Évaluation des échantillons de poudre : ce que trois lots peuvent et ne peuvent pas prouver

Un acheteur qualifiant un nouveau fournisseur de poudre demandera presque toujours trois lots de production consécutifs. Nous avons cherché la norme dont provient ce chiffre et n'avons pu en trouver aucune. Ce que nous avons trouvé, c'est une note de bas de page.

Si trois lots est une convention plutôt qu'une obligation, exiger ce nombre ne procure aucun levier — la plupart des fournisseurs l'accepteront. Le levier réside dans le fait de spécifier ce que ces lots doivent démontrer : comment le matériau sort du fût, comment il est divisé jusqu'aux quelques grammes qui atteignent un instrument, à quelle méthode appartient un chiffre, quel laboratoire l'emporte en cas de désaccord, et ce qu'il advient du reliquat. Tout cela doit être écrit avant que le premier échantillon ne soit expédié.

Tout cela, parce qu'un échantillon de qualification n'est pas une affirmation sur la poudre dans le bocal. C'est une affirmation sur le procédé qui l'a fabriquée, et un bocal peut être rempli de façons qu'un lot de production ne peut pas. La réponse du secteur automobile est procédurale : le processus d'approbation de pièce de production (PPAP) de l'AIAG exige des pièces issues d'une campagne de production significative — rapporté à nous de seconde main comme au moins 300 pièces consécutives, sur le site et au rythme de production, avec l'outillage, les matériaux et les opérateurs de production. Chaque clause existe pour déjouer un échantillon fabriqué exprès. Le PPAP est automobile et ne lie aucun fournisseur de poudre, mais sa logique se transpose : faites en sorte que l'échantillon prouve qu'il provient de la production, via un numéro de lot traçable jusqu'à un dossier de lot et un certificat d'analyse (COA) portant les mêmes champs qu'un lot commercial porterait, obtenus par les mêmes méthodes. C'est pourquoi notre page poudre 3Y-TZP ne traite un grade comme qualifié qu'au regard de COA de trois lots consécutifs lus contre une même spécification.

Le chiffre vient d'une note de bas de page

La Guideline on General Principles of Process Validation de 1987, préparée par le Center for Drugs and Biologics et le Center for Devices and Radiological Health de la FDA et annoncée au Federal Register du 11 mai 1987 (52 FR 17638), est l'endroit où l'on situe généralement le début de la convention des trois lots. Le mot « trois » n'y apparaît pas. Pas une seule fois. Sa section sur la qualification de performance dit seulement que les essais « devraient être répétés un nombre de fois suffisant pour garantir que les résultats sont significatifs et cohérents ».

Un chiffre apparaît bien, dans la note de bas de page (7) de la page 10, à titre d'exemple : « Par exemple, la AAMI Guideline for Industrial Ethylene Oxide Sterilization of Medical Devices, approuvée le 2 décembre 1981, énonce : "La qualification de performance devrait comprendre un minimum de 3 campagnes de qualification réussies et planifiées, dans lesquelles tous les critères d'acceptation sont satisfaits ….. (5.3.1.2.)." » Si la convention a une origine écrite, c'est ce qui s'en rapproche le plus dans les archives : une illustration entre parenthèses, citant la norme d'un tiers, à propos de la stérilisation de dispositifs médicaux à l'oxyde d'éthylène. Elle n'est pas entrée comme une exigence, et il ne s'agissait pas de matériaux.

Cette directive n'est plus la position de la FDA. La Guidance for Industry — Process Validation: General Principles and Practices de janvier 2011, émanant de CDER, CBER et CVM, « remplace la directive de 1987 » et ne précise aucun nombre de lots. Elle demande à la place que le nombre d'échantillons soit « adéquat pour fournir une confiance statistique suffisante quant à la qualité, tant à l'intérieur d'un lot qu'entre les lots », et des « mesures statistiques définissant la variabilité intra-lot et inter-lots ». Il s'agit là de validation de procédé pharmaceutique, et la FDA indique que sa directive n'établit « pas de responsabilités juridiquement exécutoires ».

Le seul texte réglementaire qui nomme le chiffre le conserve et le rétrograde. L'Annexe 15 des BPF de l'UE (Qualification and Validation, Bruxelles, 30 mars 2015, en application depuis le 1er octobre 2015) énonce au §5.20 que « sans préjudice du point 5.19, il est généralement considéré comme acceptable qu'un minimum de trois lots consécutifs fabriqués dans des conditions de routine puisse constituer une validation du procédé », en ajoutant qu'un nombre différent peut être justifié. La section 5.19, à laquelle renvoie le §5.20, est celle qui fait réellement foi : chaque fabricant « doit déterminer et justifier le nombre de lots nécessaire pour démontrer un niveau élevé d'assurance que le procédé est capable de livrer de façon constante un produit de qualité ». L'Annexe 15 relève des BPF pharmaceutiques et n'atteint pas un fournisseur de poudre céramique — mais même là où la formule est inscrite dans la réglementation, l'obligation de justifier le chiffre lui est supérieure.

