Étude critique de quelques techniques expérimentales d’évaluation de la coulabilité des poudres

Critical review of some experimental assessment devices of powders flowability

• Auteur / Autrice : Assia Saker
• Direction : Véronique Falk, Philippe Marchal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés, des produits et des molécules
• Date : Soutenance le 17/12/2018
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIMPPé - Sciences et ingénierie des molécules, des produits, des procédés, et de l'énergie (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire réactions et génie des procédés
• Jury : Président / Présidente : Nouria Fatah
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claudia Cogné, Thierry Ruiz, María Graciela Cares Pacheco
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Claudia Cogné, Thierry Ruiz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Compactage

Rhéologie

Dynamique des fluides

Poudres

Mots clés libres

Coulabilité

Poudres

Agent d’écoulement

Compaction

Indice d’Hausner

Flowability

Powders

Glidant

Compaction

Hausner Ratio

Résumé

Dans les secteurs industriels tels que l’industrie chimique, pharmaceutique ou agro-alimentaire une faible aptitude à l’écoulement des poudres est souvent à l’origine du mauvais fonctionnement d’un procédé. Une mauvaise coulabilité peut ainsi entrainer le blocage de poudres dans un silo, des problématiques de dosages et de remplissage ou encore une détérioration de la qualité du produit final. Pour assurer un bon fonctionnement du procédé, il est donc nécessaire et essentiel d’évaluer la coulabilité de poudres utilisées. Pour cela, plusieurs techniques expérimentales telles que les dispositifs de mesure d’angle, les cellules de cisaillement, les dispositifs de tassement de poudre peuvent être utilisées. Des indices de coulabilité sont alors définis permettant de classer les poudres selon la qualité de l’écoulement. Des essais expérimentaux ont été menés sur plusieurs types de poudres et les premiers résultats ont montré que le passage d’une technique d’évaluation à une autre peut modifier, voire inverser le classement de la coulabilité des poudres. En effet, selon les techniques étudiées les poudres sont soumises à des sollicitations mécaniques différentes et donc le choix de la technique doit être adapté au cas réel d’étude. Dans ce travail, nous nous sommes intéressé plus particulièrement au cas de l’évaluation de l’écoulement de poudres à partir de dispositifs de compaction. Le travail réalisé a montré que les paramètres dynamiques (amplitude et fréquence de chocs) influencent énormément le classement de la coulabilité des poudres. A partir d’une approche énergétique, il a été montré qu’une évaluation et quantification de la coulabilité à partir du rapport d’Hausner ne peut être donnée par une technique de compaction que si celle-ci permet d’atteindre une valeur d’énergie nécessaire à l’obtention d’une compaction maximale des particules. Enfin, une étude de mise en œuvre des techniques d’évaluation de la coulabilité a été réalisée dans le domaine de la formulation en s’intéressant à l’évaluation quantitative de l’influence d’un agent d’écoulement

In industrial sectors, such as chemical, pharmaceutical or food industries, poor flowability of powders is often the causes of process malfunction. Poor flowability can lead to the blocking of powders in a silo, dosing and filling problems, or even bad quality on final product. To ensure proper process operation, it is therefore necessary and essential to evaluate the flowability of powders used. For this purpose, several experimental techniques such as angle of repose devices, shear cells or powder packing devices can be used. Flowability indices can then be defined in order to classify the powders according to the flow quality. Experimental tests have been carried out on several types of powders and the first results have shown that the transition from one technique to another can modify or even reverse the classification of the powder flowability. Indeed, according to the techniques studied, powders are subjected to different mechanical stresses and therefore the choice of the technique must be adapted to the real case of study. In this work, we were particularly interested to the evaluation of powders flowability from compaction devices. The work carried out has shown that the dynamic parameters (amplitude and frequency of taps) greatly influence the classification of powders flowability. From an energy approach, it has been shown that the evaluation of the flowability from Hausner ratio can be given by a compaction technique only if it achieves a value of energy required to obtain a maximal compaction of the particles. Finally, an implementation study of flowability evaluation techniques was carried out in the field of formulation by focusing on the quantitative evaluation of the influence of a glidant