La
connaissance de l'aptitude d'une poudre à s'écouler, est très
importante pour le choix des systèmes de stockage et de transfert. Le comportement idéal serait:
- un écoulement libre et régulier par le seul effet de la gravité
- sous forme de particules individualisées
De
nombreux tests ont été imaginés pour déterminer cette caractéristique. Les plus courants sont:
- l'indice de compressibilité
- l'angle de talus
- le test de cisaillement
Indice
de compressibilité
L'indice de compressibilité représente la variation de densité
apparente selon que la poudre est aérée ou est tassées.
Deux indices sont utilisés:
- l'indice de Hausner
- l'indice de Carr
Indice
de Hausner (H)
Il est défini comme le rapport des densités apparentes tassée / aérée
Indice de
Carr (CI)
Il est défini comme la variation de densité (tassée - aérée) / densité
aérée
Densité
apparente
La densité apparente (ou masse volumique apparente) est le ratio de la
masse d'une quantité de
poudre
divisée par le volume qu'elle occupe. Ce n'est pas réellement une
caractéristique du matériau puisque le résultat dépend en partie de la
manière dont la poudre est manipulée.
La densité apparente
aérée
est obtenue en versant une masse connue de poudre dans un récipient
gradué. Elle fait l'objet de la norme DIN 53466.
La densité apparente
tassée
est obtenue en mesurant le nouveau volume occupé après avoir tassé la
poudre, soit en frappant plusieurs fois le récipent sur une table, soit
en applicant un poids sur un piston.
Angle de talus
L'
angle de talus (ou
angle de repos) est
l'angle que forme la surface libre d'un tas de
poudre ou
de granulés avec la surface horizontale qui le supporte. Ici encore, le
résultat dépend en partie de la méthode utilisée pour former le tas.
Ces méthodes ne sont utilisables que pour des poudres
- s'écoulant aisément
- de granulométrie homogène
Test de cisaillement de Jenike
Initialement pour le dimensionnement des silos, Jenike développa une
méthode permettant de quantifier les propriétés
d’écoulement d’une poudre.
Cette méthode consiste à
déterminer les contraintes au sein d'un volume de grains,
lors du cisaillement ou de la rupture. Cette méthode, assez laborieuse,
présente l'intérêt de pouvoir reconstituer les conditions
d'exploitation du matériau granulaire, et en particulier la
consolidation acquise au cours du temps Elle fait appel à un matériel
dédié (une boite de cisaillement) constitué de deux demi-boites, l'une
fixe et l'autre mobile, empilées l'une sur l'autre. Le principe de la
mesure est le suivant:
- phase 1: obtention d'un état de consolidation critique
après
avoir rempli les deux demi-boites parfaitement alignées, avec la poudre
à caractériser, on applique sur son sommet, une contrainte verticale
dite "contrainte critique" σ
c au moyen d'un piston lesté. L'échantillon
est ensuite cisaillé en exerçant une force horizontale croissante sur
sur la partie mobile (la demi-boite supérieure) de la boite, jusqu'à ce
que le matériau cède. A ce stade le matériau est placé dans un "état de
consolidation critique".
- phase 2: mesures proprement dites
après
avoir atteint l'état de consolidation critique, les contraintes
précédentes sont relachées, puis une nouvelle contrainte verticale σ
s, inférieure à la contrainte de consolidation σ
c, est appliquée, et la contrainte de cisaillement Τ
s pour
laquelle le matériau cède est recherchée. L'opération est répétée pour
différentes contraintes verticales, produisant une série de couples Τ
s, σ
sJenike
décrit l’écoulement des solides en vrac à l´aide de la fonction de flux
FF=σ
1/f
c en disposant
ainsi d´un classement en volume par rapport au
comportement de sortie des réservoirs.
La
contrainte de cohésion (f
c) : elle représente la
contrainte en
compression à appliquer sur une voûte
pour la rompre. Elle
est d’ailleurs aussi appelée
contrainte de clef de voûte.
La contrainte majeure de
consolidation (σ
1) :
c'est la contrainte maximale
qui a pu s’exercer
sur la poudre pour
l’état de consolidation
