Utilisation de la technique des ondes voyageuses pour la séparation des mélanges de particules métal/plastique

Using the travelling waves technique for the separation of metal/plastic particles mixtures

• Auteur / Autrice : Hamza Louati
• Direction : Noureddine Zouzou, Amar Tilmatine
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 31/03/2022
• Etablissement(s) : Poitiers en cotutelle avec Université des Sciences et de la Technologie d'Oran Mohamed-Boudiaf (Algérie)
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique (Poitiers ; 2018-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Pôle poitevin de recherche pour l'ingénieur en mécanique, matériaux et énergétique - PPRIMME (Poitiers) - Institut Pprime / PPRIME
• Partenaire(s) de recherche : faculte : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées
• Jury : Président / Présidente : Mohamed Rizouga
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Paillat, Khashayar Saleh, Sidi-Mohamed Remaoun
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Boudou, Zehira Ziari

Mots clés

Mots clés contrôlés

Décharges électriques

Force d'électro-adhésion

Convoyeurs électrostatiques

Électrostatique

Champs électriques

Mots clés libres

Séparation électrostatique

Force d'électro-Adhésion

Champ électrique

Convoyeur électrostatique

Simulation numérique

Décharges électriques

Optimisation expérimentale

Electrostatic separation

Electro-Adhesive force

Electric field

Electrostatic conveyor

Numerical simulation

Electric discharges

Experimental optimization

Résumé

Différents domaines scientifiques et industriels exploitent l’application d’un champ électrique non uniforme dans la manipulation et le déplacement des particules. Le convoyeur électrostatique fait partie des procédés électrostatiques employés dans cette application. Constitué d’une série d’électrodes parallèles et alimenté par des tensions polyphasées, le convoyeur électrostatique a été largement étudié dans le domaine des ondes voyageuses pour le transport des particules fines telles que les particules de tonner. Cette configuration d’électrodes est aussi utilisée dans les systèmes électro-adhésifs des surfaces conductrices et isolantes. Des recherches récentes ont permis l’application de ce dispositif dans le domaine du dépoussiérage des panneaux photovoltaïques afin d’augmenter la perméabilité lumineuse, et dans le monde industriel et les systèmes de fabrication automatisée pour la manipulation et le déplacement d’objets. L’objectif de ce travail est d’optimiser l’action de l’électro-adhésion dans un dispositif de tri électrostatique des mélanges de particules métal/plastique, en contrôlant les principaux paramètres électriques et géométriques du système d’électrodes intercalées. L’idée est d’aboutir à nouveau séparateur basé sur l’utilisation d’un convoyeur électrostatique sous forme de cylindre tournant. Pour atteindre cet objectif, une première étude théorique et numérique a été effectuée afin d’interpréter l’effet des grandeurs physiques agissantes sur le comportement des matériaux au-dessus de la surface des convoyeurs. Cette étude a été suivie par une modélisation expérimentale des différents paramètres électriques et géométriques contribuant au processus de séparation. Les résultats de ces deux études ont permis de comprendre le mode d’action des forces électrostatiques dans le processus de manipulation des particules conductrices et diélectriques d’une part, et de démontrer le potentiel des convoyeurs électrostatiques dans le domaine de la séparation électrostatique. L’étude a été complétée par la caractérisation des décharges électriques qui apparaissent lors de l’action de l’électro-adhésion sur des particules conductrices.

Different scientific and industrial fields exploit the application of a non-uniform electric field in the manipulation and movement of particles. The electrostatic conveyor is one of the electrostatic processes used in this application. Consisting of a series of parallel electrodes and powered by polyphase voltages, the electrostatic conveyor has been widely studied in the field of traveling waves for the transport of fine particles such as toner particles. This electrode configuration is also used in electro-adhesive systems with conductive and insulating surfaces. Recent research has led to the application of this device in the field of photovoltaic panel cleaning to increase light permeability, and in the industrial world and automated manufacturing systems for the manipulation and movement of objects. The objective of this work is to optimize the electro-adhesion actions in an electrostatic sorting device for metal/plastic particle mixtures, by controlling the main electrical and geometrical parameters of the interdigitated electrode system. The idea is to achieve a new separator based on the use of an electrostatic conveyor in the form of a rotating cylinder. To achieve this objective, a first theoretical and numerical study was carried out to interpret the effect of the physical quantities acting on the behavior of materials above the surface of the conveyors. This study was followed by experimental modeling of the different electrical and geometrical parameters contributing to the separation process. The results of these two studies have permitted us to understand the action mode of electrostatic forces in the handling process of conductive and dielectric particles on the one hand, and to demonstrate the potential of electrostatic conveyors in the field of electrostatic separation on the other hand. The study was completed by the characterization of an electric discharge that appears during the action of electro-adhesion on conductive particles.