René Vallet, vice-Président de l’Aftaa.

Journée Aftaa : « L’échantillonnage est une science »

Après une première journée technique Qualité en 2017, l’Aftaa a organisé, jeudi 25 octobre à Rennes, une nouvelle session, baptisée De l’incertitude du passé aux nouvelles analyses du futur. Du neuf en qualité ! Suivie par une vingtaine de professionnels, elle a été riche en discussions, notamment autour des bonnes pratiques d’échantillonnage.

René Vallet, vice-Président de l’Aftaa.

René Vallet, vice-Président de l’Aftaa.

« Dans notre métier, les analyses ont un coût. Si vous envoyez un échantillon en analyse, soyez sûr de cet échantillon », lance Fabrice Putier, directeur de Tecaliman. « Si votre échantillon est mal fait, nous ferons quand même une analyse et nous vous donnerons un résultat », ajoute Christophe Ferey, directeur du laboratoire Artémis, spécialisé en nutrition et santé animales. Le ton de la seconde journée Qualité organisée par l’Aftaa est donné. « Il y a énormément de travail à faire là-dessus, dans tous les secteurs qui travaillent avec des produits pulvérulents », souligne Fabrice Putier, invité à aborder la notion d’incertitude et ses conséquences sur l’échantillonnage. « Dans les usines d’alimentation animale, la plupart des échantillothèques sont faites pour témoigner mais jamais vérifier : dans 99,9 % des cas, les techniques d’échantillonnage qui sont pratiquées ne respectent pas les règles fondamentales de l’échantillonnage, malheureusement. »

Pour Fabrice Putier, « la loi fondamentale de l’échantillonnage est que toutes les particules du lot doivent avoir la même chance d’être prélevées ». Il porte donc un regard très critique sur les échantillonneurs et cannes d’échantillonnage sans mise en mouvement de la masse. « Il faut systématiquement un flux sinon il ne s’agit pas d’un échantillon représentatif ! Dans tous les cas, un échantillon n’est jamais entièrement représentatif car, par essence, il génère des biais et des erreurs. Donc une incertitude. » Pour avoir un échantillon le plus représentatif possible, il faut que la valeur mesurée soit la plus proche de la valeur moyenne du lot à évaluer.

Afin d’expliquer ces notions, Fabrice Putier s’est appuyé sur le travail et les formules mathématiques de Pierre Gy, chimiste et statisticien français, auteur d’Échantillonnage des matières premières en vue de leur analyse. « L’échantillonnage n’est pas une technique simple : c’est une science ! » Pierre Gy indique que les biais observés « peuvent atteindre 1 000 % à l’échantillonnage primaire et 50 % à l’échantillonnage secondaire, alors que les biais d’analyse ne dépassent guère 0,1 à 1 %. Ça veut dire que vous pouvez vous planter complètement ! Et plus votre produit sera hétérogène, plus vous vous planterez. Plus votre mélangeur travaille bien, plus vous assurez l’hypothèse de l’homogénéité de l’aliment et moins vous prenez de risque de biais à l’échantillonnage. »

Fabrice Putier, directeur de Tecaliman.

Fabrice Putier, directeur de Tecaliman.

La somme des erreurs systématiques et des erreurs aléatoires (biais) de chacune des étapes allant du lot à la mesure finale constituent, pour Pierre Gy, l’erreur totale d’échantillonnage. « Elle existe quel que soit le milieu. » Dans le cas des particules et des grains, « l’hétérogénéité induit une erreur inévitable lors de l’échantillonnage, appelée erreur relative fondamentale. Il y a toujours une erreur due au milieu pulvérulent ». Cette erreur fondamentale constitue l’erreur minimale incompressible. « On ne peut pas être en dessousBien entendu, cette notion n’est valable et utile que pour un échantillon correct. » Les règles officielles admettent les règles empiriques suivantes : « Se baser sur l’erreur fondamentale pour déterminer l’erreur tolérable et le poids total à prélever. Assurer une correction suffisante pour que le biais soit inférieur à l’erreur fondamentale. Et dans ces conditions, à l’exclusion des cas extrêmes, on peut assumer que l’écart soit au moins égal à deux fois l’erreur fondamentale. C’est ce qu’on peut espérer. »

