Étude par analyse d'images des milieux granulaires. Caractérisation des contacts et de l'homogénéité

par Jean-Michel Missiaen

Thèse de doctorat en Génie des procédés

Sous la direction de Gérard Thomas.

Soutenue en 1989

à Grenoble INPG en cotutelle avec Saint-Etienne, EMSE .

mots clés

• Milieux granulaires
• Granulométrie
• Particules (matière)
• Observateurs d'états (mathématiques)
• Ségrégation (métallurgie)

Résumé

L'étude des empilements de grains est importante pour la compréhension des propriétés des milieux granulaires. En particulier, la connaissance des aires de contact entre grains est utile pour décrire la cinétique d'une réaction solide-solide. Nous avons mis au point une méthode d'étude originale des caractéristiques d'un empilement de grains, fondée sur l'analyse d'images de sections de l'empilement enrobe dans une résine. A l'aide de cette méthode, nous avons développé deux protocoles d'analyse spécifiques. Le premier permet de définir complètement l'état d'homogénéité d'un mélange, en évaluant à la fois l'intensité et l'échelle de ségrégation. Le second permet d'estimer les nombres de contacts et les aires élémentaires de contact entre grains dans un mélange. La méthode a été appliquée à l'étude de mélanges de grains de WO3 et de NiO. L'analyse de l'homogénéité a montré que l'agitation à l'aide d'un mélangeur « Turbula » conduisait a des mélanges peu homogènes. Nous avons pu atteindre un degré d'homogénéité plus avance d'une part en appliquant un mouvement d'agitation moins régulier, d'autre part en utilisant un ajout de liquide. Cependant, le mélangeage par agitation présente toujours une tendance à la démixtion, caractérisée par l'observation d'une ségrégation à large échelle après quelques heures d'agitation. L'analyse des contacts nous a permis de comparer les valeurs expérimentales des nombres de contacts dans nos mélanges avec des valeurs théoriques données pour des empilements de sphères. Certains écarts au modèle ont pu être expliques par les caractéristiques particulières du système granulaire utilise. Enfin, l'analyse de l'influence du mode de construction sur les caractéristiques de l'empilement a été effectuée, et comparée aux résultats d'une simulation numérique. Nous avons ainsi pu montrer les effets d'un mode de construction collectif sur les caractéristiques de l'empilement.

Titre traduit

Image analysis of grain packings : characterization of contacts and homogeneity

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