Ailleurs, le chiffre est absent : l'inspection de premier article aérospatial selon l'AS9102 peut être satisfaite par une seule pièce représentative. Nous n'avons pu obtenir ni l'IATF 16949 ni les manuels de l'AIAG, de sorte que nous n'avons pas trouvé d'exigence de trois lots plutôt que d'établir qu'aucune n'existe.

Un « trois » figure bel et bien dans une norme, et ce n'est pas celui que tout le monde cite. L'ISO 3954:2007 §3.1 exige que, lors d'un échantillonnage pendant une décharge continue, « au moins trois incréments soient prélevés » — un dans le premier tiers de la décharge, un à mi-parcours, un dans le dernier tiers. Trois incréments issus d'un seul lot : une règle sur la représentativité, non sur la reproductibilité. Ainsi, la phrase que notre liste de contrôle de due diligence fournisseur ne pouvait qu'affirmer a désormais sa preuve : rien au-dessus du niveau de l'acheteur n'exige trois lots consécutifs, et ceux-ci n'ont lieu que si le contrat le stipule.

Trois lots ne peuvent pas vous dire à quel point un procédé varie

La deuxième raison de ne pas traiter le chiffre comme l'essentiel tient à l'arithmétique, non à la provenance.

Supposons que les trois lots reviennent et que vous calculiez un écart-type entre eux. Pour n lots, un intervalle de confiance à 95 % sur l'écart-type lot à lot réel σ va de s·√((n−1)/χ²₀.₉₇₅,ₙ₋₁) à s·√((n−1)/χ²₀.₀₂₅,ₙ₋₁). À n = 3, il y a deux degrés de liberté, et une distribution du khi-deux à deux degrés de liberté est exactement une loi exponentielle de moyenne 2 — de sorte que les quantiles ont une forme close et ne nécessitent aucune table :

• χ²₀.₉₇₅,₂ = −2·ln(0.025) = 7,378, donnant √(2 / 7,378) = 0,52
• χ²₀.₀₂₅,₂ = −2·ln(0.975) = 0,05064, donnant √(2 / 0,05064) = 6,28

Trois lots situent l'écart-type lot à lot réel entre environ 0,52× et 6,28× ce que vous observez — un écart d'un facteur douze. Un fournisseur dont la dispersion réelle est six fois supérieure à celle montrée par vos trois lots est entièrement compatible avec ces trois lots. Dix lots resserreraient cela à environ 0,69× à 1,83×, et personne n'achète dix lots de qualification.

Ce n'est pas un argument pour en exiger davantage. C'est un argument sur ce à quoi servent trois lots. Ils peuvent montrer qu'une moyenne a bougé, qu'un lot a échoué à une limite, et que le fournisseur peut fabriquer le matériau plus d'une fois. Ils ne peuvent pas caractériser la variabilité, si bien qu'un protocole qui calcule un indice de capabilité à partir de trois points et le rapporte comme une propriété du fournisseur lit une précision dans des données qui ne la comportent pas.

Ce qui atteint l'instrument est le résultat de plusieurs réductions à partir du lot

Le chiffre du rapport n'a jamais été mesuré sur le lot. Il a été mesuré sur quelques grammes qui en descendent, à travers une chaîne que l'ISO 3954:2007 — une norme d'échantillonnage de la métallurgie des poudres, qui ne régit pas les poudres céramiques — nomme étape par étape : lot → incrément, ce qu'un dispositif d'échantillonnage prélève en une fois → échantillon global, tous les incréments d'un lot → échantillon composite, celui-ci mélangé → échantillon pour essai → prise d'essai, ce sur quoi l'essai est effectivement réalisé. Quatre ou cinq réductions entre le fût et la cuvette, aucune d'elles visible dans le résultat, et chacune peut changer la réponse, parce que le matériau ne reste pas mélangé. L'ISO 3954 §4.1 note que « une démixtion peut survenir à tout moment lorsqu'un lot de poudre est mis en mouvement, par exemple lors du remplissage de conteneurs, de leur vidange, pendant le transport, ou en cas de vibration durant le stockage ». Sous vibration, les particules grossières migrent vers le haut et les fines vers le bas, ce qui explique qu'une pelletée prélevée en surface d'un fût ayant traversé un océan n'est pas un échantillon du fût. Un échantillon de zircone ou de carbure de silicium parcourt la même chaîne, et trois des remèdes de la norme se transposent presque mot pour mot dans un protocole :

