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Introduction Decomposition du cas biparti

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Description

Niveau: Supérieur
Introduction Decomposition du cas biparti Decomposition dans le cas quasi-biparti (2 sommets impairs) Conclusions Cartes avec un nombre fixe de trous Gwendal Collet, Eric Fusy LIX, Ecole Polytechnique 24 mai 2011 Gwendal Collet, Eric Fusy Seminaire LIPN

  • serie generatrice des cartes biparties sur la sphere

  • carte sur le tore generee

  • trous de longueur fixee

  • trou

  • probleme enumeration des cartes


Sujets

Informations

Publié par
Publié le 01 mai 2011
Nombre de lectures 82
Langue Français
Poids de l'ouvrage 4 Mo

Exrait











THÈSE


En vue de l'obtention du

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

Délivré par l’Institut National Polytechnique de Toulouse
Discipline ou spécialité : Génie des procédés


Présentée et soutenue par M. COLLET Romain
Le 21 Janvier 2010

Titre : Critères de malaxabilité des mélanges granulaires humides

JURY
Isabelle PEZRON, Professeur, UTC Compiègne Rapporteur
Bogdan CAZACLIU, Chercheur HDR, LCPC Nantes Rapporteur
Gérard THOMAS, Prof, Ecoles des Mines de Saint-Etienne Examinateur
Pierre Henri JEZEQUEL, Chercheur HDR, Lafarge LCR Examinateur
Mylène MARTIN, Dr Chercheur, Lafarge LCR Invité
Nicolas ROUSSEL, Chercheur HDR, LCPC Paris Invité
Driss OULAHNA, MA HDR, Ecole des Mines d'Albi Directeur de thèse
Alain De RYCK, Professeur, es Mines d'Albi Codirecteur de thèse


École 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)
Directeur(s) de Thèse : Driss OULAHNA, Alain DE RYCK







1
REMERCIEMENTS

J’aimerais tout d’abord remercier les membres du jury qui ont accepté d’évaluer mon
manuscrit de thèse. Merci au Pr. Isabelle PEZRON (UTC, Compiègne) et à M. Bogdan
CAZACLIU (LCPC, Nantes) d’avoir accepté d’être mes rapporteurs. Merci au Pr. Gérard
THOMAS (ENSMSE, Saint Etienne) d’avoir accepté la présidence du jury et à M. Nicolas
ROUSSEL (LCPC, Paris) d’avoir apporté son point de vue sur les travaux réalisés.

Je remercie particulièrement mon directeur de thèse, M. Driss Oulahna, pour avoir orienté la
thèse dans le bon sens, mais aussi pour le temps qu’il m’a consacré, toujours avec bonne
humeur, gentille et humour.
Je remercie sincèrement le Pr. Alain De Ryck, mon Co-Directeur de thèse, pour nos
discussions et son analyse très fine des résultats.
Je tiens également à remercier M. Pierre Henri JEZEQUEL et Mme Mylène Martin, mes
encadrants industriels, pour leur soutien et l’apport de leur point de vue industriel dans cette
étude.

J’exprime mes remerciements à l’ensemble des permanents du centre RAPSODEE que j’ai
côtoyé tout au long de ces trois années et plus particulièrement ceux du laboratoire des
poudres et procédés.
Je voudrais également exprimer ma sympathie à tous mes collègues doctorants, et plus
particulièrement Toma et guillaume, avec qui j’ai tissé de véritables liens d’amitié.

Merci également à mes parents qui m’ont constamment soutenu pendant mes études et qui
m’ont toujours encouragé à repousser mes limites.
Enfin, je ne saurais terminer sans remercier ma femme, Gwenaelle, pour l’affection, le
bonheur et l’énergie qu’elle m’apporte. Tous ceci m’a permis de réaliser ce travail de thèse
avec beaucoup plus de facilité.



