Article paru en mai 2000La tomographie donne de meilleurs yeux aux industriels
Visualiser la répartition des phases à l'intérieur d'un réacteur opaque ou d'une tour de cracking ? La tomographie sait le faire... Encore fallait-il développer un outil simple, économique et de mise en oeuvre rapide. Le DAMRI l'a fait...
Pour améliorer les procédés de cracking des hydrocarbures lourds, l'IFP étudie les écoulements des phases en réaction dans un mélange de pétrole, d'hydrogène et de catalyseur (liquide-gaz-solide). Leurs vitesses peuvent être obtenues en suivant chaque phase, grâce à un traceur dont le passage est détecté par des capteurs externes. Cette technique est maîtrisée de longue date par le DAMRI, mais il fallait, en plus, visualiser la répartition des composants dans une coupe de la colonne (par exemple l'homogénéité en densité du catalyseur). C'est ce que permet désormais la jauge tomographique que le DAMRI vient de livrer à l'IFP, un appareil facilement démontable qui permet d'instrumenter deux maquettes de colonnes (au 1/10ème) de 40 et 60 cm de diamètre.
Une bonne résolution avec peu de détecteurs
Le tomographe utilise le faisceau d'un radio-isotope émetteur gamma (césium 137). L'atténuation du faisceau qui traverse la maquette est mesurée par des détecteurs (32 seulement, par souci d'économie) et permet de déterminer le taux de présence gaz/liquide au sein du lit de catalyseur. En fait, précise Samuel Legoupil, ingénieur du DAMRI/SAR, "l'appareillage tourne autour de la colonne, parce que "l'image" résulte d'une reconstruction mathématique obtenue à partir des mesures pour 64, 128 ou même 256 projections sur un tour complet". Pour 128 projections, la coupe réalisée en 40 minutes indique le taux de vide avec une incertitude de 2% et une résolution spatiale de 2% du diamètre.
En dépit des difficultés mécaniques, s'ajoutant à la sévérité des contraintes de sécurité (fonctionnement en milieu explosif), l'outil développé, réellement industriel, est désormais disponible pour de multiples contrôles ou études : réacteurs chimiques, mélangeurs, etc...
Pétrole libre, résines, caoutchouc, alliages métalliques, explosifs...
Dans le même esprit, les méthodologies et équipements mis au point par le DAMRI ouvrent la voie à l'étude de phénomènes jusqu'ici pratiquement inaccessibles... Par exemple, la manière dont s'effectuent les écoulements dans des roches emprisonnant du pétrole.
En effet, après avoir extrait le pétrole "libre", il faut aujourd'hui récupérer le pétrole "captif". L'écoulement des fluides est étudié sur des carottes (Ø 50 mm) maintenues dans des conditions de forage réalistes (1000 bars, 150°C)... avec un sérieux problème : ces 1000 bars imposent la présence de deux barreaux en acier (Ø 30 mm), qui masquent 20% de l'information normalement disponible. "Tout le problème consiste à trouver les bons algorithmes qui permettent de reconstruire en projection tronquée". Problème résolu par le DAMRI grâce à l'adaptation astucieuse de méthodes statistiques itératives.
Les jauges et équipements développés par le DAMRI s'adaptent aujourd'hui aux contraintes industrielles et environnementales, mais d'autres domaines que celui du pétrole sont concernés. Tels ceux des résines, du caoutchouc, des pièces en alliages métalliques, ou des explosifs (homogénéité du mélange liant-poudre) "en un mot, partout où l'hétérogénéité que l'on souhaiterait voir ou contrôler se trouve masquée par une paroi ou bien par le produit lui-même".
