Fixation dans le temps

Le durcissement en temps désigne l'augmentation de la résistance interne d'un matériau au cours d'un stockage au repos. Cet effet peut se produire même en l'absence de contrainte mécanique externe supplémentaire, par exemple sous l'effet du seul poids propre ou des conditions environnementales. Il est dû à des modifications physiques ou chimiques de la structure du matériau qui dépendent du temps.

En génie des procédés, la consolidation dans le temps revêt une importance particulière pour les poudres à grains fins et les produits en vrac, ainsi que pour les substances pâteuses et viscoélastiques. On peut citer comme exemples les poudres sensibles à l'humidité, le sucre fraîchement moulu, les pâtes, les mélanges pâteux ainsi que les produits contenant de l'amidon, des dérivés de la cellulose ou des agents épaississants. Les produits en vrac peuvent, lors de leur stockage en silo ou en IBC, se tasser, former des ponts ou « s'agglomérer », perdant ainsi leur fluidité.

Les causes du durcissement par le temps sont multiples. Parmi celles-ci, on peut citer l'alignement des particules et des molécules, le durcissement par contact aux joints de grains, la formation de ponts de fluide, les processus de cristallisation ou les mécanismes de réticulation physique. Le durcissement par le temps s'accompagne souvent d'une augmentation de la viscosité apparente, d'une élévation de la limite d'écoulement ou d'une résistance au cisaillement plus élevée.

σ_c= f(σ₁)

• σ1 est la contrainte de consolidation principale. Il s'agit de la contrainte normale maximale à laquelle le matériau en vrac a été soumis auparavant
• σc est la résistance à la compression uniaxiale. Il s'agit de la contrainte de compression maximale qu'un matériau peut supporter lorsqu'il est soumis à une charge dans une seule direction avant de « céder ».
• ffc est l'indice de fluidité

Un paramètre couramment utilisé est l'indice de fluidité (ffc). Plus la valeur ffc est élevée, meilleure est la fluidité.

ffc = σ₁ / σ_c

Dans la pratique, une description empirique peut être utilisée comme « modèle d'ajustement » pour déterminer l'augmentation de la résistance σc(t).

σ_c(t) ≈ σ_c(t₀) · (t/t₀)ⁿ

• t0 : est le moment initial auquel la résistance σc(t0) est connue, par exemple après 1 heure 
• n est un exposant sans dimension qui indique dans quelle mesure la résistance augmente avec le temps ; il est déterminé à partir de données de mesure et dépend du matériau et des conditions

La solidification au repos influe sur le mélange, le transport, le stockage et le dosage. Les produits qui se solidifient après un arrêt nécessitent, lors du redémarrage, des couples plus élevés, des entraînements plus puissants ou des dispositifs de déchargement spéciaux. Dans les mélangeurs, les réacteurs et les cuves de stockage, cet effet doit être pris en compte lors de la conception, de la gestion des processus et du choix des dispositifs de déchargement. Un mouvement lent et sans zones mortes permet d'éviter complètement le durcissement par le temps. Le mélangeur de silo Gyraton® d'amixon® constitue une excellente solution technique à cet effet.