2









3
Sommaire

INTRODUCTION GENERALE............................................................................................... 8
Chapitre I. Étude Bibliographique............................................................................... 14
1. Le milieu granulaire sec ........................................ 14
1.1. Propriétés des particules................................ 14
1.2. Les forces inter-particulaires......................... 16
1.3. La résistance à la traction .............................. 20
2. Le milieu granulaire humide .................................................................................... 21
2.1. Les états de saturation du milieu granulaire par le liquide............................... 21
2.2. Notions de mouillabilité et d’énergie de surface.............................................. 23
2.3. Les forces inter-particulaires......................... 24
2.4. Résistance à la traction.................................. 30
3. Empilements et porosités des milieux granulaires ................................................... 32
3.1. L’empilement des milieux granulaires secs ..................................................... 32
3.2. L’empilement des milieux granulaires humides .............................................. 38
4. Malaxage et Agglomération.................................. 40
4.1. Les étapes de l’agglomération au cours du malaxage ...................................... 41
4.2. La mesure de la puissance consommée par le malaxeur.................................. 42
4.3. Efficacité du malaxage ..................................................................................... 43
4.4. Les malaxeurs................................................ 44
4.5. Écoulement dans un malaxeur planétaire......................................................... 46
5. Conclusion............................................................. 47
Chapitre II. Matériels et Méthodes............................................................................ 50
1. Régime dynamique................................................................................................... 50
1.1. Le malaxeur planétaire CAD......................... 50
1.2. L’essai de malaxage en régime dynamique...................................................... 51
1.3. Résistance au malaxage : Intensité et Energie dépensées ................................ 51
1.4. Détermination des conditions opératoires ........................................................ 54
2. Régime Quasi-statique .......................................... 55
2.1. L’essai de cisaillement en régime quasi-statique ............................................. 55
2.2. La cellule annulaire de Schulze........................................................................ 56
3. Caractérisation des matériaux et liquides de l’étude................................................ 58
3.1. Caractérisation des solides ............................ 58
3.2. Caractérisation des liquides........................... 64
Chapitre III. Malaxage en Régime Dynamique.......................................................... 70
1. Introduction .............................................................................................................. 70
2. Étude des paramètres du solide ............................. 71
2.1. Cinétique de mouillage.................................. 73
2.2. Résistance au malaxage : Intensité et énergie dépensées................................. 75
3. Étude du mode d’addition du liquide .................... 90
3.1. Addition instantanée du liquide........................................................................ 90
3.2. Addition du liquide en deux fois................... 95
3.3. Conclusion..................................................... 99
4. Effet d’un adjuvant............................. 100
5. Énergie de surface et viscosité des liquides ........ 102
4
5.1. Influence de la tension superficielle du liquide.............................................. 102
5.2. Influence de la viscosité du liquide................................................................ 106
6. Malaxage de micro-mortiers ............................... 110
6.1. Présentation et caractérisation des micro-mortiers utilisés ............................ 111
6.2. Mélanges bimodaux .................................... 112
6.3. Mélanges trimodaux.................................... 114
6.4. Mesure de l’énergie spécifique ................... 115
6.5. Mesure de la porosité du lit granulaire des mortiers en cours de malaxage... 116
6.6. Conclusion...................................................................................................... 117
7. Conclusion du chapitre III. Malaxage en Régime dynamique ............................... 118
Chapitre IV. Le Régime Quasi-Statique................................................................... 124
1. Introduction..................... 124
2. Protocole.............................................................. 125
3. Influences des paramètres « quantité de liquide » et « compacité » ...................... 126
3.1. Influence de la consolidation......................................................................... 127
3.2. Influence de la quantité de liquide .............. 128
3.3. Conclusion................................................... 129
4. Influences du diamètre, de l’indice de forme et de la mouillabilité....................... 129
4.1. Influence du diamètre moyen « d 50 ».......................................................... 130 V
4.2. Influences de l’angle de contact « » et de l’indice de forme « i 50 »......... 132 V
4.3. Conclusion...................................................................................................... 132
5. Cisaillement de mélanges granulaires bimodaux ................................................... 133
6. Conclusion du chapitre IV. Le Régime Quasi-Statique ......................................... 137
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES........................................................... 140
ANNEXES ............................................................................................................................. 144
NOMENCLATURE............................................................ 162
REFERENCES .................................................................. 166
RÉSUMÉ ............................................................................ 170
ABSTRACT ........................................................................................................................... 171


















5
q



Communications Orales et Actes de Congrès
(Comité de Sélection et de Lecture)

Mixing of a wet granular medium : Solid properties effects. Collet R., Oulahna D., Jezequel P-H., de
Ryck A., Martin M. XII SFGP, Marseille, France, Oct.2009. (Communication Orale)

Mixing of a wet granular medium: Particle size and liquid effects. Collet R., Oulahna D., De Ryck A.
th
9 Int. Symp. on Agglomeration, Sheffield, UK, Juin 2009. (Communication Orale)

Malaxage d'un milieu granulaire humide : Etude du mode d'addition du liquide. Collet R., Oulahna
D., Jezequel P-H., De Ryck A., Martin M. Congrès STPMF « Science et technologie des Poudres et
Matériaux Frittés », Monptellier, France, Mai 2009. (Communication Orale et Poster)

Study of inter-particles interactions in a wet granular medium by using quasi-static shear experiments
: mono and bimodal granular media. Collet R., Oulahna D., Jezequel P-H., De Ryck A., Martin M.
PSA « Particulate Systems Analysis », Stratford, UK, Sept. 2008, (Communication Orale)

Inter-particles interactions in a wet granular medium : quasi-static shear experiments. Collet R.,
th
Oulahna D., Jezequel P-H., de Ryck A., Martin M. CHISA “18 International Congress of Chemical
and Process Engineering”, Prague, République Tchèque, Août 2008. (Communication Orale)

Articles soumis à publication:

Mixing of a wet granular medium: influence of the liquid addition method. Collet R., Oulahna D.,
Jezequel P-H., De Ryck A., Martin M. Powder Technology (2009, accepté).

