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Mesure de la taille des particules
Sommaire de la page:
Un milieu granulaire, une poudre, sont des termes qui désignent une
collection de particules solides hétérogènes. On peut caractériser les
particules par:
- leur forme
- leur taille
Elle s'applique idéalement à des particules de forme régulière, de taille comprise entre 40µm et 8 mm. On utilise une série de tamis normalisés, empilés dans l'ordre des ouvertures de maille, le plus grand étant au sommet de la pile.
Le solide à analyser est versé sur le tamis supérieur, et l'ensemble est secoué par une machine adéquate de telle manière que, à chaque étage, les particules plus petites que la maille traversent le tamis, tandis que les particules plus grosses sont retenues.
La masse de solide retenue par chaque tamis est mesurée, et est traduite en pourcentage de l'échantillon dont les particules sont plus petites que la maille du tamis situé au dessus, et plus grosse que la maille du tamis sur lequel elles sont retenues.
Des tamis standards sont disponibles selon différentes normes; quatre d'entre elles, d'origine anglo-saxonne, utilisent la notion de "mesh". Ce sont:
Actuellement, la sédimentation est déterminée par transmission de rayons-X à travers le liquide à différentes hauteurs et plusieurs intervalles de temps. La distribution de taille des particules basée sur la différence de masse est ensuite calculée. Cela permet une mesure à haute résolution dans un délai relativement court.
La technique est applicable à tout matériel inorganique, soit contenant des éléments de masse atomique au-delà de12 (Z>12). Elle est fréquemment utilisée pour déterminer la fraction d’argile dans des échantillons de sol. La gamme de calibrage, déterminé par flux laminaire, est d’environ 0,5 à 300 μm. La densité de la poudre doit préférablement être connue ou mesurée par pycnométrie à l’hélium.
Un tube avec une petite ouverture est immergé dans la solution et deux électrodes sont placées, de part et d'autre de l’ouverture. L’électrolyte et les particules voyagent à travers l’ouverture et la variation de résistance, proportionnelle au volume des particules, est mesurée à leur passage. Chaque particule est comptée et classée selon sa taille. La zone de détection électrique peut également être utilisée pour mesurer les concentrations de particules et pour compter les particules par unité de volume de liquide.
La technique est utilisée pour caractériser la taille des particules et la distribution des particules et pour compter les particules dans la fourchette de 0,6 à 1200 μm. Les particules de faible concentration de solutions, de poudres et de matériel biologique sont généralement analysées.
La distribution de taille est obtenue par dé-convolution de pattern à l’aide d’un modèle optique étant Fraunhofer ou Mie. Le modèle Fraunhofer peut être utilisé sans contraintes pour des tailles au-delà de 10 micron. En dessous de 10 micron, le modèle Mie est plus précis mais celui-ci nécessite les caractéristiques optiques du matériel, l’indice de réfraction et le coefficient d’absorption.
La distribution des tailles de particules peut être évaluée dans un large éventail d’env. 0.02 – 2000 μm pour des particules dispersées en suspension, eau ou organique ou à l’état sec en air.
Puisque les rayons entrent dans les particules à différents angles, les chemins optiques à un point arbitraire sur le détecteur est différent, les ondes lumineuses sont décalés l’une par rapport à l’autre. Deux détecteurs permettent la détermination de la taille des particules.
La technique est utilisée pour caractériser la taille et la vitesse des gouttelettes émergentes d’un aérosol ou d’un diffuseur ayant des tailles de 0.5 à 90 microns.
Une population de particules peut présenter une diversité de tailles
plus ou moins grande. Quelles que soit la technique de mesure utilisée,
les moyens employés pour représenter de manière synthétique
la taille des particules composant cette population sont identiques:
- des histogrammes
- des courbes de répartition cumulée
- des diamètres moyens ou de distribution
- ...
Cependant, la forme des grains influe sur le résultat de la mesure. Ainsi une particule lamellaire apparaitra comme une particule de taille différente selon qu'elle est mesurée par un appareil à sedimentation ou un appareil à diffraction laser. Aussi il est toujours important de préciser la technique de mesure pour présenter un résultat.
La population peut être exprimée en nombre d'individus, ou bien en volume (ou en masse). Ces deux expressions sont très différentes; en effet les individus de faible taille même nombreux peuvent représenter un volume (ou une masse) plus faible qu'un faible effectif de grosses particules. Le plus souvent l'expression en volume (ou en masse) sera mieux adaptée aux préoccupations industrielles.,
- leur forme
- leur taille
Tamisage
Une des nombreuses méthodes pour déterminer la répartition granulométrique des particules solides, peut-être la plus simple et la plus utilisée, est le tamisage.Elle s'applique idéalement à des particules de forme régulière, de taille comprise entre 40µm et 8 mm. On utilise une série de tamis normalisés, empilés dans l'ordre des ouvertures de maille, le plus grand étant au sommet de la pile.
Le solide à analyser est versé sur le tamis supérieur, et l'ensemble est secoué par une machine adéquate de telle manière que, à chaque étage, les particules plus petites que la maille traversent le tamis, tandis que les particules plus grosses sont retenues.
