PROCEDE DE COMPACTAGE A ROULEAUX : ETUDE EXPERIMENTALE ET MODELISATION TRIDIMENSIONNELLE PAR ELEMENTS FINIS

Bernard Viguier

Description

Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
THÈSE En vue de l'obtention du DOCTORAT DE L'UNIVERSITÉ DE TOULOUSE Délivré par Ecole doctorale : l'Université de Toulouse Discipline ou spécialité : Génie des procédés JURY M. Bernard VIGUIER Professeur des universités, INPT, Toulouse, Président M. Pierre DOREMUS Professeur des universités, INPG, Grenoble, Rapporteur M. Pierre GUIGON Professeur des universités, UTC, Compiègne, Rapporteur M. Patrick LABORDE Professeur des universités, UPS, Toulouse, Examinateur M. Gérard THOMAS Professeur ENSMSE, Saint-Etienne, Examinateur M. John A. DODDS Professeur ENSTIMAC, Albi, Examinateur M. Abderrahim MICHRAFY IR CNRS, ENSTIMAC, Albi, Examinateur Ecole doctorale : Mécanique, Energétique, Génie civil et Procédés Unité de recherche : RAPSODEE (centre de Recherches d'Albi en génie des Procédés, des Solides Divisés, de l'Energie et de l'Environnement), UMR EMAC-CNRS 2392, Ecole des Mines d'Albi Directeur(s) de Thèse : John A. DODDS et Abderrahim MICHRAFY Présentée et soutenue par M. Harona DIARRA Le 12 Décembre 2008 Titre : PROCEDE DE COMPACTAGE A ROULEAUX : ETUDE EXPERIMENTALE ET MODELISATION TRIDIMENSIONNELLE PAR ELEMENTS FINIS

• actuels collègues de bureau hassen


• modèle de cam-clay


• albi


• solides divisés


• génie des procédés


• école des mines de saint


• délivré par ecole doctorale

Sujets

• Sabatier
• Viguier
• Compiègne
• Grenoble
• Laborde
• Catherine Guigon
• Sabine
• Thomas

Informations

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Extrait

THÈSE


En vue de l'obtention du

DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE

Délivré par Ecole doctorale : l'Université de Toulouse

Discipline ou spécialité : Génie des procédés


Présentée et soutenue par M. Harona DIARRA
Le 12 Décembre 2008

Titre : PROCEDE DE COMPACTAGE A ROULEAUX : ETUDE EXPERIMENTALE ET
MODELISATION TRIDIMENSIONNELLE PAR ELEMENTS FINIS

JURY
M. Bernard VIGUIER Professeur des universités, INPT, Toulouse, Président
M. Pierre DOREMUS Professeur PG, Grenoble, Rapporteur
M. Pierre GUIGON Professeur des universités, UTC, Compiègne,
M. Patrick LABORDE Professeur des universités, UPS, Toulouse, Examinateur
M. Gérard THOMAS Professeur ENSMSE, Saint-Etienne, Examinateur
M. John A. DODDS Professeur ENSTIMAC, Albi, Examinateur
M. Abderrahim MICHRAFY IR CNRS, MAC, Albi, Examinateur

Ecole doctorale : Mécanique, Energétique, Génie civil et Procédés
Unité de recherche : RAPSODEE (centre de Recherches d’Albi en génie des Procédés,
des Solides Divisés, de l’Energie et de l’Environnement),
UMR EMAC-CNRS 2392, Ecole des Mines d’Albi
Directeur(s) de Thèse : John A. DODDS et Abderrahim MICHRAFY








