Mixing of a wet granular medium: Particle size and liquid effects. Collet R., Oulahna D., De Ryck A.
Chemical Engineering Science (2009).

Study of inter-particles interactions in a wet granular medium by using quasi-static shear experiments
: mono and bimodal granular media. Collet R., Oulahna D., De Ryck A., Jezequel P-H., Martin M.
Powder Technology (2009)

6



























7 Introduction Générale
INTRODUCTION GENERALE

Les problématiques posées par la génération du matériau « Béton » sont complexes :
hétérogène par nature et contenant des fractions granulaires de solides très élevées, il doit être
« bien malaxé » lors d’une opération dont l’intérêt industriel impose qu’elle soit réalisée dans
des temps très courts, sans affecter significativement la fluidité indispensable à une mise en
œuvre efficace sur chantier. De plus, des contradictions entre les attentes mécanique et
rhéologique existent puisque la première requiert de maximiser la quantité de solides présents
dans le béton au détriment de l’eau alors que la seconde suppose l’inverse. Les compromis
sont adressés, entre autres, par une optimisation du squelette granulaire dont l’impact sur la
capacité du béton à être malaxé efficacement est important.
Pourtant, bien que la phase de malaxage soit une étape clé de la fabrication des bétons, les
leviers d'optimisation sur cette opération ne sont pas toujours bien identifiés. La notion de
bonne ou mauvaise malaxabilité d'un système granulaire reste ainsi à clarifier.
Ce malaxage consiste à distribuer de façon homogène et à mouiller tous les constituants
présents dans le malaxeur. Cependant, c’est un procédé qui génère une forte dépense
énergétique. Ainsi, un des enjeux de notre étude est d’apporter des éléments de
compréhension pour réduire la dépense énergétique et la durée du malaxage.

La réponse en malaxage, et tout particulièrement la transition “granulaire sec / granulaire
humide” à laquelle nous nous intéressons exclusivement, peut être très largement affectée par
les propriétés du mélange, autant que par les caractéristiques du malaxeur. Les mécanismes
physiques en jeu lors des premiers instants sont a priori majoritairement gouvernés par
l’apparition progressive de ponts liquides dans le mélange, jusqu’à saturation complète de la
porosité, passage d’un système triphasique à biphasique, et diminution de l’intensité
consommée par le malaxeur. L’impact des paramètres clés associés aux forces capillaires
(et/ou visqueuses), sur des systèmes complexes tel qu'un béton dans un réacteur agité,
(système en non-équilibre), reste à déterminer. En s’appuyant sur ces paramètres, il est
envisagé de structurer l’étude (paramétrique) autour des entités suivantes :
o paramètres procédés (vitesse, débit, …)
o paramètres phase solide (propriétés individuelles des poudres et propriétés collectives)
o paramètres phase liquide (modification par adjuvantation, viscosité, tension
superficielle)
o paramètres d’interface solide / liquide / air
8 Introduction Générale
L'impact des différents paramètres sera évalué à l'aide d'un malaxeur instrumenté.

Nous avons privilégié deux niveaux d’analyse et d’investigation de ces milieux granulaires
secs/humides (régime dynamique & régime quasi-statique). Ces deux niveaux mettent en
œuvre des contraintes mécaniques différentes et des échelles d’analyse complémentaires.
o Approche du malaxage en régime dynamique par un malaxeur planétaire de laboratoire.
Le malaxage du milieu est réalisé aux niveaux de plans multiples de cisaillement,
constamment renouvelés au cours de l’essai. La résistance au mélange est caractérisée par la
dépense en intensité mesurée au cours du malaxage.
o Approche du malaxage et des contraintes locales en régime quasi-statique par une
cellule annulaire de Schulze. À cette échelle, le milieu granulaire est cisaillé au niveau d’un
plan de surface connue avec une vitesse très faible. La résistance au cisaillement est
caractérisée par une cohésion (liée aux forces cohésives) et un coefficient de friction (lié aux
forces de friction).
Nous pouvons schématiser notre approche comme ci-dessous :

Transition sec - humide
SSeecc HHuummiiddee
Cisaillement & malaxage d’un
milieu granulaire
RRééggiimmeess EEttuuddee && oobbjjeeccttiiffss CCllaassssiiffiiccaattiioonn
Quasi-statique Dynamique Forces Paramètres influents
oo VVaann DDeerr WWaaaallss oo PPoouuddrreeCCoohhééssiioonn
Dépense
o Electrostatiques o Liquideet
énergétique o Capillaires o Procédé
Friction
o Visqueuses
o Frictionnelles Caractérisation de la résistance au
cisaillement o Gravitationnelles





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