La masse de solide retenue par chaque tamis est mesurée, et est traduite en pourcentage de l'échantillon dont les particules sont plus petites que la maille du tamis situé au dessus, et plus grosse que la maille du tamis sur lequel elles sont retenues.
Des tamis standards sont disponibles selon différentes normes; quatre d'entre elles, d'origine anglo-saxonne, utilisent la notion de "mesh". Ce sont:
- ASTM (American Society for Testing Materials)
- Tyler Screens (US)
- BS (British Standards, UK)
- IMM (Institute of Mining and Metallurgy, UK)
Sédimentation
La sédimentation par gravité (à l’origine la méthode de la pipette) mesure la vitesse de sédimentation des particules dans un liquide et la relie à leur masse par la loi de Stokes. La masse des particules est déterminée par la densité et la taille des particules.Actuellement, la sédimentation est déterminée par transmission de rayons-X à travers le liquide à différentes hauteurs et plusieurs intervalles de temps. La distribution de taille des particules basée sur la différence de masse est ensuite calculée. Cela permet une mesure à haute résolution dans un délai relativement court.
La technique est applicable à tout matériel inorganique, soit contenant des éléments de masse atomique au-delà de12 (Z>12). Elle est fréquemment utilisée pour déterminer la fraction d’argile dans des échantillons de sol. La gamme de calibrage, déterminé par flux laminaire, est d’environ 0,5 à 300 μm. La densité de la poudre doit préférablement être connue ou mesurée par pycnométrie à l’hélium.
Coulter Counter
La technique de la zone de détection électrique (Coulter Counter) utilise une solution d’électrolyte pour disperser les particules.Un tube avec une petite ouverture est immergé dans la solution et deux électrodes sont placées, de part et d'autre de l’ouverture. L’électrolyte et les particules voyagent à travers l’ouverture et la variation de résistance, proportionnelle au volume des particules, est mesurée à leur passage. Chaque particule est comptée et classée selon sa taille. La zone de détection électrique peut également être utilisée pour mesurer les concentrations de particules et pour compter les particules par unité de volume de liquide.
La technique est utilisée pour caractériser la taille des particules et la distribution des particules et pour compter les particules dans la fourchette de 0,6 à 1200 μm. Les particules de faible concentration de solutions, de poudres et de matériel biologique sont généralement analysées.
Diffraction LASER
L’interaction des particules avec la lumière dépend principalement de la taille des particules, leur forme, la rugosité de la surface et les propriétés optiques comme l’indice de réfraction. Selon le matériel, la diffusion de la lumière est unique pour sa taille.La distribution de taille est obtenue par dé-convolution de pattern à l’aide d’un modèle optique étant Fraunhofer ou Mie. Le modèle Fraunhofer peut être utilisé sans contraintes pour des tailles au-delà de 10 micron. En dessous de 10 micron, le modèle Mie est plus précis mais celui-ci nécessite les caractéristiques optiques du matériel, l’indice de réfraction et le coefficient d’absorption.
La distribution des tailles de particules peut être évaluée dans un large éventail d’env. 0.02 – 2000 μm pour des particules dispersées en suspension, eau ou organique ou à l’état sec en air.
Vélocimétrie Doppler
En Vélocimétrie Doppler, les particules sont illuminées par deux faisceaux laser et le décalage de phase de la dispersion des signaux de lumière est mesuré pour caractérisation de la taille des particules et de la taille des gouttelettes. Deux rayons laser sont divisés en quatre faisceaux d’égale intensité. Les faisceaux sont diverges vers un même point et se croisent. La lumière diffractée à partir de particules passant à travers le volume d’analyse (le croisement des rayons laser) est mélangée au niveau du photo détecteur et résulte en un signal différentiel.Puisque les rayons entrent dans les particules à différents angles, les chemins optiques à un point arbitraire sur le détecteur est différent, les ondes lumineuses sont décalés l’une par rapport à l’autre. Deux détecteurs permettent la détermination de la taille des particules.
La technique est utilisée pour caractériser la taille et la vitesse des gouttelettes émergentes d’un aérosol ou d’un diffuseur ayant des tailles de 0.5 à 90 microns.
Répartition granulométrique
Une population de particules peut présenter une diversité de tailles
plus ou moins grande. Quelles que soit la technique de mesure utilisée,
les moyens employés pour représenter de manière synthétique
la taille des particules composant cette population sont identiques:- des histogrammes
- des courbes de répartition cumulée
- des diamètres moyens ou de distribution
- ...
Cependant, la forme des grains influe sur le résultat de la mesure. Ainsi une particule lamellaire apparaitra comme une particule de taille différente selon qu'elle est mesurée par un appareil à sedimentation ou un appareil à diffraction laser. Aussi il est toujours important de préciser la technique de mesure pour présenter un résultat.
La population peut être exprimée en nombre d'individus, ou bien en volume (ou en masse). Ces deux expressions sont très différentes; en effet les individus de faible taille même nombreux peuvent représenter un volume (ou une masse) plus faible qu'un faible effectif de grosses particules. Le plus souvent l'expression en volume (ou en masse) sera mieux adaptée aux préoccupations industrielles.,
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