Modélisation multi-échelle du mélange des poudres

Multi-scale modeling of powder mixing

• Auteur / Autrice : Nour Chachia
• Direction : Cendrine Gatumel, Eric Serris
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie des Procédés et de l'Environnement
• Date : Inscription en doctorat le 19/01/2023
• Etablissement(s) : Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : RAPSODEE - Centre de Recherche d'Albi en Génie des Procédés, des Solides Divisés, de l'Energie et de l'Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Groupe Poudres et Procédés

Mots clés

Mots clés libres

Modélisation

Poudres

Dem

Homogénéité

Chaînes de Markov

Mélange

Modeling

Dem

Mixing

Chaînes de Markov

Powders

Homogeneity

Résumé

La fabrication de nombreux produits industriels implique le mélange de plusieurs constituants sous forme de poudre, prenant pour exemple les industries pharmaceutiques, agro-alimentaires, cosmétiques, la fabrication de matériaux composites ou de combustibles. Les opérations de mélange ont pour but d'homogénéiser les poudres à une échelle qui dépend des propriétés d'usage attendues. Par exemple, si l'on s'attache à la teneur en principe actif d'un comprimé pharmaceutique il faudra s'assurer de l'homogénéité des mélanges à l'échelle de quelques grammes, alors que si l'on doit structurer un mélange en enrobant certaines particules par un ingrédient alors il faudra s'assurer de l'homogénéité du mélange à l'échelle de quelques grains. Un des principaux enjeux industriels liés au mélange des poudres est d'identifier les paramètres opératoires (temps de mélange, vitesse d'agitation) qui permettent d'obtenir l'homogénéité souhaitée. Pour répondre à cette problématique, nous proposons d'élaborer une démarche de modélisation qui permette d'étudier l'homogénéisation de poudres à l'échelle d'un mélangeur de taille pilote, voire industrielle, tout en ayant une résolution spatiale suffisante pour explorer le mélange jusqu'à l'échelle des particules.

The manufacture of many industrial products involves the mixing of several constituents in powder form, taking for example the pharmaceutical, food and cosmetic industries, the manufacture of composite materials or fuels. The purpose of mixing operations is to homogenize powders on a scale that depends on the expected properties of use. For example, if we focus on the active ingredient content of a pharmaceutical tablet, we must ensure the homogeneity of mixtures on a scale of a few grams, while if we must structure a mixture by coating certain particles with an ingredient, we must ensure the homogeneity of the mixture on a scale of a few grains. One of the main industrial issues related to the mixing of powders is to identify the operating parameters (mixing time, stirring speed) that allow to obtain the desired homogeneity. To address this issue, we propose to develop a modeling approach to study the homogenization of powders at the scale of a pilot-scale mixer, or even industrial, while having a spatial resolution sufficient to explore the mixing down to the particle scale.