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Aptitude à l'écoulement des poudres

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 Appareil pour mesurer la densité apparentepoudre 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.

Celles-ci sont nombreuses, mais les méthodes principales sont:
angle formé par un tas obtenu par versement sur une surface angle du cratère formé après déversement au travers d'un orifice angle formé par ce qui subsiste après déversement depuis un rebord angle formé par le tas sur une spatule retirée d'une masse

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 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 σs, inférieure à la contrainte de consolidation σc, est appliquée, et la contrainte de cisaillement Τs pour laquelle le matériau cède est recherchée. L'opération est répétée pour différentes contraintes verticales, produisant une série de couples Τs, σs
Jenike décrit l’écoulement des solides en vrac à l´aide de la fonction de flux FF=σ1/fc en disposant ainsi d´un classement en volume par rapport au comportement de sortie des réservoirs.
La  contrainte de cohésion (fc) : 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  (σ1) :  c'est  la  contrainte  maximale  qui  a  pu  s’exercer  sur  la  poudre  pour  l’état  de  consolidation



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