La radiométrie dans l’industrie: quand l’instrumentation conventionnelle atteint ses limites

La radiométrie est un procédé de mesure physique qui exploite les propriétés physiques du rayonnement gamma traversant la matière. Selon la densité et l’épaisseur du produit traversé, le rayonnement est plus ou moins affaibli. Cette atténuation peut être mesurée avec précision et convertie en données process pertinentes.
Un avantage déterminant : la mesure s’effectue intégralement de l’extérieur. Les capteurs n’entrent jamais en contact avec les fluides de process et mesurent à travers les parois des tuyauteries ou des cuves. La mesure radiométrique est donc particulièrement adaptée aux applications exigeantes et critiques en matière de sécurité.

Un système de mesure radiométrique se compose essentiellement de trois éléments :

• Source de rayonnement
  On utilise des isotopes radioactifs scellés à longue durée de vie tels que le césium 137 ou le cobalt 60, qui émettent en continu un rayonnement gamma de haute énergie. Le choix de l'isotope dépend de l'application : tandis que le césium 137 convient aux mesures de niveau et de densité, le cobalt 60 est plutôt utilisé pour des cuves à parois épaisses ou aux grandes canalisations en raison de son niveau d'énergie plus élevée. 

• Conteneur blindé
  Le conteneur blindé VEGASOURCE protège la source avec fiabilité dans toutes les directions et ne laisse passer le rayonnement que sur une trajectoire définie.

• Détecteur
  Le détecteur est l'élément central de la mesure radiométrique : il capte le rayonnement gamma émis par la source qui a traversé le produit à mesurer. VEGA utilise ici le principe de la scintillation, dans lequel un scintillateur, généralement un matériau synthétique organique (PVT ou PS) ou un cristal d'iodure de sodium (NaI) convertit les particules gamma reçues en impulsions de lumière. Ces signaux lumineux sont ensuite détectés par un photomultiplicateur (PMT), amplifiés et convertis en impulsions électriques qui sont recensées par un compteur Geiger. Plus le détecteur capte de rayonnement, plus le nombre d'impulsions générées est élevé.

À l'inverse, plus le matériau traversé est dense ou épais, plus le rayonnement est atténué et moins le détecteur génère d'impulsions. Cette relation inversement proportionnelle permet de déterminer avec précision des grandeurs telles que le niveau, la densité, le niveau limite, les interfaces ou le débit massique. L'électronique de traitement intégrée aux capteurs VEGA convertit les impulsions du compteur en valeur de mesure. Grâce à leur construction robuste et à leur grande sensibilité, les détecteurs à scintillation VEGA se sont imposés dans les applications exigeantes. Ils sont disponibles en divers formats et longueurs pour les zones à risque d'explosion, les géométries complexes et les grandes plages de mesure.

La mesure radiométrique fait partie des méthodes les plus fiables de l'instrumentation de process industrielle. Voici un aperçu de ses principaux avantages :

Sans contact, sans usure et nécessitant peu d'entretien
Comme aucun composant électrique n'entre en contact avec le produit à mesurer, l'appareil ne subit aucune usure mécanique. Les joints, les pièces mobiles ou les phénomènes de fatigue des matériaux dus aux contraintes chimiques ou thermiques sont totalement éliminés. La maintenance des capteurs est considérablement simplifiée, car ils ne nécessitent ni nettoyage ni recalibrage régulier en cours d’exploitation.

Les détecteurs radiométriques mesurent sans contact et en toute sécurité à travers les parois massives ou épaisses des cuves, indépendamment des températures et des pressions process parfois élevées.

Insensibles aux températures extrêmes, aux variations de pression, à la vapeur, à la condensation et au colmatage, les capteurs radiométriques fournissent des mesures stables et reproductibles indépendamment des conditions ambiantes, puisqu’aucune réflexion de signal ni perturbation du champ de mesure ne se produit à l’intérieur du process.

Grande sécurité du process, même en présence de produits agressifs et toxiques
En particulier avec des milieux hautement agressifs, abrasifs ou toxiques, la mesure sans contact à travers les parois des canalisations ou des réservoirs et indépendamment du produit, améliore considérablement la sécurité des personnes et des installations. La mesure radiométrique fournit des valeurs fiables même en présence d’acides, de solvants ou de boues fortement basiques.