L’erreur fondamentale est soutenue par l’existence d’une forme d’hétérogénéité : variabilité de la taille des éléments constitutifs d’un lot, hétérogénéité de constitution, possibilité d’agglomérats et hétérogénéité de distribution. « Plus on va aller loin dans le mélange plus on va augmenter les risques d’hétérogénéité et donc d’erreur fondamentale. » L’hétérogénéité dépend de la substance recherchée, du mode de répartition de cette substance dans les particules, de la taille de l’échantillon et du nombre de particules. « La même substance a plusieurs niveaux d’hétérogénéité. »

L’erreur fondamentale détermine aussi le nombre de prélèvements nécessaires. « La masse totale de l’échantillon global peut s’avérer énorme, sans quoi on n’est que sur du témoignage. » Le nombre de particules à prélever dépend également de la concentration. « Plus elle est faible plus ça sera difficile et plus il faudra prendre d’échantillons. Plus vous allez chercher quelque chose en petite quantité, plus le produit analysé est faiblement concentré et réparti de manière hétérogène, plus la taille de l’échantillon primaire s’accroît. » Dans le cas des particules composites, « lorsque l’hétérogénéité est inférieure à celle des entités prélevées et que la composition n’est plus libre, comme l’ADN par exemple », la masse de l’échantillon dépend de la granulométrie. « La seule possibilité pour réduire la taille de l’échantillon, et ainsi le risque d’erreur, est de le morceler, de le broyer. Moins on agit sur ces paramètres, plus l’erreur fondamentale sera importante. »

D’autres erreurs entrent en compte selon Pierre Gy : la ségrégation et le groupement. « Lorsqu’il existe une corrélation entre fragments voisins, qu’il est impossible de prélever particule par particule. Il existe toujours une erreur de ségrégation et de groupement dans le cas des poudres. Il faut multiplier les incréments pour minimiser l’erreur de groupement et homogénéiser le lot pour minimiser l’erreur de ségrégation. » Le processus d’échantillonnage est « un chemin semé d’erreurs qu’il convient de minimiser ».

En laboratoire

« L’échantillonnage n’est pas maîtrisé par le laboratoire, c’est pourtant une étape primordiale », appuie Christophe Ferey, directeur du laboratoire Artémis installé à Janzé et dont les activités sont dédiées pour 1/3 à CCPA et 1/3 à MiXscience. « On part du principe que l’échantillonnage fait avant l’arrivée au laboratoire est correct. Il existe cependant des différences très importantes entre les échantillons officiels et les prélèvements de tous les jours qui alimentent votre contrôle qualité : en usine vous n’avez pas le temps nécessaire, il faudrait créer un emploi spécifique. »

Christophe Ferey, directeur du Laboratoire Artémis.

Christophe Ferey, directeur du Laboratoire Artémis.

Deux modèles de laboratoires de chimie nutritionnelle existent : les généralistes, « qui possèdent souvent un catalogue très complet avec un large éventail de nutriments ou molécules à rechercher » et les spécialisés, issus de la filière, en proximité avec les outils industriels. « Il ne doit théoriquement pas y avoir de différence, quel que soit le laboratoire, sur la préparation de l’échantillon et les résultats, souligne Christophe Ferey. Mais vous devez vous demander si votre laboratoire connaît bien les matrices que vous lui envoyez. C’est important pour orienter la préparation. En nutrition animale, ce sont les échantillons, les matrices les plus complexes de la bioanalyse ! Votre métier est de mélanger des ingrédients aux comportements physiques et chimiques différents. Vous mélangez l’immélangeable ! Notre métier est de retrouver, dans ces mélanges complexes, la molécule d’intérêt. »

