COULABILITE DES POUDRES COHESIVES : MESURES AUX FAIBLES CONTRAINTES, GRANULAIRES HUMIDES ET APPLICATION A UNE POUDRE INDUSTRIELLE

Rapporteur Gerard Thomas

Description

Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
N° d'ordre : 2254 Thèse présentée pour obtenir LE TITRE DE DOCTEUR DE L'INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE École doctorale : GENIE DES PROCEDES et ENVIRONNEMENT Spécialité : GENIE DES PROCEDES PAR M. RODRIGO CONDOTTA Titre de la thèse COULABILITE DES POUDRES COHESIVES : MESURES AUX FAIBLES CONTRAINTES, GRANULAIRES HUMIDES ET APPLICATION A UNE POUDRE INDUSTRIELLE Soutenue le 30 septembre 2005 devant le jury composé de : M. JOHN A. DODDS Président M. ALAIN DE RYCK Directeur de thèse M. GERARD THOMAS Rapporteur M. MINH PHONG LUONG Rapporteur M. JEAN-CLAUDE MASTEAU Membre Mme NATHALIE FRAYSSE Membre

• génie des procédés des solides divisés


• accueil chaleureux


• thèse coulabilite des poudres cohesives


• ryck directeur de thèse

Sujets

• Gerard Thomas
• Institut national polytechnique de Toulouse
• Thomas
• Collado

Informations

• Publié par: profil-zyak-2012
• Publié le: 01 septembre 2005
• Nombre de lectures: 44
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 5 Mo

Extrait

N° d’ordre : 2254








Thèse


présentée

pour obtenir

LE TITRE DE DOCTEUR DE L’INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE



École doctorale : GENIE DES PROCEDES et ENVIRONNEMENT

Spécialité : GENIE DES PROCEDES


PAR M. RODRIGO CONDOTTA




Titre de la thèse COULABILITE DES POUDRES COHESIVES : MESURES AUX FAIBLES
CONTRAINTES, GRANULAIRES HUMIDES ET APPLICATION A UNE
POUDRE INDUSTRIELLE




Soutenue le 30 septembre 2005 devant le jury composé de :


M. JOHN A. DODDS Président
M. ALAIN DE RYCK Directeur de thèse
M. GERARD THOMAS Rapporteur
MINH PHONG LUONG
M. JEAN-CLAUDE MASTEAU Membre
Mme NATHALIE FRAYSSE Membre




































à mon épouse
Priscila.



REMERCIEMENTS



Je tiens à remercier Prof. John A. Dodds pour m’avoir accueilli au sein du Laboratoire
de Génie des Procédés des Solides Divisés de l’Ecole des Mines d’Albi-Carmaux durant ces
trois années de thèse, et pour avoir accepter d’être le Président de mon Jury.
Je tiens à remercier Prof. Alain de Ryck pour ses compétences scientifiques,
techniques et ses qualités humaines, mais surtout pour son amitié. Elles ont été pour moi des
aides précieuses tout au long de ce travail.
Mes sincères gratitudes vont au Prof. Minh Phong Luong et au Prof. Gérard Thomas
d’avoir accepté de rapporter ce travail.
J’adresse mes remerciements à M. Jean-Claude Masteau pour l’attention qu’il a porté
sur ce travail.
J’adresse mes remerciements à Mme Nathalie Fraysse d’avoir accepté de participer au
jury.
Mes vifs remerciements à mes chers amis thésards et techniciens, qui ont su créer une
ambiance chaleureuse et amicale, des joies et de précieux souvenirs. Je les remercie encore
pour leur patience et efforts pour me comprendre, surtout au début de la thèse, et pour leur
premiers enseignement dans la langue française.
Je remercie également tout l’ensemble du personnel du centre poudre, du centre de
documentation et les autres que j’ai côtoyé de près ou de loin.
Je souhaite remercier vivement M. Pierre Labourt-Ibarre pour ses encouragements,
son dynamisme et son positivisme.
Je n’oublie pas Mme Maryse Collado pour l’accueil chaleureux et son grand cœur.
Enfin, je tiens à remercier à Rhodia et tout son personnel responsable de ce projet, qui
ma permis cette magnifique expérience de vie à l’étranger.