Installation simple et mise à niveau flexible
Les systèmes radiométriques s'intègrent en retrofit dans les installations existantes sans transformations structurelles et, le plus souvent, sans interruption du process. Le détecteur et le conteneur blindé se montent à l'extérieur de la canalisation ou du réservoir. L'intégration dans les systèmes de contrôle existants s'effectue via des interfaces analogiques ou numériques. Pour cela, VEGA propose un large éventail d'accessoires de montage convenant à tous les diamètres de tuyauterie et tous les réservoirs et offre une assistance détaillée pour le dimensionnement ainsi qu'une aide pour l'obtention des autorisations nécessaires.

La mesure radiométrique est utilisée partout où les méthodes de mesure conventionnelles atteignent leurs limites physiques, chimiques ou mécaniques. À l’exemple des applications typiques suivantes, on comprend pourquoi la mesure radiométrique est devenue incontournable dans de nombreux secteurs, que ce soit pour assurer la sécurité du travail, la continuité des process ou la qualité. Alors que la radiométrie contourne les limites des technologies de mesure conventionnelles grâce à un principe agissant depuis l’extérieur, indépendamment des caractéristiques physiques des produits, les capteurs capacitifs, hydrostatiques et optiques nécessitent un contact avec le produit et sont sensibles aux colmatages, à la formation de mousse ou aux produits chimiques agressifs. La formation de vapeur, les variations de pression ou des produits fortement absorbants peuvent pousser les capteurs radar et ultrasons dans leurs retranchements.

Détection de niveau
Dans les silos contenant des produits très poussiéreux ou collants, les détecteurs de niveau radiométriques signalent avec fiabilité l'atteinte de niveaux critiques, pour assurer la sécurité antidébordement ou pour le déclenchement automatique de signaux de démarrage/arrêt des convoyeurs.

Mesure de niveau
Dans les grandes cuves sous pression ou les réservoirs dotés d’une isolation thermique, comme par exemple dans la pétrochimie ou les centrales électriques, la mesure de niveau radiométrique est souvent la seule solution praticable. Les détecteurs fournissent des mesures précises sur toute la hauteur des cuves, sans interruption du process ni ouverture du réservoir.

Mesure de densité
La mesure de densité radiométrique permet de surveiller en continu les liquides ou les suspensions, directement dans les tuyauteries. Les applications typiques sont la mesure de concentration, la détection de phases ou le suivi qualité. La mesure de densité basée sur des paramètres physiques permet de piloter le process avec précision dans les réacteurs ou les cuves de mélange.

Mesure de profil de densité et détection d'interface
Pour établir un profil de densité, on monte plusieurs détecteurs le long d’une cuve. Cela est particulièrement avantageux pour les milieux multiphasiques car les interfaces entre phase huileuse et phase aqueuse, ou la décantation dans les bassins d’épuration et les colonnes de séparation peuvent ainsi être détectés de manière fiable.

Mesure de débit massique
Sur les convoyeurs à bande ou à vis sans fin, la technologie radiométrique permet d’effectuer une mesure de débit massique sans contact : idéale pour les matériaux abrasifs ou à haute température comme les minerais, le ciment, le charbon ou les matériaux recyclés. Alors que les systèmes de pesage classiques sur convoyeurs sont sensibles aux perturbations et nécessitent une maintenance intensive, la solution radiométrique fonctionne indépendamment de la vitesse de la bande, du profil de charge et des facteurs ambiants.

Les principes de mesure conventionnels sont fiables et économiques dans de nombreuses applications. Cependant, ils atteignent leurs limites dans les conditions extrêmes. La radiométrie n’est pas là pour les remplacer, mais pour offrir un complément hautement spécialisé en instrumentation industrielle.

Elle permet d’effectuer des mesures aux endroits « impossibles » et apporte une contribution décisive à la stabilité du process, à la disponibilité des installations et à la sécurité du travail, que ce soit pour la mesure ou la détection de niveau, ainsi que la mesure de densité, d’interface ou de débit massique.

Son fonctionnement sans contact, indépendant des conditions ambiantes extrêmes et très précis, en font un élément indispensable de l’instrumentation industrielle moderne notamment pour les exploitants d’installations complexes.

Si vous devez travailler avec des températures extrêmes, des produits agressifs ou des configurations de montage complexes, la mesure radiométrique vous offre une solution robuste, sûre et économique à long terme.