Pour ce type de projet, la fiabilité d'une station de production d’eau purifiée peut conditionner l’ensemble du processus de l’étude jusqu’à la fabrication du produit. Satisfait du partenariat précédemment développé à travers une précédente installation pour le bâtiment de production “Comprimés”, Glaxo Wellcome a choisi de confier ce projet à la société USF du fait de son expérience d’ensemblier spécialisé dans la production d’eau ultra pure pour application pharmaceutique.
Une seule source de solutions pour des besoins variés
Le cahier des charges concernait la production d'une eau purifiée à partir d'eau de ville froide et sa distribution vers les différents points d'utilisation. L’eau purifiée disponible en chacun des points de soutirage devait répondre aux critères de qualité selon l’USP XXIII, la Pharmacopée française, la Pharmacopée européenne et aux normes internes du groupe Glaxo Wellcome. Parallèlement à ce cahier des charges qualitatif, l'ensemble de l’installation devait satisfaire les exigences de la Food and Drugs Administration (FDA), et de l’Agence du Médicament.
De plus, l’installation devait également garantir la qualité de l'eau purifiée à chaque point de puisage, sans phase de stérilisation ni intervention sur les équipements, pendant une période minimale de 1 mois.
L’eau potable de la ville d’Evreux alimentant
[Photo : Schéma du principe de fonctionnement du Ionpron Plus USF]
Cette production ne pose aucun problème physico-chimique mais subit une chloration au point d’arrivée du bâtiment pour obtenir un taux résiduel de chlore libre de 0,3 ppm dans l'eau distribuée.
Le principe de la déionisation continue
La faible consommation journalière, les contraintes environnementales ainsi que l'obligation du maintien d'un faible TOC imposé par l’USP ont justifié un choix orienté vers une technique membranaire plutôt que vers l'utilisation de traitements à base de résines de déminéralisation. Avec un critère de conductivité fixé à 1 µS/cm maximum à l'utilisation, il semblait difficile de garantir la qualité au point d'utilisation 100 % du temps surtout avec un distributeur à froid en partant d'un chaînage de double osmose même équipée d'une régulation de pH. Cette considération orienta le choix d’un chaînage associant l’osmose inverse à un système de déionisation continue (module CDI de USF), soutenu par les expériences concluantes au bâtiment de production “Comprimés” et au laboratoire de contrôle depuis plus de 4 ans.
Cette technique récente, initialement décrite par Kollsman en 1957 sous le nom d'électrodéionisation est depuis 1986 commercialisée avec succès et peut se targuer de nombreuses références tant en France qu’à l’étranger.
Le procédé CDI associe les membranes échangeuses d'ions et les résines sous l'application d’un potentiel électrique. Dans un tel système, les membranes définissent des compartiments verticaux très étroits, limités alternativement par une membrane sélective aux anions ou aux cations. Le flux principal d'eau à traiter s'écoule dans un compartiment rempli de résines appelé diluat. Sous l'effet du champ électrique, les ions présents dans l'eau migrent facilement à la surface des billes de résine puis au travers des membranes sélectives. La progression des ions vers les électrodes est arrêtée par la rencontre avec une membrane sélective incompatible avec leur charge. Il en résulte une concentration progressive d'ions dans ce compartiment appelé compartiment concentrat. Les ions ainsi concentrés et les composés organiques chargés sont éliminés du système et rejetés à l’égout.
L'installation
L'installation réalisée au laboratoire Glaxo Wellcome comprend 4 sous-ensembles : une unité de production, un stockage, une boucle de distribution et une unité de pilotage. Le point central de l'installation est un système intégré sur châssis mobile et compact, conçu pour être alimenté en eau potable du réseau pour délivrer une eau purifiée conforme aux spécifications des différentes Pharmacopées européennes et américaines. Il inclut son propre pré-traitement, l’osmoseur et le module de déminéralisation électrique. Son fonctionnement ainsi que son cycle de désinfection chimique sont entièrement automatiques. La résistivité de l'eau produite est de l’ordre de 5 MΩ·cm (conductivité 0,2 µS/cm) sans correction de pH.
