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RÉSUMÉ
La granulométrie et la morphologie des particules sont des caractéristiques incontournables d’une poudre. Ces paramètres influencent considérablement l’ensemble des comportements des poudres dans différentes conditions opératoires. Toutefois, la mesure de ces propriétés n’est pas une tâche triviale et présente de nombreuses subtilités, tant sur le plan théorique que pratique. Cet article présente les éléments théoriques et les principes de base associés à la caractérisation morphogranulométrique des poudres.
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Khashayar SALEH : Professeur des universités - Alliance Sorbonne/Université de Technologie de Compiègne - Département Génie des Procédés industriels, labo. TIMR, France
INTRODUCTION
La distribution granulométrique des particules ainsi que les paramètres caractéristiques de cette distribution font partie des paramètres les plus recherchés d’une poudre, tant pour la prédiction de son comportement que pour le calcul des opérations qui la mettent en œuvre : stockage, écoulement, séparation, fluidisation, échange thermique, réactions chimiques, dispersion, dissolution, etc.
Cet article traite de la granulométrie et de la morphologie des solides divisés. Tout d’abord, il présente les notions de base associées à la détermination des propriétés morphogranulométriques des particules individuelles (tailles caractéristiques, diamètres équivalents, facteurs de forme, facteurs de sphéricité). Puis, il décrit les méthodes théoriques couramment utilisées pour présenter et exploiter rigoureusement les données relatives à une population de particules (distribution de taille, taille moyenne, dispersion granulométrique, lois de distribution, représentations graphique ou mathématique). Enfin, il présente les principales techniques expérimentales utilisées pour l’analyse granulométrique des poudres (tamisage, analyse d’image, optique, gravitationnelle, etc.) en décrivant les principes physiques correspondant à chaque technique. L’accent est mis sur la nature des données obtenues en précisant quelle est la taille caractéristique mesurée par chaque technique et quelle est la base de mesure (en nombre ou en masse). L’objectif est de présenter les éléments nécessaires pour aider le lecteur dans le choix adapté d’une méthode pour l’application industrielle visée.
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Analyse statistique et expression des résultats
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2. Propriétés des particules individuelles
2.1 Tailles et diamètres équivalents
Comme nous venons de l’énoncer, dès qu’on s’éloigne d’une forme parfaitement régulière, la notion de taille n'a pas de sens physique absolu. La pratique courante pour contourner ce problème consiste à représenter la longueur caractéristique d’une particule par une taille équivalente. Cette dernière est définie en fonction de :
-
l’utilisation pour laquelle doit être faite l’information. En effet, la taille caractéristique doit être choisie judicieusement en fonction de l’application visée (fluidisation, stockage, transport, séparation, etc.) à l’image d’un individu qui ne donnerait pas la même réponse si on lui demandait sa taille, selon qu’il cherche des chaussures, une chemise, un chapeau, des pantalons, une ceinture ;
-
ce que l’instrument d’analyse peut mesurer. À titre d’exemple, comme nous le verrons plus loin, une technique de sédimentation mesure le diamètre de Stokes, un compteur Coulter le diamètre équivalent en volume et un tamis le diamètre de tamisage, etc.
Dans la plupart des cas, afin de définir une taille caractéristique, on est amené à assimiler la particule à une sphère hypothétique, ayant soit une même caractéristique géométrique (surface, volume, surface spécifique, etc.), soit un même comportement (à la sédimentation par exemple) que celle-ci. Dès lors, la taille caractéristique devient un diamètre de sphère équivalente.
En fonction de la caractéristique choisie, il est alors possible de définir plusieurs diamètres équivalents dont les principaux sont résumés dans le tableau 1.
Remarque 3 : une sphère est la forme géométrique développant une surface minimale par unité de volume....
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Propriétés des particules individuelles
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ALLEN (T.) - Particle size measurement. - 4th Edition, Chapman & Hall (1990).
-
(2) - LERCHE (D.) - Comprehensive Characterization of Nano- and Microparticles by In-Situ Visualization of Particle Movement Using Advanced Sedimentation Techniques. - KONA Powder and Particle Journal, 36, p. 156-186 (2019).
-
(3) - SAFFMAN (P.G.) - Low Reynolds Number Hydrodynamics. - By J. HAPPEL and H. BRENNER. Prentice-Hall, 1965. 553 p. £6. Journal of Fluid Mechanics, 28(4) : p. 826-828 (2006).
-
(4) - ALLEN (T.) - Powder Sampling and Particle Size Determination. - Ed. T. Allen, Amsterdam, Elsevier, 660 (2003).
-
(5) - DE JAEGER (N.) et al - Particle Sizing by Photon Correlation Spectroscopy Part I : Monodisperse latices : Influence of scattering angle and concentration of dispersed material. - Particle & Particle Systems Characterization, 8(1-4), p. 179-186 (1991).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Mise en œuvre des poudres – Principes physiques des solides divisés.
-
Mise en œuvre des poudres – Granulation humide : bases et théorie.
-
Mise en œuvre des poudres – Techniques de granulation humide et liants.
-
Mise en œuvre des poudres – Stockage et écoulement des silos.
-
Stockage et écoulement des solides granulaires dans les silos – Concepts de base et théorie.
-
Stockage et écoulement des solides granulaires dans les silos – Ingénierie...
NORMES
-
Granulats – Analyse granulométrique par tamisage, AFNOR. - P 180-560 - 1990
-
Qualité du sol – Détermination de la distribution granulométrique des particules du sol – Méthode à la pipette, AFNOR. - NF X31-107 - 2003
-
Granulométrie – Détermination de la taille des particules d'une poudre – Méthode par microscopie optique. - NF X11-661 - 1990
-
Essais pour déterminer les caractéristiques géométriques des granulats – Partie 1 : détermination de la granularité – Analyse granulométrique par tamisage. - NF EN 933-1 - 2012
-
Détermination de la distribution granulométrique par les méthodes de sédimentation par gravité dans un liquide – Partie 3 : méthode aux rayons X par gravité. - NF ISO 13317-3 - 2001
-
AFNOR Granulométrie – Analyse granulométrique de particules en suspension dans un électrolyte par compteur à variation de résistance. - NF X11-670 - 1989
ANNEXES
Means for counting particles suspended in a fluid, US2656508A.
HAUT DE PAGE2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Anton Paar :
Malvern Panalytical :
http://www.malvernpanalytical.com
Horiba :
Shimadzu :
Beckman Coulter :
Retsch
SympaTec :
Mettler Toledo :
HAUT DE PAGE2.2 Documentation – Formation – Séminaires (liste non exhaustive)
Liste des stages courts de formation continue sur les poudres organisés à...
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