Mesure du vide dans un autoclave à plasma : du problème à la solution

Mesurer le vide : qu'est-ce que cela signifie ?

L'idée de mesurer le vide peut sembler étrange. Comment mesurer quelque chose qui, par définition, n'existe pas ? Pourtant, en milieu hospitalier, la mesure du vide joue un rôle essentiel dans les activités quotidiennes de stérilisation.

Dans cet article, nous explorerons le sujet en commençant par les bases, puis nous nous concentrerons sur l'une des applications les plus pertinentes, qui a non seulement un grand impact pratique, mais qui nous a également mis face à un défi inattendu que nous avons résolu avec succès.

Mesurer le vide : qu'est-ce que cela signifie ?

Le vide n'est pas un concept abstrait ou philosophique : c'est une réalité physique, bien définie et quantifiable. Il s'agit de l'absence d'atomes dans un espace. Le vide absolu correspond à zéro atome, mais cette condition est pratiquement inatteignable. Dans les applications technologiques, un espace contenant une quantité extrêmement faible de molécules d'air peut également être considéré comme vide.

Cependant, même s'il y a très peu de molécules, il n'est pas toujours possible de les négliger. Il est donc essentiel de contrôler leur présence en mesurant la pression.

Mesurer le vide, c'est se confronter à des pressions si faibles qu'elles paraissent presque irréalistes, de l'ordre du dix millième de bar. Ces niveaux de précision sont impossibles à atteindre pour un manomètre, mais peuvent l'être grâce à des capteurs basés sur le principe du vide de Pirani, du nom de son découvreur.

Le capteur est constitué d'un fil électrique placé dans un environnement contrôlé et traversé par un courant électrique constant. Il ne mesure pas la pression directement, mais par l'intermédiaire d'un système qui exploite les connaissances sur le comportement de la matière d'une manière assez ingénieuse :

Nous savons que les atomes échangent de la chaleur entre eux. Ainsi, plus il y a d'atomes dans l'espace, plus l'échange de chaleur est important. Dans notre cas, plus il y a de molécules d'air, plus le fil se réchauffe.

Nous savons que l'augmentation de la température du fil entraîne une augmentation de sa résistance électrique.

On peut en déduire que la résistance électrique est directement proportionnelle à la quantité de molécules présentes.

En appliquant certaines formules, il est possible de calculer avec une grande précision la pression atmosphérique à partir de la valeur de la résistance.

Si vous souhaitez approfondir ce sujet fascinant, nous avons décrit le vide de Pirani en détail dans cet article.

Une application concrète : l'autoclave à plasma

À quoi sert la mesure du vide ?

Un exemple pratique est le fonctionnement de l'autoclave à plasma, qui est principalement utilisé dans le domaine médical pour la stérilisation. Le processus repose sur deux étapes fondamentales :

L'élimination de l'air : le vide sert à garantir qu'aucune stagnation d'air ne subsiste, ce qui permet une répartition uniforme de la température.

Utilisation de peroxyde d'hydrogène : il s'agit d'un agent stérilisant particulièrement puissant, plus efficace que la vapeur traditionnelle, qui est porté à ébullition et se répand sur toutes les surfaces soumises au traitement.

Pour garantir le bon fonctionnement de l'autoclave à plasma, il est essentiel de mesurer le vide avec une extrême précision. C'est là qu'intervient le Vacuum Logger de Pirani, un instrument conçu pour contrôler des pressions infinitésimales de manière fiable et robuste, même dans des conditions thermiques extrêmes.

Plusieurs années après la mise au point de cet enregistreur de données, nous avons rencontré un problème critique inattendu qui nous a obligés à repenser notre solution...

Le défi : protéger l'enregistreur contre le peroxyde d'hydrogène

Un de nos clients nous a contactés pour nous signaler un dysfonctionnement de notre système de mesure du vide utilisé dans ses autoclaves à plasma.

Bien qu'il se soit allumé correctement et connecté aux systèmes de collecte de données, l'enregistreur de vide Pirani ne pouvait plus détecter la pression, affichant une lecture plate.

Mais si l'enregistreur fonctionnait, comment se faisait-il qu'il ne suivait plus la pression ? Il était évident que le capteur présentait un dysfonctionnement.

