Article de référence | Réf : J2245 v1

Caractérisation des poudres. Objectifs et enjeux
Mise en œuvre des poudres - Principes physiques des solides divisés

Auteur(s) : Khashayar SALEH

Date de publication : 10 avr. 2022

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RÉSUMÉ

La maîtrise et l’optimisation des procédés solides divisés nécessitent de connaître les techniques de caractérisation de leurs propriétés en lien avec les procédés utilisés ou les fonctionnalités recherchées. L’objectif de cet article est de présenter les bases scientifiques nécessaires à l’élaboration ou à l’utilisation des techniques de caractérisation des solides divisés. Il présente un aperçu général des particularités, voire des singularités, qui différencient la phase "solides divisés" des autres états de matière ainsi que des facteurs importants et des principes généraux qui régissent le comportement des poudres dans différents environnements/conditions.

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Auteur(s)

  • Khashayar SALEH : Professeur des Universités - Alliance Sorbonne/Université de Technologie de Compiègne - Département Génie des Procédés Industriels - Labo. TIMR, France

INTRODUCTION

La majorité des produits mis en œuvre dans l'industrie chimique ou utilisés dans notre vie quotidienne passent à un moment ou un autre de leur cycle de vie sous forme de poudre. La maîtrise et l’optimisation des propriétés d’usage de ces produits ainsi que des procédés qui les leur confèrent nécessite une meilleure compréhension du comportement des solides divisés. Néanmoins, malgré leur importance industrielle et économique, la physique des milieux granulaires n’est pas encore assez bien établie et le comportement des poudres lors des différentes opérations de mise en œuvre ou de mise en forme reste encore mal maîtrisé. Cette difficulté à décrire le comportement des milieux granulaires résulte essentiellement de la nature divisée des systèmes concernés qui leur confère des spécificités, voire des singularités, les distinguant manifestement des milieux continus classiques gaz, liquide ou solide. Ces particularités ont même poussé certains scientifiques à considérer l’état « solides divisés » comme un (quatrième) état de matière à part entière. Or, la connaissance de ces éléments distinctifs, décrits dans cet article, est un préalable indispensable pour une meilleure maîtrise des procédés de mise en œuvre des poudres ainsi qu’une interprétation éclairée des résultats issus de certains tests de caractérisation. Il s’agit plus particulièrement des principes fondamentaux de la statique des milieux granulaires ainsi que des interactions, solides-solides ou solides-fluides, qui peuvent être présentes au sein de ces milieux. Les principaux objectifs et enjeux de la caractérisation des poudres sont également présentés.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-j2245


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4. Caractérisation des poudres. Objectifs et enjeux

La caractérisation d’une poudre peut avoir des objectifs multiples tels que :

  • mieux connaître son produit ;

  • mieux maîtriser les procédés associés ;

  • obtenir des données nécessaires à la modélisation des procédés et aux calculs d’ingénierie ;

  • contrôler la qualité du produit ;

  • vérifier la conformité du produit d’un lot à l’autre ;

  • comparer son produit à ceux des concurrents.

Quel que soit l’objectif de la caractérisation, la question centrale qui se pose est « quelles propriétés caractériser en fonction de l’application visée ou des fonctionnalités recherchées ? ». En effet, si dans le cadre d’une démarche qualité l’objectif est plutôt de vérifier la conformité du produit, on cherche de plus en plus à établir les liens entre les propriétés de la poudre, son comportement dans différentes conditions, ses fonctionnalités et les paramètres de procédé. La réponse à cette demande nécessite de connaître les principes fondamentaux et les lois physiques qui régissent le comportement des poudres et qui gouvernent les relations procédés – produits – propriétés. Toutefois, pour des raisons qui ont été expliquées précédemment, l’état actuel des connaissances et les techniques de caractérisation existantes ne donnent qu’un accès partiel aux objectifs affichés ci-dessus.

Dans l'idéal, une technique de caractérisation des poudres devrait satisfaire plusieurs conditions résumées sur la figure 8. Toutefois, la majorité des tests existants souffre de plusieurs inconvénients, tels que :

  • besoin d’un personnel qualifié ;

  • mauvaise répétitivité et reproductibilité des essais ;

  • résultats dépendants de l’opérateur ;

  • tests longs (d’autant plus contraignant que les tests se prêtent mal à l’automatisation).

Il y a donc encore nécessité d’élaborer des moyens de caractérisation plus rationnels, plus universels et plus fiables afin de mieux connaître l’état solides divisés.

À...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - CHARPENTIER (J.C.), Mc KENNA (T.F.) -   Managing complex systems : some trends for the future of chemical and process engineering.  -  Chemical Engineering Science, 59(8) : p. 1617-1640 (2004).

  • (2) - DURAN (J.) -   Sables poudres et grains introduction à la physique des matières granulaires.  -  Eyrolles Sciences ed. (1997).

  • (3) - RUMPF (H.) -   The strength of granules and agglomerates.  -  In Agglomeration, KNEPPER (W.A.), John Wiley. p. 379-418 (1962).

  • (4) - BRUCE (E.P.), JOHN (M.P.), John (P.O.C.) -   Properties of Gases and Liquids.  -  Fifth Edition. New York : McGraw-Hill Education (2001).

  • (5) - SALEH (K.), GUIGON (P.) -   Mise en œuvre des poudres – Stockage et écoulement des silos.  -  Techniques de l'Ingénieur, article [J 2 255] (2012).

  • (6)...

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