Notions sur les écoulements bi-phasiques
Manutention pneumatique de produits en vrac

Dans les procédés du vrac, on trouve généralement les opérations de :

• séchage ;

• granulation ;

• broyage ;

• tamisage ;

• dosage ;

• mélange ;

• homogénéisation ;

• stockage ;

• ensachage…

Ces opérations sont reliées entre elles par des systèmes de manutention pneumatique. Ces systèmes consistent à effectuer les opérations de transport à l'aide d'appareils, dont le principe est basé sur l'entraînement d'un produit solide en vrac, au moyen d'un courant gazeux dans une conduite étanche.

Le développement de cette technologie a suivi la formidable évolution de la chimie minérale, de la chimie organique, de l'agroalimentaire et de la pharmacie.

Dans le domaine de la chimie minérale, tous les produits sous la forme pulvérulente ou granuleuse sont aujourd'hui transportés grâce à cette technique :

• ciment ;

• sable ;

• minerais et minéraux ;

• cendres issues de la combustion ;

• minerais uranifères ;

• dioxyde de titane ;

• constituants des produits lessiviers…

Dans le domaine de la chimie organique, on retrouve principalement les matières plastiques sous la forme de poudre ou de granulés (PP, PE, PVC, PS, PET, PC, PA…), mais également la biomasse sous de nombreuses formes.

Dans le domaine de l'agroalimentaire, le fait le plus marquant aura été l'évolution vers la restauration rapide. Pour alimenter les différentes machines de fabrication de ces produits, il a fallu imaginer toutes les opérations de logistique et de gestion des flux. On retrouve ainsi les postes suivants :

• acheminement des matières premières depuis les sites de production vers les sites de transformation et stockage ;

• distribution, dosage et mélange de ces différentes matières vers la fabrication de produits finis ;

• conditionnement et acheminement vers les magasins de distribution.

Dans le domaine de la pharmacie, les règles d'hygiène et de sécurité, ainsi que l'augmentation des capacités de production, ont imposé cette technologie dans bien des cas.

Qui aurait pu imaginer, en 1900, que l'on transporterait pneumatiquement des granulés de plastique, des céréales pour le petit-déjeuner, des fraises, des paillettes de glace, des cacahuètes enrobées de chocolat, ou encore des médicaments en comprimés à des débits de matière pouvant dépasser 50 t/h, sur des distances pouvant atteindre plusieurs centaines de mètres ?

Aujourd'hui, il est d'usage de distinguer trois grandes familles de manutention pneumatique :

• les transports en phase diluée (vitesse du gaz élevée : 15 à 35 m/s, faible concentration) ;

• les transports en phase dense continue (vitesse du gaz moyenne : 8 à 15 m/s, concentration moyenne) ;

• les transports en phase dense discontinue (vitesse du gaz faible : 1 à 8 m/s, forte concentration).

Ces systèmes de transport pneumatique doivent être mis en œuvre dans des conditions qui garantissent, à l'industriel : l'obtention des performances souhaitées, le respect de qualité des produits et la préservation de l'environnement. En effet, des opérations de transport mal maîtrisées peuvent réduire à néant tous les efforts réalisés pendant la fabrication pour l'obtention du produit souhaité. Les caractéristiques physiques du produit peuvent ainsi être totalement modifiées si, par exemple, le transport est réalisé à des vitesses inadaptées. On peut constater alors :

• une modification du spectre granulométrique ;

• des changements de couleur ;

• des modifications de surface ;

• la production de fines ;

• la modification de la masse volumique en vrac et de la coulabilité…

Une des solutions permettant d'éviter ces désagréments est de transporter les produits en phase dense discontinue à basse vitesse. Toutefois, ces systèmes de transport ont parfois un coût d'investissement plus élevé. Surtout, pour des distances et/ou des débits de matière importants. Pour certaines applications, une installation fonctionnant en phase continue (diluée ou dense), bien dimensionnée (pas de risques de bouchage, pas d'usure de la tuyauterie, dégradation minimale du produit, consommation d'énergie optimale…), peut répondre parfaitement aux exigences du procédé. La combinaison d'un système fonctionnant en phase diluée, et d'un système fonctionnant en phase dense à basse vitesse, peut également s'avérer une bonne solution.