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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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4. Mesure des charges et de la distribution des charges électrostatiques
Il est reconnu que la distribution de charges ou la charge massique des particules joue l'une ou l'autre un rôle important sur leur comportement. La présence de charges bipolaires peut réduire l'efficacité de déposition dans les procédés de recouvrement électrostatique. Dans les industries de transport de poudre, la présence de charges bipolaires conduit à l'encrassement et aux décharges électrostatiques ainsi qu'aux risques d'ignition. Il est donc primordial de disposer de méthodes permettant de qualifier et/ou quantifier la polarité et le niveau des charges électrostatiques présentes au sein des particules des poudres. Cet objectif peut être atteint par différents dispositifs décrits ci-après.
4.1 Cage de Faraday
La cage de Faraday (figure ) est l'un des dispositifs les plus courants pour mesurer la charge des poudres. Une cage de Faraday est constituée de deux cylindres concentriques séparés par un isolant. Le produit dont on doit mesurer la charge est introduit dans le cylindre intérieur. Ce cylindre est isolé de la terre et entouré par un autre cylindre, relié à la masse, qui lui fait écran afin, non seulement, d'éviter que les charges extérieures ne soient mesurées mais aussi de réduire les perturbations électriques extérieures.
Si une charge Q est introduite dans le cylindre intérieur, des charges – q sont induites sur la totalité de la surface intérieure du cylindre intérieur. La somme de ces charges est égale, en valeur absolue, à la charge introduite. Pour conserver la neutralité électrique du cylindre isolé, des charges – q, dont la somme est égale en valeur absolue à la somme des charges + q, se développent sur la totalité de la surface extérieure du cylindre intérieur. Ainsi, si le cylindre intérieur est relié à la terre à travers un condensateur de capacité connue, la mesure du potentiel permet de calculer (par la loi de coulomb Q = CV) la charge portée par le produit placé dans la cage. Lorsque la poudre est transportée dans un courant d'air, il convient de percer le cylindre intérieur de manière à laisser s'écouler l'air et de collecter les particules...
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Mesure des charges et de la distribution des charges électrostatiques
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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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http://www.kona.or.jp/index_e.html
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Science et Technologie des Poudres (STP) et...
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