Comment mesurer l’activité de l’eau ?

Les appareils mesurant l’activité de l’eau sont appelés des Aw-mètres, ils comportent en général un réceptacle permettant d’introduire une coupelle contenant le produit à analyser.

  • Faut-il broyer les échantillons ?

CoupelleLe produit à analyser peut être placé tel quel dans la coupelle, mais il est souvent broyé  ou mélangé de façon à le rendre plus homogène ce qui permet d’accélérer sensiblement le temps de mesure de l’échantillon ainsi qu’une meilleure précision de mesure.

Il existe cependant une controverse concernant le broyage ou non des échantillons avant leur mesure d’activité de l’eau. La norme ISO21807 déconseille le broyage en raison du réchauffage et de la perte en eau qu’ils peuvent subir  en conséquence du broyage effectué. Néanmoins de nombreux industriels broient leurs échantillons avant leur mesure, cela permet de rendre rapidement homogène un produit qui ne l’est pas comme par exemple un produit fraîchement élaboré, ou sortant de cuisson ou de séchage. Cette homogénéité permet des mesures rapides et répétables représentatives de l’activité de l’eau d’un produit fabriqué et stocké depuis un certain temps. Nous pensons que le broyage peut être utile à condition toutefois de prendre certaines précautions comme par exemple:

  • maintenir un rapport volume échantillon broyé / volume broyeur important, en effet en limitant le volume d’air dans le broyeur, l’échange d’eau entre l’échantillon et l’air contenu sera faible.
  • effectuer un broyage modéré pour ne pas modifier la matrice du produit et pour ne pas l’échauffer excessivement.
  • mettre un couvercle sur la coupelle si l’échantillon ne peut pas être mesuré immédiatement.

D’une manière générale l’échantillonnage d’un produit à mesurer demande une certaine circonspection. La mesure d’un produit de taille importante comme par exemple un jambon en cours de séchage peut donner des résultats très différents selon la zone de prélèvement. Il convient alors d’effectuer un prélèvement constitué d’un ou plusieurs échantillons, que l’on peut apparenter à un carottage pratiqué en géologie, de manière à ce qu’il soit représentatif du produit dans son ensemble, puis de le broyer.

  • Principales technologies

Capteur  capacitif:

Un polymère hygroscopique est utilisé en tant que diélectrique. Ce polymère absorbe ou  rejette une certaine quantité d’eau en rapport avec l’activité de l’eau de l’échantillon mesuré. La variation de capacité électrique résultante permet d’en déduire l’activité de l’eau de l’échantillon.

Cette technologie a pour avantages principaux, un coût modéré, une plus grande insensibilité aux substances volatiles tel que, l’alcool et le propylène glycol.

Cette technologie a pour principaux inconvénients, la perte d’efficacité du capteur avec le temps et les salissures. Celui-ci doit être recalibré et/ou remplacé périodiquement. La précision est inférieure et il peut présenter une certaine hystérésis. La technologie nécessite plusieurs points de calibration pour que la linéarité des mesures soit assurée.

Capteur  résistif:

C’est une technologie proche de la précédente, où la mesure d’une capacité est remplacée par une mesure de résistance électrique d’un capteur composé d’un sel hygroscopique.

Cette technologie montre également une grande similitude avec la précédente concernant ses avantages et inconvénients .

Capteur de point de rosée (dew point) par miroir refroidi:

Un miroir, couplé avec un module thermoélectrique et une sonde de température, est refroidi jusqu’à l’apparition de rosée en son centre. L’apparition de rosée est détectée au moyen d’un photodétecteur. La régulation de la quantité de rosée à une valeur constante permet de déterminer la température de point de rosée puis d’en déduire l’activité de l’eau de l’échantillon.

Cette technologie a pour avantages principaux, une très bonne précision, une durée de vie importante, un temps de mesure rapide. Elle est basée sur un principe fondamental de la mesure hygrométrique, sa linéarité naturelle ne nécessite pas plusieurs points de calibration.

Cette technologie a pour principal inconvénient une plus grande sensibilité aux substances volatiles tel que, l’alcool et le propylène glycol, pouvant générer des erreurs de mesure. Le miroir refroidi doit être propre pour que la précision soit respectée.

-Capteur à diode laser accordable:

Cette technologie appelée TDLAS pour Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, est de type spectrométrie d’absorption où le spectre est ici extrêmement étroit et centré sur une longueur d’onde spécifique à la détection de l’eau en phase gazeuse. C’est une technologie récente qui offre comme principal avantage d’être la plus insensible aux substances volatiles. Autre point positif, à l’instar du miroir refroidi, elle ne comporte pas de phénomène d’hystérésis. La précision est cependant inférieure à celle du miroir refroidi, elle nécessite plusieurs points de calibration pour que la linéarité des mesures soit effective. Son prix est plus élevé et sa fiabilité dans le temps reste à prouver, cette technologie n’étant disponible que depuis quelques années seulement.

  • Le temps de mesure

Quelque soit la technologie employée, la mesure de l’Aw d’un produit s’effectue indirectement. C’est en fait l’air contenu dans la chambre de mesure qui est analysé, c’est pourquoi la chambre de mesure doit comporter un volume d’air le plus réduit possible tout en permettant une surface d’échange maximale. Les échanges d’eau entre l’échantillon et l’air contenu s’opèrent dès la fermeture de la chambre de mesure.  Ce n’est que lorsque cet air se trouve en équilibre thermodynamique avec le produit mesuré que la mesure de l’Aw sera fiable. La plupart des Aw-mètres détectent automatiquement un état d’équilibre satisfaisant, et stoppent la mesure le cas échéant.

Le temps de mesure entre deux produits différents peut varier de façon importante. Un produit gras, pouvant constituer une barrière lipidique qui freine la migration de l’eau, sera beaucoup plus long à mesurer qu’un autre produit. Les appareils modernes proposent des temps de mesure souvent inférieurs à 5 minutes, en revanche la possibilité de réaliser des analyses longues durées est un avantage appréciable et permet d’appréhender au delà de la simple mesure de l’Aw, les phénomènes de migration de l’eau qui dépendent étroitement de celle-ci.

  • Généralités

Les Aw-mètres comportent souvent un thermomètre infrarouge sans contact pour mesurer la température de l’échantillon placé.

Les appareils d’activité de l’eau peuvent être contrôlés et calibrés à l’aide de solutions de sels saturées ou insaturées, les différentes solutions existantes permettent de couvrir toute la gamme de mesure.

Certains appareils proposent une régulation de température permettant de faire des mesures à une température stabilisée et choisie par l’utilisateur,  par exemple 25°C qui est la température préconisée par l’AFNOR, d’autres appareils se contentent de mesures à température ambiante.