Distribution de la taille des particules
La distribution granulométrique décrit la répartition des particules d'un ensemble en différentes classes de taille. Il s'agit d'un paramètre essentiel des systèmes dispersés – qu'il s'agisse de poudres, de suspensions ou d'émulsions – et elle est parfois également appelée distribution de taille des grains.
On parle de distribution granulométrique étroite lorsque la plupart des particules ont une taille similaire. Ces poudres présentent généralement un faible dégagement de poussière et séduisent par leurs bonnes propriétés de fluidité et de transport – notamment lors de processus de remplissage rapides (par exemple, la production de sachets de thé, de sachets ou de gélules) ou dans le cadre de procédés de fabrication adaptatifs. Les produits instantanés sont également généralement agglomérés et présentent une distribution étroite afin de garantir un comportement rapide en termes de sédimentation, de dispersion et de dissolution.
Une large distribution granulométrique caractérise en revanche un produit en vrac dont les tailles de grains varient fortement. Cette hétérogénéité est avantageuse lorsque les matériaux doivent être compactés ou agglomérés – par exemple en métallurgie des poudres, dans la céramique haute performance ou dans les procédés exigeant une densité apparente et une compressibilité élevées.
La distribution granulométrique influence de nombreuses propriétés de mise en œuvre : comportement à l'écoulement et au transport, surface spécifique, réactivité, abrasivité, comportement au séchage et à la sédimentation, solubilité, impression gustative, aptitude à l'agglomération et bien d'autres encore.
Méthodes de mesure :
La méthode classique de détermination est l'analyse des résidus de tamisage.
Les procédés modernes tels que la diffraction laser, l'analyse d'images, la diffusion dynamique de la lumière ou l'analyse de sédimentation fournissent des informations détaillées sur les distributions en nombre, en volume ou en masse.
Des capteurs in situ avancés permettent aujourd'hui d'effectuer des mesures en temps réel directement dans l'espace de traitement – dans le lit de matière en vrac en mouvement d'un mélangeur, dans des processus de broyage en continu ou dans des agglomérateurs.
Cela permet de régler et de surveiller la distribution cible de manière ciblée.
Formes de représentation :
Les distributions granulométriques sont souvent représentées graphiquement, avec le diamètre équivalent sur l'axe des x et une mesure de quantité (fraction massique, volumique ou en nombre) sur l'axe des y.
- Les histogrammes (distributions en q) montrent les proportions relatives des différentes classes de taille.
Les courbes cumulatives (distributions Q) conviennent pour déterminer les percentiles.
Les échelles logarithmiques facilitent la représentation de grandes plages de tailles.
Dans la technologie du ciment et du broyage, la représentation selon Rosin-Rammler ou Rosin-Rammler-Sperling-Bennett (RRSB) est courante. Sa forme linéarisée permet de comparer rapidement différents procédés de broyage.
De nombreuses poudres naturelles ou produites par des procédés techniques présentent une similitude statistique de la taille des particules avec la courbe en cloche de Gauss. La densité de probabilité d'une distribution normale est décrite par :
f(x) = (1 / (x σ √(2π))) exp(- ((ln x - μ)² / (2σ²)))
- f(x) : densité de probabilité (fréquence) pour une taille de particule x
- x : diamètre des particules [µm, mm]
- μ : moyenne du diamètre logarithmique (paramètre de position)
- σ : écart-type du diamètre logarithmique (paramètre de dispersion)
- ln : logarithme naturel
- e : nombre d'Euler (≈ 2,718)
- π : nombre pi (≈ 3,14159)
Exemple pratique :
Dans la fabrication d'aliments pour bébés, outre la distribution granulométrique, la porosité et la résistance des particules jouent également un rôle. Les procédés de séchage par atomisation produisent des agglomérats poreux qui sont humidifiés avec des émulsifiants appropriés. Une qualité de produit à faible teneur en poussière est alors déterminante pour garantir la facilité d'emballage et la convivialité pour le consommateur.
Le procédé de séchage par atomisation favorise l'adhérence d'émulsifiants adaptés aux particules. Lors de la manipulation, il faut veiller à ce qu'il n'y ait pas de poussière. La poussière ne perturbe pas seulement le processus de préparation chez le consommateur final. Elle pose également un problème pour la fermeture des emballages. Les joints de fermeture haute performance ne sont étanches à long terme que s'ils sont appliqués sans poussière. Pour les produits en vrac de haute qualité, les distributions granulométriques sont généralement spécifiées et constituent donc des paramètres de qualité importants.
Plus un produit en vrac est de haute qualité, plus sa formulation est importante – la distribution granulométrique joue ici un rôle central.