Pour cela, la préparation est primordiale. Aujourd’hui, cette étape représente 17 % du personnel d’Artémis, « contre 8 % en 1990. L’évolution des matrices, l’évolution de la normalisation, le besoin de connaître l’incertitude explique en partie ce résultat. On ne passe jamais assez de temps à cette préparation ». Il faut en moyenne 15 minutes pour passer de l’échantillon de départ à la prise d’essai. « Le but de la préparation, au-delà de l’homogénéité, c’est d’arriver à des prises d’essai minimum pour éviter les dilutions et les contaminations matérielles. La dilution est le risque le plus important d’erreur en laboratoire. La plupart des erreurs analytiques faites en laboratoire se passent dans les premières étapes, ajoute Christophe Ferey. De même, il existe clairement une relation entre le temps passé à constituer l’échantillon et l’écart analytique global. » Cet écart analytique global couvre les incertitudes de mesures lors de l’analyse et les écarts de procédures (échantillonnage du lot et préparation au laboratoire).

Après réception de l’échantillon, le préparateur regarde la taille des particules et le taux de matière sèche (pour les pulvérulents). « Est-ce qu’il est inférieur à 15 %, supérieur à 85 % ? Si besoin, on fait une dessiccation partielle pour baisser le taux d’eau dans les échantillons. Notre métier consiste ensuite à diviser, faire des réductions massiques pour passer à des échantillons d’environ 100 g, pour se préparer à prélever notre prise d’essai (de 0,05 g à 25 g). » Pour cela, les laboratoires disposent de plusieurs matériels : cône et quartage, échantillonneur à rifles statique, échantillonneur rotatif, variation aléatoire. « On utilise beaucoup l’échantillonneur à rifles pour la division. Le plus problématique, c’est le taux de matière grasse, souligne le directeur. Il faut bien entendu veiller à diviser en masse mais pas en composition. »

Le préparateur doit ensuite réduire la taille des particules. « On a pour cela à notre disposition des broyeurs à rotor, à percussions, à couteaux, à mortier, etc. » Fabrice Putier fait alors remarquer que « s’il y a un seul broyeur dans votre laboratoire, c’est mauvais signe ! À chaque matrice son type de broyeur, ou presque ». Dans certains cas, il n’y a pas de broyage, comme pour les mélanges de minéraux, l’analyse des vitamines ou des antibiotiques par exemple. La préparation est en relation avec les paramètres à analyser (substances nutritives, additifs alimentaires, substances indésirables). « Plus on est à l’état de traces, plus c’est compliqué. Un des vrais dangers aujourd’hui pour nous tous est d’analyser de plus en plus bas, de baisser les seuils. »

Lors des contrôles officiels

Christophe Genouel, directeur scientifique du service commun des laboratoires Douanes-Fraudes L35, a ensuite rappelé les grands principes de l’échantillonnage lors des contrôles officiels. En guise d’introduction, il a donné la description des méthodes d’échantillonnage utilisées pour le contrôle officiel, selon le règlement 152/2009. « En Europe, il n’y a pas d’autre texte pour la nutrition animale », a souligné ce dernier.

Les échantillons sont considérés comme étant représentatifs des portions échantillonnées, « même s’ils ne le sont jamais vraiment comme l’a indiqué Fabrice Putier ». Selon le règlement, « le but de l’échantillonnage représentatif est d’obtenir une petite fraction d’un lot de façon que la détermination d’une caractéristique particulière de cette fraction représente la valeur moyenne de la caractéristique considérée pour l’ensemble du lot. Le lot est échantillonné par le prélèvement répété d’échantillons élémentaires en différents points du lot. Ces échantillons élémentaires sont combinés par mélange pour former un échantillon global dont sont tirés, par division représentative, des échantillons finaux représentatifs. » Deux échantillons finaux sont exigés, un pour le contrôle officiel, un pour l’exploitant. « Un troisième échantillon final peut éventuellement être prélevé, à des fins de référence. À l’avenir les trois seront obligatoires », estime Christophe Genouel.

« Plus le lot est important, plus le nombre d’échantillons élémentaires est important, ajoute le directeur scientifique. Le but étant d’augmenter la représentativité de l’échantillon. Qu’à la fin la valeur moyenne soit la plus proche possible, avec le moins d’écart possible. » Il existe deux grandes familles de produits : les substances réputées réparties uniformément dans les aliments pour animaux et les autres, réputées réparties non uniformément (mycotoxines, impuretés botaniques, etc.). « La différence va porter sur le nombre d’échantillons élémentaires qu’on va prendre. Quand les substances sont réputées homogènes, il faut en prendre beaucoup, quand elles sont réputées non homogènes, il faut en prendre beaucoup plus ! »

Christophe Genouel, directeur L35 service commun des laboratoires CCRF Douanes.