RESUME

L’objet de ce travail repose initialement sur la problématique de la manipulation des
milieux granulaires et de leur stockage. La caractérisation des propriétés physiques et
l’aptitude à l’écoulement d’une poudre industrielle a été réalisée. Cependant, ces techniques
ont leurs limitations et le problème abordé a requis le développement d’un nouveau protocole
concernant le vieillissement des poudres. Ce protocole permet non seulement l’obtention de
résultats plus représentatifs pour des phénomènes à l’échelle industrielle, mais également une
extrapolation du vieillissement pour de longues périodes de temps. D’autre part, un modèle
analytique permettant d’estimer la cohésion à partir de la forme du tas de poudres à faibles
contraintes a été conçu. Enfin, une étude sur la rupture et la cohésion macroscopique des
milieux granulaires humides en fonction de la quantité de liquide a été également réalisée.



ABSTRACT

The object of this work is initially the study of granular media handling and storage
problems. The characterization of physicals properties and flow properties of an industrial
powder were carried out. However, those techniques have theirs limitations and the tackled
problem required the development of a new protocol concerning the ageing of the powders.
This protocol allows to obtain more representative results for the industrial scale phenomena,
but also an extrapolation of ageing process for long periods of time. In addition, a new
method for estimating cohesion from the shape of a heap of the powder at low stress was also
developed. Lastly, a study relating the yield and the cohesion of humid granular media in
function of the amount of liquid added to the system was also realized.
SOMMAIRE




SOMMAIRE



INTRODUCTION ............................................................................................................... 3
CHAPITRE 1 ....................................................................................................................... 9
ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE.......................................................................................... 9
1.1 INTRODUCTION AU MILIEU GRANULAIRE SEC ............................................9
1.1.1 PROPRIETES GENERALES................................................................................. 9
1.1.2 CARACTERISTIQUES DES PARTICULES DU MILIEU GRANULAIRE ................... 10
1.1.3 LE FROTTEMENT GRANULAIRE ..................................................................... 12
1.1.4 LA COHESION ET LES FORCES INTER-PARTICULAIRES................................... 14
1.1.4.1 Les Forces de van der Waals:............................................................15
1.1.4.2 Ponts Liquides ...................................................................................15
1.1.4.3 Ponts Solides......................................................................................16
1.1.4.4 Forces électrostatiques.......................................................................16
1.1.5 PRINCIPE DE DILATANCE ET DENSITE ........................................................... 17
1.2 PREMIERES MESURES QUALITATIVES..........................................................18
1.2.1 LES MESURES ANGULAIRES.......................................................................... 19
1.2.2 LES MESURES DE COMPRESSIBILITE ............................................................. 20
1.2.3 LES MESURES D’ECOULEMENT A TRAVERS UN ORIFICE ............................... 20
1.3 MECANIQUE DU MILIEU GRANULAIRE.........................................................22
1.3.1 LES CONTRAINTES DANS UN MILIEU GRANULAIRE ET LES CERCLES DE
MOHR ........................................................................................................... 22
1.3.2 LE CRITERE DE RUPTURE DE COULOMB........................................................ 26
1.3.3 LE COEFFICIENT DE RANKINE ....................................................................... 27
viiSOMMAIRE
1.4 PRINCIPES DES FONCTIONS D’ECOULEMENT............................................. 29
1.4.1 LA METHODE DE JENIKE POUR DETERMINER LA FONCTION
D’ECOULEMENT............................................................................................ 29
1.4.1.1 L’état de densité critique ................................................................... 30
1.4.1.2 Le Lieu de Rupture INSTANTANE ................................................. 31
1.4.1.3 L’Exploitation du Lieu Cinématique de Rupture.............................. 32
1.4.1.4 Lieu de Rupture Temporel ................................................................ 33
1.4.1.5 La Fonction d’Ecoulement 34
1.4.1.6 L’angle de Friction Effectif............................................................... 36
1.5 LES DISPOSITIFS DE CARACTERISATION MECANIQUE ............................ 38
1.5.1 LA CELLULE DE CISAILLEMENT DE JENIKE ................................................... 38
1.5.2 LA CELLULE DE CISAILLEMENT ANNULAIRE ................................................ 39
1.5.3 LES APPAREILS DE CISAILLEMENT INDIRECTS.............................................. 40
1.5.3.1 L’appareil de compression uniaxiale :............................................... 40
1.5.3.2 preSsion biaxiale.................................................. 41
1.5.3.3 pression triaxiale 42
1.5.3.4 Comparaison et choix du dispositif de cisaillement.......................... 42
1.6 CONCLUSION ....................................................................................................... 44
CHAPITRE 2..................................................................................................................... 47
CARACTERISATION ET APTITUDE A L’ECOULEMENT DE LA
POUDRE ORGANIQUE INDUSTRIELLE ....................................................... 47
2.1 PREMIERES ANALYSES AVEC LA POUDRE INDUSTRIELLE..................... 48
2.1.1 ANALYSE D’HUMIDITE ................................................................................. 48