Les produits et les méthodes de contrôle ont largement évolué et un certain nombre de règles ont été établies concernant la validation de ces membranes et leur qualification. Cela apporte une absolue sécurité dans la performance, l'utilisation et le contrôle des filtres.
Qu’entend-on par les termes de validation et de qualification d’un système de filtration ?
La validation consiste à démontrer que le filtre assure :
— un effet défini : la décontamination bactérienne et/ou particulaire,
— de façon reproductible,
— avec une homogénéité de traitement.
La procédure de qualification consiste à vérifier que les composantes de la qualité, notamment : caractéristiques et performances, fiabilité, compatibilité et sécurité d'emploi, sont aptes à satisfaire les besoins des utilisateurs.
Nous avons choisi de développer dans cet article la validation et la qualification des filtres stérilisants (0,1 – 0,2 – 0,45 µm) utilisés pour des applications critiques, notamment dans les domaines pharmaceutique, électronique, alimentaire et du traitement d’eau ultrapure.
Définition des seuils – validation
Pour atteindre l’objectif de filtration : l'élimination de contaminants en suspension dans un fluide (liquide ou gazeux) à travers un élément poreux, les filtres utilisent différents mécanismes (interception directe, impact inertiel, adsorption).
Une première démarche va consister à mettre en place une échelle de valeurs des différents filtres et à les classifier par rapport à leur capacité de retenir les contaminants d'une taille donnée. L'utilisateur pourra ainsi choisir son niveau de filtration qui sera fonction de son objectif de décontamination.
Les seuils absolus de filtration qui se situent au-dessous de 1 µm (0,1 – 0,2 – 0,45 µm) sont définis en faisant appel à des tests utilisant les micro-organismes, et cela pour plusieurs raisons :
— mise en œuvre des tests,
— reproductibilité et fiabilité de la méthode,
— sensibilité des tests,
— similitude avec les contaminants à capturer dans les applications industrielles.
Tous les seuils sont définis en faisant référence à la filtration d'un fluide liquide, obtenu par une mise en suspension de micro-organismes dans l'eau.
Ces tests, appelés challenges, constituent l'élément majeur de la validation des filtres (figure 1).
Ainsi, pour valider les membranes 0,2 µm, on vérifie leur capacité à retenir quantitativement des bactéries Pseudomonas diminuta (figure 2). Dans le cas de seuils de rétention différents de 0,2 µm, on utilisera des micro-organismes de référence adaptés à la taille du seuil de rétention à définir et proche du domaine d'application.
La validation des membranes à 0,45 µm utilise des micro-organismes à gram négatif : le Serratia marcescens.
Pour des seuils à 0,1 µm, les challenges sont réalisés avec un micro-organisme sans paroi cellulaire (mycoplasme) de forme sphérique Ø 0,1 µm, déformable, donc difficile à piéger.
Corrélation entre le test de diffusion et les challenges bactériens
À l'issue d'un challenge bactérien le filtre n'est plus utilisable : le test est dit destructif ; cette méthode ne peut donc être utilisée que sur des bases statistiques. Aussi, pour pouvoir contrôler régulièrement ces membranes, en production ou à l'utilisation, il est nécessaire de pouvoir faire appel à d'autres méthodes ; c’est pourquoi l'on utilise des techniques non destructives, et notamment la diffusion d'air obéissant aux lois de Fick et de Poiseuille (figure 3).
L’élément filtrant est humecté avec un
[Photo : Diagramme de principe des challenges bactériens (Test destructif).]
agent mouillant (de l'eau si la membrane est hydrophile). Étant donné son épaisseur (100 à 150 μm), ainsi que sa grande porosité (80 à 85 %), la membrane va se comporter comme un film liquide.
En appliquant une pression de test caractéristique du grade du filtre microbien, les mesures de diffusion effectuées sur un grand nombre de cartouches, avant de leur faire subir un challenge bactérien, prouvent qu'il existe une excellente corrélation entre la diffusion et les performances de rétention bactérienne. Ce principe qui est reconnu, par les utilisateurs (et par les organismes éditant des recommandations), comme un véritable test objectif d'intégrité, est utilisé dans toutes les applications critiques pour vérifier l'état du filtre avant et après utilisation. Non destructif et ne modifiant en rien les performances du filtre, ce test est véritablement révélateur des capacités de rétention de celui-ci.
Qualification des filtres
Après validation des membranes, il est nécessaire de vérifier que l'équipement de filtration correspond à l'utilisation que l'on veut en faire et qu'il est capable de satisfaire aux besoins d'utilisation en respectant les conditions de pression, température, temps d'exposition et autres paramètres opératoires auxquels il sera soumis.
Il est nécessaire également de connaître les spécifications techniques du filtre, qui ne font pas l'objet des tests de validation, telles que :
- — perte de charge initiale,
- — pression différentielle maximum,
- — température maximum admise,
- — caractéristiques de surface de filtration et de débits,
- — compatibilité chimique du filtre avec le fluide et avec les produits chimiques susceptibles d'être utilisés (par exemple, produits de sanitisation).
[Photo : Contrôle d'intégrité automatique (Test non destructif).]
La connaissance de ces différents paramètres doit permettre de se prononcer sur la capacité du filtre de répondre au degré de sécurité que l'on est en droit de demander à la filtration.
L'intérêt de la qualification va au-delà du strict intérêt technique et permet de concevoir la qualité.
[Photo : Bactéries Pseudomonas diminuta.]
Conclusion
Pour garantir un très haut niveau de prestations et assurer la qualité des fabrications, il est évidemment indispensable que le fournisseur donne aux utilisateurs toutes informations utiles, tant sur la validation des filtres que sur leur qualification, et cela au moyen de guides (Guide de validation – Guide de performances) dont les données peuvent être introduites dans le cadre de l'exploitation pour valider la ligne de production.
L'utilisation de ces pratiques de fabrication et de contrôle permet de garantir aux utilisateurs la fourniture de filtres adaptés à leurs besoins et pouvant répondre à toutes les contraintes d'utilisation.
