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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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1. Contexte
Une poudre est un assemblage de particules solides hétérogènes dispersées dans une phase continue gazeuse entre lesquelles s'exerce une multitude d'interactions (van der Waals, capillaires, électrostatiques, etc.). Le comportement global d'une poudre dépend directement de ces interactions et des caractéristiques physiques des particules solides [J 2 245].
La taille des particules est sans doute le paramètre le plus recherché 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. Et pourtant, que signifie la taille pour une poudre ? ! Pour une particule de forme sphérique, la connaissance du seul diamètre (ou rayon) permet d’en déterminer rigoureusement toutes les autres caractéristiques géométriques (surface, volume, surface spécifique, etc.). En l’occurrence, pour cette forme régulière par excellence, la taille peut être représentée par le diamètre (ou le rayon) de la sphère. Il en est de même pour un cube. En effet, bien que dans ce cas le choix d’une taille caractéristique soit légèrement élargi (longueurs du côté, de la diagonale d’une face ou de la diagonale du cube, figure 1), ces différents paramètres sont liés entre eux et il suffit d’en connaître un seul pour calculer les autres. Toutefois, la définition d’une taille caractéristique de particule se complique au fur et à mesure que la forme des particules devient irrégulière. En effet, dès qu’on s’éloigne d’une sphère, le nombre de paramètres nécessaires à la description de l’ensemble des grandeurs géométriques augmente : deux paramètres pour un cylindre (son diamètre de section et sa longueur), trois pour un parallélépipède (sa longueur, sa largeur et sa hauteur) et davantage de paramètres pour des formes plus complexes (figure ...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ALLEN (T.) - Particle size measurement. - 4th Edition, Chapman & Hall (1990).
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(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).
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(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).
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(4) - ALLEN (T.) - Powder Sampling and Particle Size Determination. - Ed. T. Allen, Amsterdam, Elsevier, 660 (2003).
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(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).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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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
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Granulats – Analyse granulométrique par tamisage, AFNOR. - P 180-560 - 1990
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Qualité du sol – Détermination de la distribution granulométrique des particules du sol – Méthode à la pipette, AFNOR. - NF X31-107 - 2003
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Granulométrie – Détermination de la taille des particules d'une poudre – Méthode par microscopie optique. - NF X11-661 - 1990
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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
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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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