersécurité accrue et une mobilité plus grande. Le Big data, des possibilités de stockage et d’analyse sans limite et le prédictif (jumeau numérique). La réalité augmentée, la bonne information au bon moment, au bon endroit, pour la bonne personne. La digitalisation va permettre d’améliorer la performance, garantir la conformité du produit et gagner en flexibilité. Ce sont des facteurs de réussite. Mais le matériel n’est qu’un moyen, l’important n’est pas l’outil : c’est ce que vous ferez avec l’outil. »

E. Mouraud

Inscrivez-vous à la newsletter
gratuite de La Revue de l’Alimentation Animale.