• Échantillonnez pendant que la poudre est en mouvement. Le §4.2.1 indique que, « chaque fois que possible », l'échantillonnage d'un flux de décharge continu « devrait être préféré à » l'échantillonnage par sonde dans des conteneurs conditionnés, et le §4.2.2 que le récipient soit exposé au flux puis retiré de sorte que toutes les portions du flux aient une chance égale d'y entrer.
• Si un fût doit être échantillonné, la sonde est insérée à 0,7 du rayon. §4.2.3.4 : pour un incrément unique prélevé dans un conteneur cylindrique rempli par une ouverture au-dessus de son axe central, la sonde « doit être insérée à une distance du centre égale à 0,7 du rayon ». Ni le milieu, ni la paroi — et elle doit atteindre tous les niveaux.
• Le quartage n'est pas sur la liste. Le §4.3 nomme quatre dispositifs de division acceptables : riffler rotatif, diviseur d'échantillon, diviseur d'échantillon rotatif, diviseur à cône rotatif. Le quartage, encore le choix par défaut de nombreux laboratoires, en est absent — et dans l'étude que les deux fabricants d'instruments citent à son sujet — un mélange de sable et de sucre rapporté par Allen — le quartage a donné environ 6,8 contre approximativement 0,1 pour un riffler rotatif, un facteur d'environ cinquante, bien que les deux sources divergent sur le chiffre exact du riffler et que l'une d'elles note que le mélange se rapproche d'un pire cas.

Une norme met un prix sur l'ensemble avec son propre dispositif. L'ISO 13320:2020 (Particle size analysis — Laser diffraction methods, deuxième édition) définit deux essais de répétabilité distincts : la répétabilité de l'instrument remesure le même aliquote, la répétabilité de la méthode mesure des sous-échantillons différents. Sur le second, le §3.1.22 indique que « la variabilité inclut les variabilités de la technique de sous-échantillonnage, du matériau échantillonné pris ensemble et de l'instrument ». L'écart entre les deux essais est le prix du sous-échantillonnage. La lecture publiée de cette édition par un fabricant d'instruments — celle de Microtrac — autorise le D50 à ±1,5 % sur l'essai instrument et ±2,5 % sur l'essai méthode ; nous n'avons pu lire la clause elle-même, aussi ne citons-nous cette paire que comme la lecture de Microtrac. La même logique s'applique à votre propre laboratoire : un acheteur dont le contrôle réception consomme un tiers de la tolérance ne peut résoudre un écart plus petit que son propre bruit. Quels instruments faire tourner sur un lot reçu est une question distincte, traitée dans notre méthode de vérification de lot par MEB/EDS.

Chaque partie du protocole est contractuelle, ou elle n'existe pas

Rien de ce qui précède n'oblige quiconque. Nous avons cherché une norme non pharmaceutique ou une loi coréenne exigeant des échantillons physiques retenus pour des matériaux industriels et n'en avons trouvé aucune. Pour les matériaux industriels, les échantillons retenus n'existent que parce qu'un contrat le dit.

Le modèle le plus abouti est, là encore, pharmaceutique et, là encore, ne lie aucun fournisseur de poudre : l'Annexe 19 des BPF de l'UE, Reference and Retention Samples (Bruxelles, 14 décembre 2005). Elle règle quatre points qu'un contrat de poudre laisse ouverts. Elle distingue l'échantillon de référence, conservé « aux fins d'être analysé », de l'échantillon de réserve, conservé « à des fins d'identification ». Elle dimensionne le premier selon sa fonction — le §4.1 exige une quantité suffisante pour permettre, « à au moins deux reprises », les contrôles analytiques complets sur le lot. Elle fixe une durée, le §3.2 conservant les échantillons de matière première au moins deux ans après la libération du produit. Et le §4.4 exige que les matériaux et équipements analytiques restent disponibles aussi longtemps que l'échantillon est conservé. C'est la clause que les acheteurs oublient : un bocal scellé que l'on ne peut plus tester n'est pas un échantillon de réserve.

