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Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Analyse et Caractérisation P 215 − 1 Utilisation de l’informatique en chimie analytique : bases par Raymond RUSSOTTO Ancien responsable de la Statistique et de l’Assurance qualité informatique pour la recherche HMR (Hoechst - Marion - Roussel) et François-Xavier RUSSOTTO Ingénieur de l’École Supérieure d’Électricité ‘informatique ne s’est réellement implantée en chimie analytique que depuis la ﬁn des années 1960, d’une part, en contribuant au développement spectaculaire de l’instrumentation de laboratoire et, d’autre part, en permettant une exploitation à la fois plus rapide et plus complète des quelques modèles mathématiques de traitement des signaux qui, pour la plupart, existaient déjà bien avant cette époque. Aujourd’hui, la plupart des instruments analytiques disponibles contiennent des microprocesseurs qui non seulement remplacent les composants électroni- ques câblés d’autrefois, mais encore permettent l’implantation de nouvelles fonctions comme un ﬁltrage numérique du signal ou des possibilités de calcul des méthodes chimiométriques (voir nota). Subséquemment, la précision des résultats a été améliorée de manière signiﬁcative. En outre, l’introduction de composants à haut niveau d’intégration a contribué fortement à l’augmentation de la ﬁabilité du matériel analytique. 1. Les instruments analytiques avant l’arrivée du microprocesseur ................................................................................. P 215 - 3 2. Introduction du microprocesseur dans l’instrumentation analytique ................................................................................................... — 3 2.1 Déﬁnition du microprocesseur.................................................................... — 3 2.2 Architecture d’un micro-ordinateur des années 1990............................... — 3 2.3 Interfaces des périphériques ....................................................................... — 9 2.4 Prise en compte de l’informatique au sein de l’instrumentation analytique...................................................................................................... — 12 3. Transmissions de données ..................................................................... — 14 3.1 Liaisons série et parallèle ............................................................................ — 14 3.2 Réseaux locaux............................................................................................. — 15 3.3 Transmissions par modem .......................................................................... — 17 3.4 Architecture client-serveur .......................................................................... — 19 3.5 Le réseau Internet......................................................................................... — 19 3.6 Schéma type d’un réseau d’entreprise actuel intégrant l’activité analytique...................................................................................................... — 22 4. Stockage des données ............................................................................ — 22 4.1 Les ﬁchiers .................................................................................................... — 22 4.2 Les bases de données.................................................................................. — 23 5. Conclusion.................................................................................................. — 25 Pour en savoir plus ........................................................................................... Doc. P 217 L UTILISATION DE L’INFORMATIQUE EN CHIMIE ANALYTIQUE : BASES _____________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. P 215 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Analyse et Caractérisation Nota : cette déﬁnition a été proposée en 1975 lors de la création de la Chemometrics Society : Les méthodes chimiométriques s’appuient généralement sur des méthodes mathématiques, statistiques ou informatiques connues et adaptées à la spéciﬁcité de l’information chimique. Leur application nécessite presque toujours l’emploi d’ordina- teurs qui trouvent ainsi un très vaste domaine d’application au laboratoire. Enﬁn, les nouveaux instruments mis sur le marché, peuvent eux-mêmes être connectés à des ordinateurs puissants pouvant stocker dans des bases de don- nées générales, données brutes ou spectres, et informations annexes permet- tant, si besoin était, de retrouver leur provenance. Ainsi, se trouve aujourd’hui, mise à la disposition de l’analyste, une source énorme de connaissances, dont un certain nombre de méthodes mathématiques nouvelles, elles-mêmes infor- matisées, permettent d’extraire le maximum d’informations. Si l’on veut classer les différents niveaux auxquels l’informatique s’est intro- duite, il faut préciser tout d’abord la place que tend à occuper le laboratoire de chimie analytique moderne. À cette ﬁn, il faut distinguer la chimie analytique et l’analyse chimique. Cette dernière inclut les opérations d’échantillonnage, de préparation de l’échantillon et la mesure proprement dite : elle a pour but immé- diat de donner un résultat d’analyse quantitatif, comme la concentration d’un constituant dans un échantillon, ou qualitatif, comme la présence ou l’absence d’un élément. La chimie analytique, quant à elle, englobe l’analyse chimique et l’ensemble des méthodes d’interprétation des résultats ou de prise de décision : son but est de résoudre un problème dans sa généralité. Ainsi, le dosage du plomb dans un échantillon relève de l’analyse chimique ; en revanche, évaluer et contrôler la