Christophe Genouel, directeur L35 service commun des laboratoires CCRF Douanes.

Pour des aliments solides en vrac, avec un lot inférieur à 2,5 tonnes, le minimum d’échantillons élémentaires est sept selon la réglementation. Si le lot est supérieur à 2,5 tonnes, « ce qui est plus courant en sortie d’usine », le nombre d’échantillons élémentaires est √20 multiplié par le tonnage, « jusqu’à 40 échantillons élémentaires maximum ». Pour les substances réputées non uniformément réparties, « il faut parfois quasiment le double d’échantillons élémentaires ». Dans le cas des lots de très grande taille, supérieurs à 500 tonnes, le nombre d’échantillons élémentaires à prélever est de 40 + √tonnes, si les substances sont uniformément réparties, et 100 échantillons élémentaires √tonnes si elles sont non uniformément réparties.

Concernant les échantillons globaux, les exigences quantitatives sont de 4 kilos ou 4 litres, « pour les OGM il faut 35 000 graines ». Pour les échantillons finaux, constitués par l’inspecteur pour le laboratoire, il faut de manière générale au minimum 500 grammes ou 0,5 litre. « On recommande plus ! Après c’est une histoire d’économie, car derrière le laboratoire doit tout broyer, parfois remélanger. » Pour la recherche de pesticides dans les céréales, il faut 1 kilo et 10 000 graines pour les OGM. « Tout cela est inscrit dans un procès-verbal d’échantillonnage. Un contrôle officiel a une issue contentieuse, mais il y a également des procédures simplifiées de police administrative, pour des prélèvements exploratoires prospectifs. »

Christophe Genouel a ensuite rappelé les concepts de tolérance. « L’estimation d’une tolérance globale comprend l’incertitude d’analyse, la tolérance d’échantillonnage et la tolérance de process (écart technique). Dans la réglementation (étiquetage R767-2009), selon que nous soyons avec des nutriments, de la matière protéique, de la matière grasse ou des additifs, on va gérer l’équation de manière différente. » La tolérance process peut ainsi varier de 10, 20, 40 % en feed selon la teneur en additifs, mais de 0 % s’il n’y a eu aucun ajout volontaire, « il s’agit alors de contaminants ». La tolérance sampling varie de 1 à 30 % selon la taille des lots, la taille des particules et le nombre d’incréments. « On présume que les inspecteurs ont minimisé au maximum cette tolérance de sampling. »

Depuis début janvier, de nouvelles règles en matière de tolérance globale sont applicables (modification de l’annexe 4 du règlement 767/2009). « Il y a toujours une dérogation pour les matières grasses brutes et les matières protéiques brutes en petfood, où la tolérance est élargie. De même, lorsque le nutriment est bon pour l’animal, s’il existe une plus value, la notion de tolérance est multipliée par deux. On est plus souple, ce qui est logique. Quand il y a moins d’insolubles chlorhydriques et d’humidité, c’est aussi valorisant. Là on a même une tolérance illimitée. Quand on est inférieur à l’humidité annoncée, c’est tant mieux ! Nous sommes également arrivés, avec des calculs, à la conclusion qu’il y avait certaines tolérances un peu sous évaluées pour certains nutriments (notamment les minéraux). Au final, on a augmenté les tolérances globales pour certains constituants analytiques : pour les cendres brutes, l’amidon, les sucres, le calcium, le magnésium, le sodium, le phosphore total. Ça donne un peu plus de souplesse, les services de contrôle sont moins sévères quand il y a un écart par rapport à la garantie. » Christophe Genouel s’est également félicité de la modification du règlement 767/2009, afin de clarifier les règles concernant l’étiquetage des additifs. « Tout le monde doit avoir la même lecture, c’est beaucoup plus clair que la version précédente. »

E. Mouraud

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