Résumé -Le traçage radioactif comme aide au diagnostic des réacteurs chimiques -Le traçage radioactif apparaît souvent comme le seul moyen de caractérisation fine et non perturbatrice des écoulements de matière dans les réacteurs chimiques. Sous réserve de l'observation de certaines conditions méthodologiques, ce traçage permet d'étudier, au sens du génie des procédés, l'écoulement d'une phase dans un réacteur, par exemple par l'obtention des distributions des temps de séjour locales ou distributions d'âges internes. Ces distributions permettent aussi de déterminer la nature de l'écoulement tracé aux fins d'extrapolation d'échelle ; on donne l'exemple de l'étude de l'hydrodynamique d'une colonne à garnissage. Elles peuvent aussi constituer des moyens de validation des codes numériques de mécanique des fluides, comme l'illustre l'exemple du traçage d'un réacteur de cristallisation par désublimation d'un gaz chaud par un gaz froid. Dans celui-ci, l'aérodynamique numérique est confirmée par la construction expérimentale d'un modèle systémique équivalent ; la zone réactionnelle est alors localisée numériquement avec un réel degré de confiance. Une propriété spécifique du traçage radioactif réside dans le fait que le signal enregistré par une sonde nucléaire est inversement proportionnel au débit volumique du traceur au voisinage de cette sonde. On peut alors remonter à la température locale par bilan enthalpique, comme l'illustre l'exemple du traçage d'un four de trempe. Ces mesures, si elles peuvent mettre en évidence des maldistributions, ne peuvent les localiser ; c'est l'objet des techniques d'imagerie, dynamiques ou non. Parmi elles, la tomographie d'émission de photon unique (TEPU) permet de reconstruire l'image de la répartition du traceur en écoulement dans une section d'un réacteur cylindrique à partir d'un nombre limité de détecteurs nucléaires. Les avantages et limitations de cette technique sont discutés et un exemple d'application à la localisation de maldistributions est donné. Enfin, le traitement des images données par une gamma-caméra permet aussi de visualiser et d'estimer la répartition locale d'un traceur radioactif dans un réacteur catalytique triphasique de laboratoire de type Mahoney-Robinson, utilisé pour la désulfuration des gazoles. L'effet de l'agitation sur l'efficacité locale des transferts liquide et gazeux est mis en évidence.Mots-clés : radiotraceur, interactions photon-matière, codes Monte-Carlo, CFD (simulation numérique de la mécanique des fluides), tomographie, problèmes inverses, simulation.
Abstract