L'échantillon de réserve s'avère aussi être la même clause que celle qui règle les litiges. Dans les contrats de concentré de métal de base, de métal semi-raffiné et de minerai de fer, un essai d'arbitrage fonctionne ainsi : chaque partie analyse sa propre portion de l'échantillon divisé du même lot et les résultats sont échangés ; s'ils diffèrent de plus d'une limite de division convenue contractuellement, une troisième portion scellée — mise de côté au moment de l'échantillonnage à cette fin précise — est envoyée à un laboratoire arbitre pré-désigné dont le résultat fait foi, le coût retombant sur la partie dont le chiffre en était le plus éloigné. C'est un usage contractuel plutôt qu'une règle publiée, donc vous la rédigez vous-même. Le point structurel survit à la rédaction : une clause d'arbitrage est impossible à moins qu'une troisième portion scellée n'ait été mise de côté au moment du prélèvement de l'échantillon. Échantillons de réserve et résolution des litiges sont une seule et même clause vue de deux bouts, et un acheteur qui rédige la seconde sans la première a rédigé quelque chose qui ne peut pas fonctionner.

Désigner le laboratoire règle à qui revient le chiffre qui l'emporte — en Corée, un laboratoire accrédité selon la norme KS Q ISO/IEC 17025 sous l'égide de la KOLAS, dont les rapports sont reconnus via les accords de reconnaissance mutuelle de l'ILAC et de l'APAC. Nommer la méthode règle quel chiffre est comparé : un D50 par diffraction laser et un D50 par tamisage sont des chiffres différents pour la même poudre, et nous n'avons aucun chiffre sourcé sur l'écart entre eux. D'où un certificat énonçant la méthode et les conditions de dispersion plutôt que la seule médiane, comme le font les nôtres pour la micropoudre de SiC verte.

Ce qu'il faut fixer avant que le premier échantillon ne soit expédié

• Méthode et point d'échantillonnage — un flux en mouvement lorsque possible ; sinon, combien de conteneurs, combien d'incréments, et la position d'insertion de la sonde.
• Le dispositif de division, nommé — un riffler ou un diviseur, pas un quartage.
• La méthode d'essai pour chaque propriété spécifiée, avec les conditions de préparation et de dispersion.
• Échantillon de réserve — combien, scellé par qui, stocké où et pendant combien de temps, avec méthode et équipement maintenus disponibles pendant toute cette durée.
• Laboratoire désigné et clause d'arbitrage, avec la limite de division et qui paie.
• Traçabilité jusqu'à un dossier de lot de production, avec date de production et taille de lot.
• Ce que chaque lot doit démontrer — énoncé sous forme de questions, pas d'un décompte.

Le grade, la désignation granulométrique, la base des impuretés et le conditionnement se règlent avant tout cela ; ce sont les décisions préalables à la RFQ dans nos points de contrôle d'achat de poudre de SiC, et le bloc lui-même peut être assemblé avec notre générateur de spécification RFQ, qui porte le D50 avec tolérance et méthode, les métaux traces sur base élémentaire, et les COA de lot de production comme postes de ligne. Une remarque douanière pour les acheteurs coréens : en vertu du 관세법 제94조제3호 et du 관세법 시행규칙 제45조제1항제3호, un échantillon peut être exempté de droits en tant que 견본품 lorsque sa valeur en douane est de USD 250 ou moins. La formulation est « 면제할 수 있다» : permissive, appliquée à l'entrée.

Questions fréquentes

Trois lots consécutifs constituent-ils une exigence de la FDA ou de l'ISO ?

Aucune norme que nous ayons pu localiser ne l'exige. La directive FDA de 1987 ne contient pas le mot « trois » ; le chiffre n'apparaît que dans une note de bas de page citant à titre d'exemple une directive de stérilisation à l'oxyde d'éthylène de l'AAMI de 1981, et la directive de 2011 qui l'a remplacée ne précise aucun chiffre. Le §5.20 de l'Annexe 15 des BPF de l'UE conserve bien « un minimum de trois lots consécutifs », mais comme quelque chose « généralement considéré comme acceptable » sans préjudice de l'obligation du §5.19 de justifier le chiffre — et il s'agit de BPF pharmaceutiques, qui ne lient pas un fournisseur de poudre.

Si trois lots est arbitraire, combien devrions-nous en demander ?

C'est la mauvaise quantité à optimiser. Trois lots ne peuvent pas encadrer utilement la variabilité lot à lot — l'intervalle de confiance à 95 % sur l'écart-type réel va d'environ 0,52× à 6,28× la valeur observée. Demandez plutôt ce que chaque lot doit démontrer, et consacrez l'effort à la manière dont les échantillons sont prélevés, divisés, mesurés et conservés.

Pouvons-nous simplement prélever une pelletée au sommet du fût ?

