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La tomographie de process désigne une famille de techniques de mesure. Elles reconstruisent une image de la section interne d'une canalisation, d'une cuve ou d'un réacteur. Pendant que le procédé fonctionne, sans le perturber. Un capteur classique fournit une valeur en un point. La tomographie de process fournit une distribution. Comment les phases, les concentrations ou les interfaces se répartissent dans la section, instant par instant.
Trois techniques électriques dominent la famille : la tomographie capacitive (ECT), la tomographie de résistance électrique (ERT) et la tomographie d'impédance électrique (EIT). Cet article explique leur principe commun, ce qui les distingue, et comment choisir selon les fluides. Il précise aussi ce qu'il ne faut pas confondre avec la tomographie industrielle à rayons X. Celle-ci répond à une tout autre question.
Qu’est-ce que la tomographie de process ?
La tomographie de process applique le principe du scanner médical à un procédé en fonctionnement. Des capteurs disposés autour de la conduite mesurent une grandeur physique à travers la section. Un algorithme de reconstruction en déduit une image de la distribution interne. La mesure est non intrusive : rien ne pénètre dans l'écoulement. Et temps réel : l'image se rafraîchit en continu, au rythme du procédé.
Ce que cette image révèle dépend de la grandeur mesurée. Mais les usages types sont constants.
- Distinguer des phases (liquide/gaz, produit/eau).
- Suivre une interface en mouvement.
- Détecter une hétérogénéité : dépôt, stratification, poche.
- Caractériser un régime d'écoulement.
Autrement dit : transformer la canalisation en volume observable. Ce tube opaque que l'instrumentation classique contourne, en mesurant ses entrées et sorties.
La discipline s'est développée depuis les années 1980-1990 dans les laboratoires de génie des procédés. Elle s'industrialise depuis une quinzaine d'années. L'électronique de mesure et la puissance de calcul embarquée permettent désormais des systèmes compacts et rapides.
ECT, ERT, EIT : quelles différences entre les trois tomographies électriques ?
Les trois techniques partagent la même architecture. Des électrodes réparties autour de la section, une excitation électrique, la mesure des réponses, une reconstruction. Mais elles ne mesurent pas la même propriété du fluide. C'est ce qui détermine leur domaine d'application.
La tomographie capacitive (ECT, Electrical Capacitance Tomography) mesure la distribution de permittivité. C'est-à-dire la capacité des matériaux à se polariser dans un champ électrique. Ses électrodes ne touchent pas le fluide : elles peuvent être hors de la paroi isolante. Elle est adaptée aux fluides non conducteurs. Hydrocarbures, poudres, gaz, plastiques fondus. Domaines types : lits fluidisés, transport pneumatique, écoulements pétroliers gaz/huile.
La tomographie de résistance électrique (ERT, Electrical Resistance Tomography) mesure la distribution de conductivité. Ses électrodes sont en contact avec le fluide. Elle exige un fluide au moins partiellement conducteur : solutions aqueuses, suspensions, boues. Domaines types : cuves agitées, procédés miniers, hydrométallurgie, suivi de mélange.
La tomographie d'impédance électrique (EIT, Electrical Impedance Tomography) est la forme la plus complète. Elle mesure l'impédance : la composante résistive (conductivité) et la composante réactive (permittivité). Éventuellement à plusieurs fréquences d'excitation. Elle couvre le domaine de l'ERT et l'étend. Des fluides aux conductivités proches peuvent se distinguer par leur comportement en fréquence. C'est la technique la plus répandue en imagerie médicale (surveillance pulmonaire). C'est celle que nous avons retenue pour l'industrie. Son principe, son instrumentation et ses performances sont détaillés dans notre guide de la tomographie d'impédance électrique.
En pratique, le choix se résume à une question. Vos fluides conduisent-ils l'électricité ?
- Fluides aqueux, produits alimentaires, solutions de nettoyage : ERT ou EIT.
- Hydrocarbures, poudres sèches, gaz : ECT.
- Mélanges ou fluides intermédiaires : l'EIT multifréquence offre la plus grande latitude.
Tomographie de process ou tomographie industrielle à rayons X : ne pas confondre
Les deux expressions se ressemblent, les deux techniques n'ont presque rien en commun. La tomographie industrielle à rayons X est un outil de métrologie et de contrôle qualité. Une pièce fabriquée est placée dans un tomographe qui reconstruit sa géométrie interne en trois dimensions. À très haute résolution, pour détecter porosités, fissures ou écarts dimensionnels. C'est un examen hors ligne, sur un objet statique, réalisé en laboratoire ou en salle de contrôle.
