Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
Le procédé de granulation permet d’assembler de fines particules solides, dispersées dans un milieu gazeux ou liquide, afin de former des particules de plus grosses tailles, appelées granulés. Cette opération permet entre autres de faciliter la manutention, d’obtenir une meilleure homogénéité, également une meilleure coulabilité. Cet article traite de la granulation humide, une des deux méthodes existantes, la cohésion est alors assuré par un liant sous forme liquide, sans appliquer de compression. Cet article présente les principes de base puis quelques notions théoriques associées à la granulation humide ainsi que les différents états observés du granulé.
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Khashayar SALEH : Professeur des universités – Département de génie des procédés industriels de l'Université de Technologie de Compiègne (UTC)
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Pierre GUIGON : Professeur des universités – Département de génie des procédés industriels de l'Université de Technologie de Compiègne (UTC)
INTRODUCTION
Le terme « granulation » inclut tout procédé dans lequel des fines particules solides, dispersées dans un milieu gazeux ou liquide, sont assemblées pour former des particules de plus grosses tailles. Ces dernières dans lesquelles il est encore possible d'identifier les particules de départ sont appelées granulés ou agglomérats. Cet assemblage est rendu possible grâce aux forces de liaison interparticulaires que l'on doit créer et/ou intensifier lors de la granulation. Selon le procédé employé, la taille des granulés peut varier, en général, entre 0,1 et 50 mm. Le but de cette opération peut être purement commercial, le produit obtenu présentant une meilleure apparence ou, strictement technique car la granulation d'une poudre permet, entre autres :
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d'en assurer une manutention plus aisée ;
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de réduire l'émanation de poussières lors de sa manipulation ;
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de lui donner une meilleure coulabilité ;
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de réduire les risques d'explosion ou de mottage ;
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d'obtenir une meilleure homogénéité du mélange ;
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d'obtenir des produits intermédiaires servant à la compression ;
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d'obtenir des particules de taille calibrée.
Les mécanismes de granulation sont variés et complexes. Bien que certaines poudres cohésives puissent s'agglomérer spontanément par des forces physiques naturellement présentes dans le milieu, dans la plupart des cas la granulation nécessite l'ajout d'un liant sous forme liquide ou sèche.
Il existe deux méthodes principales de granulation :
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la granulation (en voie) sèche. Dans cette catégorie, la granulation est effectuée sans présence de liant ou à l'aide d'un agent liant sec (amidon, gélatines, sucres, dérivés cellulosiques, etc.) ou liquide (mélasse de betterave et de canne, par exemple). Les granulés sont obtenus par compression et leur résistance mécanique est assurée par l'effet conjugué de la diminution de l'écartement des particules et de l'augmentation de leur surface de contact ;
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la granulation humide. Dans cette méthode un liquide, très souvent une solution aqueuse d'un liant adéquat, est utilisé pour assurer les liens préliminaires entre les particules et aucune compression n'est appliquée.
Ce dossier présente les principes de base de la granulation humide, des notions théoriques de base [J 2 253]. Le dossier suivant [J 2 254] présente les techniques et pratiques associées à cette opération.
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Forces de dissipation visqueuse dans les milieux en mouvement
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4. Capillarité : pression, force et montée capillaires
Les tensions interfaciales et la mouillabilité déterminent la qualité de l'étalement du liquide de granulation à la surface des particules. Pour aller plus loin dans la compréhension des mécanismes de formation des granulés ainsi que pour décrire l'intensité des liaisons formées, il faut s'intéresser aux phénomènes capillaires et à leurs conséquences : la pression et la succion capillaires. En granulation humide, ces phénomènes interviennent depuis la déformation des gouttes jusqu'à la formation des granulés, qu'il s'agisse d'un agglomérat binaire formé par un pont pendulaire ou d'un granulé humide formé par le mouillage d'un amas de particules (figure 6).
4.1 Pression capillaire (ou pression de Laplace)
Depuis les travaux avant-gardistes de Laplace et leur publication dès le début du XIX e siècle, on sait que de part et d'autre d'une surface de séparation courbe entre deux phases fluides, la pression n'est pas identique. Cette différence de pression, connue sous le nom de la pression de Laplace ou encore pression capillaire, est une conséquence directe de la tension de surface. Prenons l'exemple des petites gouttes de liquide issues d'une buse de pulvérisation. Sous l'effet de la tension superficielle, celles-ci prennent une forme sphérique permettant de minimiser leur interface et, par conséquent, leur énergie interfaciale. L'action de la tension superficielle sur une goutte peut être assimilée à une membrane tendue à la surface de celle-ci qui l'empêche de se déformer. À l'image d'un ballon gonflé, d'un corps moulé dans un corset ou encore d'un citron pressé dans le creux d'une main, la goutte est surpressurisée en son sein.
D'une manière plus rigoureuse, cette différence de pression peut être démontrée en écrivant le bilan des forces exercées sur un élément de volume (de forme d'une calotte sphérique) d'une goutte sphérique de rayon R (figure 7) :
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BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES
PIETSCH (W.) - Size enlargement by agglomeration. - Wiley (1991).
CAPES (C.E.) - Particle size enlargement. - Elsevier (1980).
SALEH (K.), GUIGON (P.) - Coating and Encapsulation Processes in Powder Technology. - Handbook of powder technology, Granulation. SALMAN (A.D.), HOUNSLOW (M.J.) et SEVILLE (J.P.K.) éditeurs, Elsevier, Amsterdam, vol. 11, p. 323-375 (2007).
HÉMATI (M.), CHERIF (R.), SALEH (K.V.), PONT - Fluidized-bed coating and granulation : influence of process-related variables and physico-chemical properties on growth kinetics. - Powder Technology, 130, p. 18-34 (2003).
IVESON (S.M.), LITSTER (J.D.), HAPGOOD (K.), ENNIS (B.J.) - Nucleation, growth and breakage phenomena in agitated wet granulation processes : a review. - Powder Technology, 117, p. 3-39 (2001).
SALEH (K.), CHÉRIF (R.), HÉMATI (M.) - Coating of solid particles in a fluidized bed. Influence of operating conditions on growth kinetics. - Journal of Advanced Powder Technology, vol. 10, no 3, p. 255-278 (1999).
SALEH (K.), VIALATTE (L.), GUIGON (P.) - Wet granulation in a batch high shear mixer. - Chemical Engineering Science, 60, p. 3763-3775 (2005).
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