La Spectroscopie dans le Proche Infrarouge (SPIR) est une technique de mesure et d’analyse des spectres de réflexion dans la gamme de longueur d’onde de 0.78 à 2.5µm.

Cette technique est largement utilisée dans les domaines de la chimie, et permet d’analyser les liaisons chimiques suivantes : C-H, O-H, N-H

La technique se base sur la vibration des molécules lors de l’excitation de celles-ci par la source infrarouge. Cette vibration peut être de l’élongation ou lorsque l’on envoie les ondes vers l’échantillon, les électrons excités pourront passer sur les différents niveaux vibrationnels qui sont disponibles sur leur couche de valence. L’absorption par les molécules des ondes infrarouges cause donc le changement des électrons vers des niveaux vibrationnels plus élevés, créant ainsi un signal mesurable.

Cette technique est largement utilisée dans les domaines de la chimie (polymères, pétrochimie, industrie pharmaceutique), de l’alimentation, de l’agriculture, ainsi qu’en planétologie.

La spectroscopie NIR (Near-InfraRed), analyse et identifie les produits par une illumination du liquide qui passe par une cellule de mesure, laquelle évalue l’absorption de la lumière au moyen d’un spectromètre.

Des algorithmes mathématiques, tels que les modélisations multivariables, sont appliqués afin de déterminer le type et la qualité du produit qui circule dans la cellule.

Source : article relatif à « la Spectroscopie dans l’infrarouge proche »

Le système FUQON est composé d’un dispositif de mesure Q\Cell associé à un ordinateur industriel Q\Engine, lequel dispose d’une base de données interne comprenant les données relatives aux produits de l’utilisateur, et peut être également connecté via internet à la base de données FUQON dans laquelle l’intégralité des informations relatives aux produits déjà caractérisés (analysés et définis au travers de l’ensemble des utilisateurs FUQUON) sont stockées.

Selon les besoins des utilisateurs, différentes fonctions du système peuvent être utilisées, lesquelles s’appuient sur des ressources intrinsèques à l’installation locale, complémentées si besoin par les données de la Database FUQON.

La première vocation du système FUQON est d’être un système de contrôle commande, avec une vitesse d’analyse des données (80 échantillons par seconde pour produire une information de qualité de produit), qui permette au système d’automation du client des réactions rapides et déterministes.

 

Constitution du système FUQON

Le dispositif de mesure Q\Cell est constituée d’une lampe SPIR et d’une cellule réceptrice photonique (le capteur), disposées de part et d’autre du conduit dans lequel circule le produit.

Le dispositif de Controle Q\Engine s’appuie sur un PC industriel :

• Doté des différents programmes fonctionnels requis pour les besoins de l’utilisateur
• Des « entrées / sorties » pour communiquer avec le dispositif Q\Cell et les structures clientes
• D’une base de données internes qui peut être enrichie à chaque passage d’un produit nouveau dans le pipe monitoré.
• D’une liaison internet à la base de données centrale FUQON

Afin de développer les applications les mieux adaptées aux besoins de nos clients, nous réalisons un audit systématique en collaboration avec les futurs utilisateurs, afin de comprendre et d’adresser au mieux les défis spécifiques à chaque site.

La Solution FUQON

La solution Fuqon est composée de plusieurs fonctions. L’utilisateur utilisera chacune de ces fonctions selon son besoin lors des opérations en cours.

Fonction n°1 : Reconnaissance de la constance de la qualité du produit

Au début du transfert, le système analyse le spectre du produit présent dans le pipe de transfert.

Durant toute la durée du transfert, le produit qui circule sera comparé à l’identification initiale et chaque lecture sera stockée dans le rapport d’historisation.

Ci-dessous, un bel exemple de batch homogène

Cette fonction ne demande pas d’accès à la base de données Fuqon des produits répertoriés.

