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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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2. Propriétés de mouillage des poudres
Les propriétés de mouillage des poudres jouent un rôle important dans de nombreuses applications industrielles. Certaines technologies appliquées aux poudres, telles que la granulation, la désagrégation de particules ou la dissolution, nécessitent préalablement la mise en contact des solides divisés avec un substrat liquide. Le mouillage d'un solide par un liquide est une conséquence directe des interactions moléculaires entre les phases concernées rentrant en contact (solide-liquide-vapeur). En effet, la tendance à mouiller est déterminée par l'équilibre entre les forces de cohésion au sein du liquide et les forces d'adhésion qui opèrent entre le solide et les autres phases. Le mouillage d'un solide par rapport à un liquide donné est souvent caractérisé par l'angle de contact liquide-solide. Lorsque l'on dépose sur une surface solide plane, propre et lisse, une goutte de liquide, celle-ci adopte une configuration particulière qui reflète les interactions qui se produisent entre le solide et le liquide. Dans le cas idéal, on assiste à la formation d'une calotte sphérique à l'interface solide-liquide délimitée par une ligne de contact des phases appelée aussi ligne de tension (figure ). Cette dernière tend à repousser l'interface solide-vapeur. La forme adoptée par la goutte à l'équilibre correspond à l'énergie minimale du système. La forme schématisée sur la figure est connue encore sous le nom de Sessile-drop [6].
L'angle de contact q e est défini donc comme l'angle avec lequel le liquide, en équilibre mécanique et thermodynamique avec sa vapeur, rejoint le solide.
En appliquant un bilan de forces sur un plan horizontal et pour un point quelconque situé sur la ligne de tension, on peut facilement démontrer l'équation...
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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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(2) - RUMPF (H.) - Particle technology. - Chapman and Hall (1979).
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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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