Étant donné que l'enregistreur peut supporter des plages allant de -80 °C à +85 °C, nous avons exclu la possibilité que le problème vienne de la température. En effet, l'autoclave à plasma ne dépasse jamais ce seuil.

Nous n'avons jamais rencontré de problèmes similaires avec le Pirani Vacuum Logger dans d'autres conditions, par exemple dans des installations de contrôle des processus de lyophilisation.

Nous avons immédiatement soupçonné que le problème venait du peroxyde d'hydrogène.

Pourquoi le peroxyde d'hydrogène est-il un problème pour les capteurs ?

Le peroxyde d'hydrogène (H₂O₂) est un agent stérilisant très efficace, c'est pourquoi il est utilisé dans les processus nécessitant une stérilisation complète. Mais c'est aussi une molécule extrêmement agressive pour les métaux, à tel point qu'elle peut compromettre les composants électroniques de précision.

En effet, lorsque nous avons examiné notre capteur, nous avons constaté que les circuits internes étaient abîmés, avec des fils détachés et des pistes cassées. Le peroxyde d'hydrogène avait donc compromis le système de mesure.

Il était clair que le Pirani Vacuum Logger devait être protégé contre le peroxyde d'hydrogène. Mais comment ?

Un filtre pour mesurer le vide dans un autoclave

Pour résoudre ce problème, nous avons mis au point un filtre à appliquer au Pirani Vacuum Logger.

D'un point de vue conceptuel, le filtre dont nous avions besoin devait fonctionner comme un système de catalyse pour le peroxyde d'hydrogène. En pratique, "catalyser" signifie accélérer la décomposition des molécules de H₂O₂ en éléments moins réactifs, réduisant ainsi le nombre de molécules agressives susceptibles d'entrer en contact avec le capteur de l'enregistreur.

Non seulement nous avons atteint cet objectif, mais nous l'avons fait sans aucune consommation d'énergie, en utilisant uniquement les propriétés physiques et chimiques des matériaux employés.

Le filtre se compose d'un boîtier robuste en acier et d'une membrane en silicone qui scelle la chambre où se produit la catalyse. Sa conception repose sur trois principes clés pour garantir une efficacité et une durabilité maximales :

Matériau approprié. Après une étude approfondie des propriétés chimiques du H₂O₂, nous avons sélectionné le dioxyde de manganèse, un matériau qui, associé à la résine époxy, offre une grande capacité catalytique sans jamais être saturé. Ce choix assure une efficacité constante dans le temps.

Conception du bouchon à visser. Le filtre est conçu comme un bouchon à visser, qui se connecte facilement à l'enregistreur de vide Pirani grâce à un filetage. Cette conception rend le filtre modulaire, ce qui permet de le monter et de le démonter selon les besoins.

Labyrinthe interne pour maximiser la surface catalytique. À l'intérieur du filtre, l'air chargé de peroxyde d'hydrogène est contraint de suivre un long chemin sinueux en forme de labyrinthe. Cette configuration augmente la surface exposée du matériau catalytique, ce qui améliore encore l'efficacité du filtre.

L'installation

Le prototype du filtre, une fois développé dans nos laboratoires, a été testé directement sur les autoclaves du client, qui se sont révélés très coopératifs.

Les résultats ont été immédiats et significatifs : une fois les filtres appliqués, les enregistreurs de vide Pirani n'ont plus rencontré de problèmes. Les dommages dus au peroxyde d'hydrogène ont été évités !

Grâce au nouveau filtre, notre enregistreur de vide Pirani a bénéficié d'une protection supplémentaire, garantissant une surveillance optimale même dans un environnement particulièrement difficile tel qu'un autoclave à plasma.

La philosophie de Tecnosoft : innovation et collaboration

Le filtre Pirani est le résultat d'une philosophie d'entreprise orientée vers l'expérimentation et la collaboration.

Nos produits naissent des besoins réels de nos clients et d'un engagement constant dans la recherche de solutions sur mesure.

Collaborer avec nos clients et relever des défis complexes nous permet de créer des appareils de mesure fiables et personnalisés.

Si votre entreprise a besoin d'instruments de mesure fiables dans des situations techniquement exigeantes, contactez-nous. Nous sommes prêts à travailler avec vous pour trouver la meilleure solution à vos besoins de mesure.