A ma mère,
A Mory DIARRA AVANT-PROPOS
Le travail présenté ici a été réalisé au centre RAPSODEE (centre de Recherches d’Albi
en génie des Procédés, des Solides Divisés, l’Énergie et de l’Environnement) à l’école des
Mines d’Albi-Carmaux.
Je remercie Messieurs John A. DODDS et Abderrahim MICHRAFY de m’avoir confié
ce travail, de m’avoir encadrer et pour leur soutien sans relâche tout au long de ces trois
ans. J’ai beaucoup appris en travaillant avec vous, aussi bien sur le plan technique que
sur le plan humain. Merci pour tous ces précieux conseils qui m’ont beaucoup aidé à
progresser.
Je tiens à remercier Monsieur Pierre DOREMUS professeur à l’Institut National
Polytechnique de Grenoble et Monsieur Pierre GUIGON Professeur à l’Université de
Technologie de Compiègne, pour avoir accepté d’être les rapporteurs de ma thèse.
Mes remerciements vont aussi à Monsieur Patrick LABORDE Professeur à l’université
Paul SABATIER, à Monsieur Gérard THOMAS Professeur à l’école des Mines de
SaintÉtienne et à Monsieur Bernard VIGUIER Professeur à l’ENSIACET pour l’intérêt qu’ils
ont manifesté pour ce travail.
Je tiens à exprimer ma reconnaissance au directeur du centre RAPSODEE Monsieur
Jacques FAGES de m’avoir accepté dans son laboratoire mais aussi à tout le personnel
du centre. Un grand merci au personnel pour leur disponibilité, leur savoir-faire et leur
efficacité, en particulier Sylvie DELCONFETTO, Denis MARTY, Philippe, ACCART,
Olivier EZEQUEL, Laurent DEVRIENDT et Séverine PARTY. Un merci à Elisabeth
RODIER (Enseignante chercheur) et à Vincent VELAY (Enseignant chercheur au
CROMEP) pour leur conseil constant. J’associe à mes remerciements Mesdames Sabine LE
ROUX (Technicienne au CROMEP) et Christine ROLLAND (Ingénieur CNRS au
CROMEP). Un grand merci Anne-Marie FONTES secrétaire efficace qui m’a toujours aidé
dans les procédures administratives. Merci à tous ceux qui ont participé de près ou de
loin, par leur compétence ou par leur amical soutien à la réalisation de ce travail.
Jeremercielesdoctorants,anciensdoctorantsetpostdorantsdel’écolepourleuramitié
et leur soutien. Un merci particulier à mes anciennes collègues de bureau Clémence et Ana
et aussi à mes actuels collègues de bureau Hassen, Karl. Merci à Jeff, Thomas et Brahim
pour les coups de main en latex.
Je n’oublie pas Tchadja, Amadou DABO, Souleymane, Abdoulaye et Falone pour leur
aide, leur soutient, leur encouragement et leur bonne humeur pendant cette thèse.
Enfin merci à ma chère mère, mes frères et soeurs et mes oncles qui ont toujours
répondu présent dans les moments difficiles. Sans vous je ne serai pas ici.Table des matières
I Étude bibliographique 4
I.1 Le compactage à rouleaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
I.1.1 Le procédé de compactage à rouleaux . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
I.1.2 Usage du procédé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
I.1.3 Fonctionnement du procédé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
I.2 Instrumentation des presses à rouleaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
I.3 Quelques poudres étudiées dans la littérature . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
I.4 Étapes de compression entres les rouleaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
I.5 Influence des paramètres du procédé dans le compactage à rouleaux . . . . 14
I.5.1 Influence des paramètres opératoires . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
I.5.2 Effet du débit d’alimentation sur la qualité des compacts . . . . . . 21
I.5.3 Influence de la pression d’alimentation . . . . . . . . . . . . . . . . 22
I.5.4 Étude de l’homogénéité du compact . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
I.5.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
I.6 Influence des propriétés des poudres sur la conduite du procédé . . . . . . 26
I.7 Comportement de poudres à faible densité relative . . . . . . . . . . . . . . 28
I.7.1 Lieux cinématiques de rupture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
I.7.2 Fonction d’écoulement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
I.8 Comportement de poudre en compression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
I.8.1 Modèle de Cam-Clay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
I.8.2 Modèle de Drucker-Prager/Cap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
I.9 Modélisation du procédé de compactage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
I.9.1 Méthodes de modélisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
I.9.2 Modélisation de l’alimentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
I.9.3 Modèle de Johanson . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
I.9.4 Méthode des éléments finis (MEF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
ITable des matières
II Matériels et Méthodes 43
II.1 Dispositif expérimental et grandeurs mesurables . . . . . . . . . . . . . . . 45
II.1.1 Description de la presse à rouleaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
II.1.2 Paramètres du procédé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
II.1.3 Instrumentation de la presse et du rouleau . . . . . . . . . . . . . . 47
II.2 Caractérisation mécanique de la poudre et du compact . . . . . . . . . . . 54
II.2.1 Caractérisation à l’état poudre ou faiblement dense . . . . . . . . . 54
II.2.2 de propriétés mécaniques de compacts . . . . . . . . 56
II.2.3 Méthodes employées pour la caractérisation de l’hétérogénéité . . . 59
II.3 Interaction alimentation / compaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
II.3.1 Procédure de conduite des essais de compaction . . . . . . . . . . . 66
II.3.2 Influence du rapport de vitesse vis-rouleau sur la formation des
compacts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
II.3.3 Force de compactage et effet des vitesses . . . . . . . . . . . . . . . 70
IIIAlimentation et homogénéité de la plaquette 74
III.1 Transport de poudres par vis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
III.1.1 Forme de la vis et rendement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
III.1.2 Modèles de transport de poudres par vis . . . . . . . . . . . . . . . 79
III.2 Débit de la vis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
III.3 Pression d’alimentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
III.3.1 Pression axiale délivrée par la vis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
III.3.2 Mesure de la contre pression des rouleaux . . . . . . . . . . . . . . 84
III.4 Étude de l’homogénéité des plaquettes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
III.4.1 Étude de la distribution par transmission de la lumière . . . . . . . 92
III.4.2 Analyse topographique de la surface de la plaquette . . . . . . . . . 9