Étude dynamique et effet du changement d'échelle pour plusieurs systèmes particulaires en mélangeur Turbula® : application à un mélange destiné à la fabrication de plaques composites

L'optimisation d'une operation de melange de poudre repose essentiellement sur un travail experimental a l'echelle du laboratoire qui doit pouvoir etre transposer aux melangeurs de plus grandes tailles. Definir des lois d'extrapolation et ameliorer notre connaissance de la dynamique du melange est donc necessaire. Dans ces travaux, la dynamique de melange au sein des melangeurs Turbula® a ete etudiee en s'appuyant sur l'analyse des cinetiques de melange et des fonctions d'autocorrelation pour plusieurs systemes particulaires. Selon les vitesses de rotation de l'axe moteur, 3 regimes d'ecoulement ont ete definis et les principaux mecanismes de melange et de segregation apparaissant pour chacun de ces regimes ont ete identifies en lien avec les proprietes d'ecoulement des produits. Dans un deuxieme temps, les qualites de melange obtenues dans differentes tailles de melangeurs ont ete comparees sur la base du principe des similitudes afin de mettre en evidence les facteurs ayant une influence lors du passage d'une taille de melangeur a une autre. Enfin dans le cadre d'une application industrielle, une methodologie s'appuyant sur l'intensite de segregation et l'autocorrelation spatiale, a ete developpee pour identifier des defauts d'homogeneite au sein de plaques bipolaires composites. ABSTRACT : The optimization of a powder mixing step typically involves an experimental work at lab scale in order to be transposed to larger mixers. Defining scale-up laws and improving our knowledge of the mixing dynamics remains some of the mains industrial issues of this century. In this work, the mixing dynamics of several particulate systems has been studied in Turbula mixers thanks to the analysis of mixing kinetics and autocorrelation functions. According to the engine speed, three flow regimes have been defined. The corresponding main mixing and segregation mechanisms at play for each of these regimes have been identified in relation with the flow properties of the products. In a second phase, the qualities of the mixtures obtained in the different mixer sizes have been compared on the basis of the principle of similarities in order to shed light the factors which influencing scale-up. Finally, as part of an industrial application, a methodology has been developed using the concept of intensity of segregation and the spatial autocorrelation tools to identify heterogeneities in bipolar plates made of composite materials.