pollution d’un écosystème par le plomb repose sur la mise en œuvre d’une méthodologie de chimie analytique. Cet article veut montrer en quoi l’informati- que est aujourd’hui indispensable à la pratique quotidienne dans les laboratoi- res, qu’il s’agisse de faire des analyses chimiques ou de mettre en œuvre une méthodologie de chimie analytique. À l’heure actuelle, on peut rencontrer l’informatique en chimie analytique à sept niveaux: — pour la gestion des composants de l’appareil analytique, ce qui aboutit le plus souvent à une automatisation de celui-ci ; — pour l’acquisition des données brutes à la sortie de l’instrument de mesure ; — pour le transfert, la mise en forme et le stockage des données brutes ; — pour l’automatisation des préparations d’échantillons en amont de la méthode analytique ; — pour la transformation de la donnée brute en donnée élaborée (le résultat) et son interprétation en vue de résoudre le problème analytique ; — pour la gestion du laboratoire d’analyse ; — enfin, plus généralement, pour la gestion de l’information utilisée par l’ana- lyste (bases de structures moléculaires, système expert, réseau de neurones). Nombre des techniques abordées ici ont fait l’objet d’articles dans la littérature spécialisée ; nous insisterons donc ici, sur ce qui est spéciﬁque pour leur mise en œuvre en chimie analytique sans entrer dans le détail de leur théorie. Nous traitons dans cet article des bases de l’informatique mise à la disposition du laboratoire tandis que la deuxième partie de l’ouvrage [P 216] traite plus par- ticulièrement des applications en chimie analytique. _____________________________________________________________________________ UTILISATION DE L’INFORMATIQUE EN CHIMIE ANALYTIQUE : BASES Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Analyse et Caractérisation P 215 − 3 1. Les instruments analytiques avant l’arrivée du microprocesseur Avant 1971, date d’introduction sur le marché de l’électronique, du premier microprocesseur (le 4004), les principales fonctions des instruments analytiques étaient pilotées par des modules électro- mécaniques et des circuits logiques. Prenons l’exemple du spectro- photomètre d’absorption DK2 de Beckman [1]. Ce spectrophotomètre commercialisé au début des années 1960, et dont on trouvera une description succincte ﬁgure 1, permettait essentiellement l’enregistrement des courbes d’absorbance, après tracé de la ligne de base (solvant seul). Le spectrophotomètre com- portait deux boutons permettant de positionner la source de lumière (tungstène ou hydrogène) et le détecteur (cellule au sulfure de plomb ou photomultiplicateur). Il était commandé par des interrup- teurs électromécaniques permettant de lancer le moteur des lon- gueurs d’onde et celui de l’enregistreur, synchronisé sur le précédent. Quant à la valeur de la fente E, elle était ajustée constam- ment de manière que pour une solution de solvant la ligne de base soit approximativement horizontale d’un bout à l’autre de l’étendue de l’échelle des longueurs d’onde scrutée (en fait la largeur de fente était pilotée par un moteur asservi à la quantité de lumière arrivant sur le détecteur). Avec le spectrophotomètre à double faisceau Beckman DK2, on avait l’exemple d’un système piloté par des modules électromécaniques et logiques. Ces modules ont rendu de grands services, mais ils présentaient l’inconvénient d’être spéciﬁ- ques à une machine donnée. 2. Introduction du microprocesseur dans l’instrumentation 2.1 Déﬁnition du microprocesseur D’après R. Du Bois [2], le microprocesseur est né du besoin de mettre à la disposition de l’industrie, un circuit de contrôle, capable de s’adapter à différents modèles de machines ou pouvant être construit à une échelle permettant de réduire les coûts de manière signiﬁcative. En fait, ce qui différencie de manière fondamentale, le microprocesseur des circuits logiques qui l’ont précédé, c’est que son fonctionnement n’est plus régi par un montage électronique, mais par un programme informatique spéciﬁque stipulant (pas à pas), au microprocesseur les tâches qu’il doit mettre en œuvre. En conséquence, « un microprocesseur peut être considéré comme un circuit intégré logique commandé pas un programme informatique » (R. Du Bois). Dans les paragraphes qui suivent nous allons procéder à quel- ques rappels concernant l’architecture d’un micro-ordinateur des années 1990 et nous donnerons quelques informations concernant son fonctionnement, puis nous rappellerons quelques notions concernant l’interfaçage des périphériques. Tous ces rappels nous permettront de présenter en ﬁn du paragraphe 2, la structure d’un spectrophotomètre moderne piloté par microprocesseur. 2.2 Architecture d’un micro-ordinateur des années 1990 Le micro-ordinateur dont il sera ici question s’appuie sur un microprocesseur Intel i386. Pourquoi ce choix ? Tout d’abord, parce que le i386, sorti en 1985 a été le premier microprocesseur 32 bits de la ﬁrme Intel, ce qui rendaient à l’époque les micro-ordinateurs bâtis à partir de celui-ci, comparables à quel- ques mini-ordinateurs de début de gamme. Également parce que le i386 a été le premier microprocesseur à permettre de tirer un réel parti des interfaces utilisateurs graphiques (IUG), qui vont donner un formidable essor à la micro-informatique. En outre, parce qu’il offrait un « mode protégé » : des programmes informatiques com- plexes pouvaient dès lors être exécutés simultanément sans interfé- rer entre eux. Mais aussi, parce que l’architecture du micro- ordinateur élaborée à partir du i386 se voyait complétée de deux bus d’extension (EISA et MCA) qui par leur rapidité d’échange (plus de 30 Mo/s) permettaient la uploads/Management/ p215-pdf.pdf