La tomographie de process observe un fluide en mouvement, dans une installation en fonctionnement, en continu. Sa résolution spatiale est plus modeste. On ne cherche pas le micron : on cherche la phase, l'interface, le dépôt. Mais sa résolution temporelle est incomparable. Des dizaines à des centaines d'images par seconde, de quoi suivre la dynamique d'un écoulement.
Chercher « tomographie industrielle » mène presque exclusivement au premier univers, le contrôle de pièces. Pour l'observation de procédés en ligne, la terminologie consacrée est « tomographie de process » ou « tomographie de procédé ». Et pour les techniques électriques, les sigles ECT, ERT et EIT.
À quoi sert la tomographie de process dans l’industrie
- Suivi d'interfaces produit/eau. Dans les procédés à cycles, production alimentaire ou nettoyage en place, la tomographie suit le front entre deux fluides. Position, épaisseur de la zone de mélange, homogénéité. C'est ce qui permet de piloter une vanne de déviation au moment exact de la transition. Au lieu d'appliquer des marges temporelles.
- Caractérisation d'écoulements multiphasiques. Répartition liquide/gaz, régimes d'écoulement (stratifié, à poches, dispersé), taux de vide. Autant de grandeurs que les débitmètres classiques mesurent mal dès que l'écoulement cesse d'être homogène. Nous y consacrons un article dédié.
- Détection d'encrassement et de dépôts. Un dépôt en paroi modifie la distribution mesurée bien avant d'affecter la perte de charge. La tomographie en fait une grandeur de surveillance conditionnelle, exploitable en maintenance.
- Suivi de mélange et d'homogénéisation. Dans les cuves et réacteurs, l'image de la distribution révèle les zones mortes. Elle donne le temps réel d'homogénéisation, plutôt qu'un temps de mélange forfaitaire.
Comment s’intègre un tomographe de process sur une ligne ?
Un système moderne se présente comme un tronçon de canalisation instrumenté. Il s'insère dans la ligne, sans organe intrusif. Il restitue ses mesures à l'automate comme n'importe quel instrument de process. C'est l'architecture du capteur SCAN42, qui met l'EIT en œuvre dans un format industriel. Conception non intrusive sans zone de rétention. Matériaux au contact conformes CE 1935/2004 pour les applications alimentaires. Et tenue aux conditions de process, cycles de nettoyage compris.
Deux points de vigilance à l'intégration :
- La reconstruction s'exécute aujourd'hui en local, dans le capteur. Les données transmises à l'automate sont des grandeurs exploitables : position d'interface, indicateurs de distribution. Pas des images brutes à post-traiter.
- Et comme pour toute mesure électrique, une phase de faisabilité sur les fluides réels reste la règle. Le contraste électrique entre les fluides à distinguer détermine la performance atteignable.
FAQ: Tomographie de process
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Quelle est la différence entre ECT, ERT et EIT ?
L'ECT mesure la permittivité et convient aux fluides non conducteurs : hydrocarbures, poudres, gaz. L'ERT mesure la conductivité et convient aux fluides aqueux. L'EIT mesure l'impédance complète, conductivité et permittivité, éventuellement à plusieurs fréquences. Elle couvre le domaine le plus large, y compris des fluides électriquement proches.
La tomographie de process est-elle intrusive ?
Non, au sens où rien ne pénètre dans l'écoulement en fonctionnement. Les capteurs sont disposés autour de la section. Au contact de la paroi interne pour l'ERT et l'EIT, derrière une paroi isolante pour l'ECT. Une fois en place, l'installation ne crée ni obstacle, ni perte de charge, ni zone de rétention. En revanche, la pose demande d'insérer le capteur comme un tronçon de canalisation. Elle nécessite donc de couper la ligne et une courte interruption de production, lors d'un arrêt programmé.
Quelle est la différence avec la tomographie industrielle à rayons X ?
La tomographie à rayons X contrôle la géométrie interne de pièces statiques, hors ligne, à très haute résolution spatiale. La tomographie de process observe des fluides en mouvement, en continu, avec une résolution temporelle élevée. Ce sont deux outils différents pour deux questions différentes.
Quels fluides peut-on observer par tomographie électrique ?
Tout couple de fluides présentant un contraste électrique exploitable. Produit alimentaire/eau, eau/solution de nettoyage, liquide/gaz, suspension/liquide clair. Les techniques se répartissent selon la conductivité des fluides. C'est l'objet d'une étude de faisabilité en début de projet.
La tomographie de process remplace-t-elle les capteurs classiques ?
Non, elle les complète. Débitmètres, sondes de température et de pression restent les instruments des grandeurs globales. La tomographie apporte ce qu'aucun d'eux ne voit : la distribution dans la section. Interfaces, phases, dépôts, hétérogénéités.
Une interface, un dépôt, un écoulement que votre instrumentation ne voit pas ?
Une étude de faisabilité sur vos fluides détermine ce que la tomographie peut en montrer.