Objectif : vérifier que l’intégralité du batch est constant en qualité (pas de contamination ou de mélange)

 

Automatisation possible en cas de perte de constance :

• Arrêt de la réception
• Dérivation dans capacité dédiée aux non conformités
• Prise d’échantillon témoin pour analyse et confrontation ultérieures
• Analyse de l’ensemble des échantillons et déterminations des quantités polluées, et de leurs positions dans le batch.

Fonction n°2 : Optimisation des opérations de bascules de lignes sur changement de produit

Lors d’un changement de produit dans le pipe, le dépôt va commencer par évaluer :

• la fin probable du premier produit, changera de ligne et enverra le produit mélangé dans le bac tampon.
• la fin probable de la zone de mélange, changera de ligne et enverra le produit désormais pur dans le bac dédié.

Le schéma suivant est applicable pour illustrer la manœuvre :

Automatisation possible pour la bascule des destinations des produits :

Produit pur 1 détecté => on envoie le produit dans le bac 1

Le produit varie en qualité : cela indique la présence du mélange intermédiaire => On effectue une modification de l’appareillage de lignes et on envoie le produit intermédiaire dans le réservoir dédié à cet effet.

La qualité du produit est de nouveau stable => on modifie l’appareillage de lignes et on envoie le nouveau produit dans le réservoir dédié à cet effet.

Fonction N°3 : Détection de présence d’eau

Détection d’eau entrante

Pour maximiser le transfert de produit lors du déchargement des navires, de l’eau est parfois utilisée pour pousser le produit. Lorsqu’un produit est contaminé par de l’eau, les opérateurs sont avertis et le mouvement peut être stoppé.

Détection d’eau sortante

Mesurer la teneur en eau pour l’approvisionnement des stations-service est très critique. Le carburant contaminé par l’eau arrive jusqu’à la station-service, ou pire encore, jusqu’au dépôt de Jet. Ces incidents et réclamations sont très coûteux et nuisent à l’image du fournisseur.

 

 

Fonction N°4 : Reconnaissance et classification des produits

Il existe une immense variété de produits différents, au fil des matières premières brutes utilisées, des procédés de transformation, des mélanges ultérieurs. A noter que les additivations et mélanges avec les biocarburants constituent un très grand défi additionnel à la tâche de classification et reconnaissance.

On peut néanmoins établir 5 grandes classes de produits pétroliers « blanc »

• Essences
• Gasoils
• Fuels
• Jets
• Kérosènes

 

Chaque classe présente des caractéristiques essentielles quantifiables par Spectrométrie NIR. Pour chaque classe, la valeur de chaque caractéristique essentielle est bornée dans une échelle donnée.

Lors de la tentative de classification d’un nouveau produit non encore répertorié, chaque caractéristique essentielle va être évaluée, et la combinaison des positionnements de leurs échelles de caractéristiques essentielles conduira à la détermination la classe du produit.

La justesse de la classification de produit dépend essentiellement de la richesse de la base de données qui supporte la fonction de classification.

La construction de la base de données est établie par une action conjointe entre l’utilisateur et le laboratoire technique FUQON.

 

Pour chaque nouveau produit transitant par le pipe sur lequel est installé la cellule Q\Cell, l’utilisateur transmet à FUQON les dates et heures de départ et de fin de passage du batch, sur lequel il prélèvera et fera analyser un échantillon, puis transmettra le rapport d’analyse à FUQON.

La combinaison de la réponse historisée de la cellule Q\CELL pendant le temps de passage du batch de produit, du rapport d’analyse et des algorithmes mis au point par les chercheurs FUQON, permettra d’établir un modèle unique qui enrichira la base de données : le produit sera ainsi instantanément reconnu à son prochain passage, et le nouvel échantillon ainsi ajouté dans la base de données rendra l’algorithme de classification des produits encore plus efficace.

Le maître mot pour la classification des produits est que « Plus le système FUQON est utilisé et renseigné, plus il devient efficace ».

La classification automatique FUQON est beaucoup plus fiable qu’un identification classique basée sur une colorimétrie, une densité ou d’une simple réponse réflectométrique.