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RÉSUMÉ
Les propriétés comportementales dans un milieu particulaire sont étroitement liées aux propriétés collectives des particules, dans le cas de la fluidisation, ou de la prise en charge électrostatique, ou encore de l'émanation de poussière. Les différentes interactions dans ce milieu entre les particules de poudre et l’environnement font l’objet de cet article. Des tests d’applications sont effectués afin de déterminer le comportement de ces poudres durant de nombreuses opérations, comme le mélange, le séchage, l’enrobage, le compactage, le stockage. Ces test permettent une comparaison des comportements mais en aucun cas une interprétation absolue des résultats.
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Khashayar SALEH : Enseignant-chercheur - Département de génie des procédés industriels de l'Université de Technologie de Compiègne
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Pierre GUIGON : Professeur des universités - Département de génie des procédés industriels de l'Université de Technologie de Compiègne
INTRODUCTION
Dans le dossier précédent [J 2 251], nous avons décrit quelques propriétés physiques fondamentales des poudres. Dans ce dossier, nous complétons cette description en mettant l"accent sur les méthodes de caractérisation d"autres propriétés, non moins importantes et indispensables à la compréhension des interactions entre les poudres et leur milieu environnant notamment en présence d"humidité, de champ électrique, de charges électrostatiques ou encore au contact d"un courant gaz pouvant conduire à l"émanation de poussière.
Si les propriétés physiques, objet du premier dossier [J 2 251], peuvent être déterminées, de façon fiable et acceptable, à partir des moyens analytiques devenus « routine » de nos jours, il n'en est pas de même pour les propriétés comportementales décrites dans ce dossier [J 2 252]. De surcroît, la théorie et la pratique dans le domaine de la technologie des poudres sont telles qu'il reste difficile de prédire les propriétés collectives des particules à partir de leurs caractéristiques individuelles, d'autant plus que les poudres sont rarement constituées d'un seul type de particules. Or, ce sont les propriétés collectives des particules qui déterminent le comportement d'une poudre dans des circonstances variées comme, par exemple, son aptitude à la fluidisation, à la prise de charge électrostatique, à l'émanation de poussière, à la compression, à l'attrition, au mottage ou encore à la segrégation.
La caractérisation de ces propriétés comportementales impose donc, en tout premier, le développement de tests d'application permettant de déterminer le comportement des poudres lors des différentes opérations qu'elles subissent (mélange, séchage, enrobage, compactage, stockage, etc.). Certains utilisent ces tests pour tenter d'expliquer et de rationaliser le comportement observé tandis que d'autres peuvent prédire l'aptitude de la poudre testée lors de manipulations diverses dans la chaîne du procédé.
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3. Propriétés électriques
La caractérisation des matériaux pulvérulents, sous l'angle de leurs propriétés électriques, trouve son importance dans des procédés tels que la séparation, la pulvérisation ou encore le dépoussiérage électrostatique. Pour comprendre les phénomènes et les comportements électrostatiques des poudres lors de leur mise en œuvre industrielle, il est nécessaire de déterminer leurs caractéristiques électriques. On présente ici deux propriétés électriques principales qui permettent de qualifier le milieu granulaire à étudier : la résistivité et la permittivité électrique.
3.1 Constante diélectrique ou permittivité
Un diélectrique est caractérisé par sa permittivité, e. Cette propriété représente l'aptitude d'un matériau à se polariser sous l'influence d'un champ électrique. Elle gouverne notamment la quantité maximale de charge pouvant être acquise par les particules dans un champ électrique à effet de couronne, très important dans le procédé de pulvérisation électrostatique des poudres. La permittivité d'un matériau peut être normalisée par rapport à celle du vide e 0 (8,84 · 10–12 F/m). Ce rapport adimensionnel est alors appelé la permittivité relative e R ou encore constante diélectrique. L'air étant le meilleur isolant (e R = 1), la valeur de e R des autres matériaux est toujours supérieure à 1.
La permittivité des poudres peut être obtenue par des méthodes similaires à celles employées pour les solides massifs. La technique la plus simple, basée sur la théorie des condensateurs, consiste à placer un lit ou une pastille de poudre entre deux électrodes parallèles de section connue. L'ensemble est alors assimilé à un condensateur plan solide dont la capacité est proportionnelle à la permittivité du matériau constituant le condensateur, à la surface des plaques et inversement proportionnelle à leur écartement :
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - TEUNOU (E.), FITZPATRICK (J.-J.) - Effect of storage time and consolidation on food powder flowability. - Journal of Food Engineering, 43, p. 97-101 (2000).
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(3) - SVAROVSKY (L.) - Powder testing guide : methods of measuring the physical properties of bulk powders. - Éd. Elsevier Science (1987).
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(4) - CONESA (C.), SALEH (K.), THOMAS (A.), GUIGON (P.), GUILLOT (N.) - Characterization of flow properties of powder coatings used in automotive industry. - Kona, 22, p. 94-106 (2004).
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(5) - GELDART (D.) - Gas Fluidization Technology - . Ed. John Wiley & Sons (1986).
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(6) - DONALD (L.F.) - Review on Wetting and Spreading In Fine Particle Systems. - International Fine Particle Research Institute, USA, avr. 1997.
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ANNEXES
1 À lire également dans nos bases
SALEH (K.), GUIGON (P.) - Mise en œuvre des poudres. Caractérisation et analyse des propriétés des solides divisés. - [J 2 251] Formulation (2009).
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