Guide de base sur l’analyse granulométrique-2
Forme des particules
La forme des particules constitutives, en plus de la taille, peut également avoir un impact significatif sur la performance ou le traitement des matériaux particulaires. Actuellement, dans de nombreux secteurs industriels, l’analyse de la forme est effectuée avec l’analyse granulométrique pour comprendre davantage les produits et les processus. Les domaines où la forme des particules est cruciale incluent :
• Réactivité et solubilité (p. ex., principes actifs pharmaceutiques)
• Écoulement et manipulation des poudres (p. ex., systèmes de distribution de médicaments)
• Caractéristiques du frittage céramique (p. ex., filtres céramiques)
• Efficacité abrasive (p. ex., scies circulaires en SiC)
• Texture et sensation (p. ex., ingrédients alimentaires)
La forme des particules peut être utilisée pour déterminer l’état de dispersion des matériaux particulaires, en particulier lorsque des agglomérats ou des particules primaires sont présents.
Comment définir la forme des particules ?
Une particule est un objet complexe en 3D, et pour permettre la mesure et l’analyse des données, il est nécessaire de simplifier sa description, tout comme pour la granulométrie. La technique d’imagerie est la plus utilisée pour mesurer la forme, les données collectées étant une projection 2D du profil de la particule. Ces projections 2D, à l’aide de calculs géométriques simples, permettent de déterminer les paramètres de forme.
Forme de la particule
Les paramètres relativement simples, comme le ratio d’aspect, peuvent être utilisés pour analyser les caractéristiques générales de la forme d’une particule. Dans l’exemple d’image de particule ci-dessous, le ratio d’aspect peut être simplifié comme suit :
Ratio d’aspect = largeur/longueur
En utilisant le ratio d’aspect, il est possible de distinguer des particules ayant une symétrie régulière comme une sphère ou un cube, de celles ayant une forme d’aiguille ou d’ellipse avec des dimensions différentes le long d’un axe.
Contour de la particule
Le contour d’une particule peut fournir des informations non seulement sur la détection des particules agrégées, mais également sur des caractéristiques comme la rugosité de surface. Pour calculer les paramètres du contour d’une particule, on utilise le concept de périmètre de l’enveloppe convexe. En termes simples, comme illustré ci-dessous, le périmètre de l’enveloppe convexe est calculé à partir d’un bande élastique imaginaire qui s’étend autour du contour de l’image de la particule.
Une fois le périmètre de l’enveloppe convexe calculé, des paramètres comme la convexité ou la solidité peuvent être définis sur cette base.
Où
• Convexité = Périmètre de l’enveloppe convexe / Périmètre réel
• Solidité = Aire entourée par le périmètre réel / Aire entourée par le périmètre de l’enveloppe convexe
Les particules avec un contour très lisse auront des valeurs de convexité/solidité proches de 1, tandis que les particules aux contours rugueux ou les particules primaires agrégées auront des valeurs plus faibles.
Paramètres généraux de forme
Certains paramètres de forme capturent les variations dans la forme et le contour de la particule. Dans les cas où les propriétés du matériau mesuré sont influencées par la forme et le contour, il peut être utile de surveiller ces paramètres. Le paramètre le plus couramment utilisé est la circularité. Où :
• Circularité* = Périmètre / Périmètre d’un cercle ayant une aire équivalente
*Ceci est parfois défini comme suit :
Pour éviter toute confusion avec la définition ci-dessus, on parle aussi parfois de circularité HS.
Circularité est souvent utilisée pour mesurer à quel point une particule se rapproche d’une sphère parfaite et peut être appliquée pour surveiller des propriétés telles que l’usure des particules abrasives. Cependant, des variantes peuvent survenir en raison de changements dans la rugosité de la surface, la forme physique, ou les deux, nécessitant donc une attention lors de l’interprétation des données.
Bien que la circularité puisse être très utile dans certaines applications, elle n’est pas convenable dans toutes les situations. Jusqu’à présent, il n’a pas été possible de définir un paramètre de forme universel applicable à toutes les situations. En pratique, il est nécessaire de considérer soigneusement le paramètre le plus adéquat pour chaque application spécifique.
Potentiel zêta
Le potentiel zêta est une mesure de la force de répulsion électrostatique ou de l’attraction entre les particules en suspension liquide. Le potentiel zêta est l’un des paramètres fondamentaux connus pour influencer la stabilité de dispersion.
La mesure du potentiel zêta facilite la compréhension des causes sous-jacentes de la dispersion, l’agrégation ou la floculation, et peut être appliquée pour améliorer la formulation de dispersions, d’émulsions et de suspensions.
L’introduction rapide de nouvelles formulations est la clé du succès. La mesure du potentiel zêta aide à réduire le nombre de formulations candidates, minimisant ainsi le temps et le coût des tests et améliorant la durée de conservation tout en raccourcissant le délai des tests de stabilité.
Dans le traitement de l’eau, le suivi de la dose à l’aide des mesures du potentiel zêta peut réduire les coûts des additifs chimiques en optimisant le contrôle des dosages.
La mesure du potentiel zêta est une application importante dans un large éventail d’industries, y compris la céramique, les produits pharmaceutiques, la médecine, le traitement des minéraux, les appareils électroniques et le traitement de l’eau.
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