Non. L'ISO 3954:2007 note qu'une démixtion survient chaque fois que la poudre est mise en mouvement, y compris par la vibration du transport et du stockage, avec les particules grossières migrant vers le haut et les fines vers le bas. Échantillonnez à partir d'un flux de décharge en mouvement lorsque vous le pouvez ; sinon, la sonde doit atteindre tous les niveaux, et un incrément unique prélevé dans un conteneur cylindrique est inséré à 0,7 du rayon depuis le centre.

Qui paie les échantillons de qualification, et combien de temps prennent-ils ?

Nous n'avons pu établir aucune norme crédible pour l'un ou l'autre — aucune répartition de coût typique, aucun délai typique — donc nous n'en énonçons aucun. Les deux sont des termes à fixer dans le même contrat qui arrête les règles d'échantillonnage et de conservation ; traitez la réponse d'un fournisseur comme son propre devis, pas comme celui du secteur.

Références (sources publiques)

• US Food and Drug Administration, Guideline on General Principles of Process Validation, mai 1987, préparée par le Center for Drugs and Biologics et le Center for Devices and Radiological Health ; disponibilité annoncée au Federal Register du 11 mai 1987 (52 FR 17638). L'exemplaire que nous avons lu n'a pas été obtenu depuis le site propre de la FDA, l'agence ayant retiré le document.
• US Food and Drug Administration, Guidance for Industry — Process Validation: General Principles and Practices, janvier 2011, CGMP Revision 1, émise par CDER, CBER et CVM.
• Commission européenne, EudraLex Volume 4, EU Guidelines for Good Manufacturing Practice : Annexe 15 (Qualification and Validation), Bruxelles, 30 mars 2015, en application depuis le 1er octobre 2015, §§5.19 et 5.20 ; et Annexe 19 (Reference and Retention Samples), Bruxelles, 14 décembre 2005, §§2.1, 3.2, 4.1 et 4.4.
• ISO 3954:2007, Powders for powder metallurgical purposes — Sampling, deuxième édition, ISO/TC 119/SC 2 — le vocabulaire de la clause 2 et les dispositions d'échantillonnage et de division des clauses 3 et 4, lues à partir d'un aperçu accessible publiquement.
• ISO 13320:2020, Particle size analysis — Laser diffraction methods, deuxième édition, ISO/TC 24/SC 4 — la définition de la répétabilité de méthode au §3.1.22. Les tolérances en pourcentage sont la lecture publiée de Microtrac de la clause 6, pas un texte que nous avons lu.
• Documentation sur le processus d'approbation de pièce de production de l'AIAG, atteinte uniquement via la propre procédure PPAP d'une entreprise cliente et des discussions de la profession qualité. Le manuel est une publication payante que nous n'avons pu obtenir, de sorte que la formulation de la « campagne de production significative » et le chiffre de 300 pièces sont de seconde main de bout en bout.
• Exigence d'inspection de premier article AS9102 de SAE International / IAQG, tirée de résumés secondaires plutôt que d'un texte que nous avons lu ; la lettre de révision et la date de publication ne sont pas vérifiées.
• HORIBA et Malvern Panalytical, publiant chacune un livre blanc intitulé Sampling for Particle Size Analysis — la comparaison d'erreur de division d'échantillon, attribuée par chacune à une édition différente de T. Allen, Particle Size Measurement, avec des chiffres divergents. Nous n'avons pas lu l'ouvrage d'Allen et ne reproduisons aucune valeur.
• Banques de clauses contractuelles, documentation de logiciels miniers, un contrat d'achat de concentré de cuivre déposé auprès de la SEC, et la description du service d'essai d'arbitrage d'un laboratoire commercial — le mécanisme de l'essai d'arbitrage. Nous n'avons trouvé aucun modèle de clause publié.
• 국가법령정보센터 : 관세법 제94조 et 관세법 시행규칙 제45조. Les sources divergent sur le ministère responsable et sur les métadonnées de promulgation, aussi ne citons-nous que les numéros d'article et d'alinéa.

Les positions et chiffres reflètent des sources publiques au moment de la rédaction. Là où une année d'édition n'est pas donnée ci-dessus, c'est parce que nous n'avons pu en vérifier aucune.

Nami Tech Solutions travaille projet par projet sur les poudres céramiques et de terres rares plutôt qu'à partir d'un stock permanent, et l'étape de l'échantillon est celle où se concentre l'essentiel de notre travail. Nous convenons de la méthode d'échantillonnage et de division avec l'usine avant que le matériau ne soit prélevé, nous appliquons les méthodes de mesure de la spécification avec la même formulation sur l'échantillon et sur le lot commercial, et nous réglons qui conserve quelles portions scellées, de sorte qu'un désaccord ultérieur soit résoluble plutôt que rhétorique.