Le stérilisateur ultraviolet, situé en aval, assure un taux de contamination microbiologique minimal de l'eau avant l’alimentation de la cuve d’eau purifiée. Le stockage de l’eau purifiée s'effectue par l'intermédiaire d'une cuve en acier inoxydable d'un volume utile de 1500 litres permettant d’absorber les pointes de consommation et d’apporter une certaine flexibilité d’exploitation au système. La distribution est assurée à partir de la cuve de stockage par une pompe sanitaire en inox et comprend une filtration stérilisante sur cartouches en départ de boucle pour garantir la qualité bactériologique et particulaire de l'eau purifiée distribuée. L’eau est maintenue à une température comprise entre 18 et 20 °C. Par ailleurs, la boucle de distribution a été conçue pour une stérilisation à l'eau surchauffée (cycles de 30 minutes à 121 °C). La phase de stérilisation thermique et le retour aux conditions normales d'utilisation doivent être réalisés en moins de 7 heures.
Une installation complète et adaptée
Les cycles de stérilisation ainsi que la régulation de température dans la boucle sont rendus possibles grâce à l'utilisation de 2 échangeurs tubulaires double plaques de conception pharmaceutique avec leurs équipements de régulation, l'un installé sur le circuit vapeur du site, l'autre sur le réseau d’eau glycolée.
La boucle de distribution d’une longueur de l’ordre de 300 mètres a été réalisée en tube
[Photo : Vue arrière du système Ionpro-Plus (capot ôté) dévoilant le Module CDI™]
inox nuance 316 L selon le cahier des charges relatif à la distribution d’une eau purifiée.
Le calorifuge de la boucle est assuré par de la laine de roche d'une épaisseur de 40 mm sous protection isoxale et les descentes aux ateliers de fabrication ont été réalisées sous capotage inox. En salle de production, les points de soutirage automatiques, composés d'une vanne inox à membrane rétroinformée, ont été intégrés dans des caissons inox démontables. La commande de la vanne s’effectue à partir de boîtier inox situé à proximité et comprenant les informations relatives à l’autorisation ou à l'interdiction de soutirage.
Lors de la stérilisation de la distribution à l’eau surchauffée, les points d'utilisation se ferment automatiquement et l'interdiction de soutirage s'affiche sur chacun des boîtiers délocalisés.
Un système de contrôle numérique
Le pilotage de cette installation s'inscrit dans le cadre d’une automatisation complète des procédures de désinfection et de nettoyage, tout le procédé est sous le contrôle d'un automate programmable.
La spécificité de l'installation de production d’eau qui constitue un maillon essentiel du processus de fabrication du laboratoire imposait une méthode précise de conduite des opérations. Il fallait en effet établir l’état de marche de l’installation, l'identification des défauts et l’établissement des éléments critiques qui affectent la qualité du produit ou qui répondent aux exigences réglementaires.
Ainsi, l'eau purifiée ne peut être soutirée en un point de puisage que si les conditions de température, de conductivité et de débit résiduel en retour de boucle en soutirage maximum sont conformes aux critères d’acceptation. Dans le cas contraire, le soutirage est interdit.
L’armoire de commande a été développée et réalisée avec une signalisation des marches normales et des défauts des sous-groupes. L'affichage des défauts et des procédures en cours s’effectue par un afficheur alphanumérique.
L’accès aux marches manuelles est possible grâce à l'utilisation d’un pupitre opérateur. Toute la mesure qualitative est centralisée en armoire avec report d’alarme sur l’automate et enregistrement des principaux paramètres permettant ainsi un diagnostic de toute dérive du procédé. Une véritable gestion des défauts a été mise en place afin d'adapter la réponse de l’automatisme en fonction de l'état de l'installation.
Les équipes d'ingénieurs ont défini étape par étape, point par point le procédé, le dossier de réalisation et le dossier technique qui s’y rapportent en vue de permettre la validation de l’installation dont l’objectif est de vérifier que l'intégralité de la prestation correspond à l'application pour laquelle elle a été prévue dans le respect du cahier des charges préétabli. Au terme de l’exercice de validation, l’ensemble des critères d’acceptation ayant été atteints, l'installation a pu être utilisée en routine.
[Publicité : Putzmeister]
