Outils innovants pour évaluer la rhéologie des poudres cohésives – COPRINT

Méthodes expérimentales et développement de modèle numériques

Mise au point et calibration d'un milieu granulaire cohésif modèle, insensible à l'humidité ambiante. Mise au point d'un code DEM cohésif. Identification des nombres dans dimensions pertinents.

Différents essais expérimentaux. Calibration des codes numériques.

En cours

La matière granulaire et les poudres sont largement utilisées dans les processus de fabrication de nombreux produits et dans de nombreux domaines industriels. Malgré cette utilisation intensive, leur comportement et leurs propriétés rhéologiques sont toujours mal comprises. La difficulté principale est que les poudres, et leur capacité à couler, sont largement influencées par des effets cohésifs. Dans le pire des cas, un écoulement de poudre peut s’arrêter et être difficile à redémarrer. Le concept de « coulabilité » a été introduit pour rendre compte de ces problèmes, et on utilise parfois un indice de coulabilité pour caractériser l’aptitude de la poudre à s’écouler. Mais cette coulabilité n’est pas clairement reliée aux propriétés physiques et rhéologiques de la poudre. En conséquence, la plupart des équipements de mesure ne donnent qu’une information qualitative sur les propriétés d’écoulement. Notre objectif dans ce projet COPRINT (COhesive Powders : INnovative Tools) est double. 1) Fournir une compréhension physique du concept de coulabilité en étudiant la rhéologie des poudres dans différentes configurations, par des expériences et des simulations numériques. 2) Développer des outils innovants de caractérisation des poudres utiles pour un usage industriel.
Le premier objectif sera atteint en couplant des expériences sur un matériau modèle cohésif aussi bien que sur des poudres industrielles, avec des simulations numériques discrètes et continues. Dans le même esprit que ce qui a été développé durant les 15 dernières années pour les milieux granulaires secs, notre étude se concentrera sur des configurations physiques simples mais pertinentes comme des plans inclinés, des cellules de cisaillement, des tambours tournants. Une des questions principales est la réponse de la poudre à un écoulement transitoire et à une instabilité, pour vérifier si le concept de coulabilité peut être relié à une instabilité de blocage. Le second objectif du projet est d’utiliser ces connaissances pour développer des outils innovants pour caractériser les poudres dans un environnement industriel. La conception de ces outils doit être suffisamment simple pour être utilisée dans des conditions industrielles sévères, mais également doit pouvoir fournir des résultats quantitatifs reliés aux propriétés rhéologiques du matériau. Trois configurations ont été identifiées comme potentiellement pertinentes : un plan incliné, un écoulement autour d’un barreau cylindrique, et un tambour tournant.
Ce projet ambitieux d’un intérêt aussi bien académique qu’industriel est proposé par un consortium regroupant deux laboratoires académiques (IUSTI and ?’Alembert) et un partenaire industriel (CREE Saint Gobain). La durée du projet est de 4 ans. Il rassemble des compétences scientifiques, académiques et industrielles et devrait étendre les récents progrès obtenus sur les milieux granulaires aux poudres cohésives, et également fournir des nouveaux outils pour un usage industriel.