Sciences et Technologies des Poudres

Il est implicitement supposé dans les sections précédentes que la taille absolue des particules n'intervient pas dans la façon de former des empilements. En particulier la définition de porosité n'a pas de dimensions toute comme la porosité d'un empilement cubique régulier de ballons de football ou de balles de ping-pong est rigoureusement la même à \({47}{\, \rm \%}\). Ceci reste globalement vrai pour des particules "macroscopiques" de taille supérieure à environ \({300}{\, \rm \mu m}\) qui sont soumis au force de gravité. Néanmoins avec des particules plus petites que \({300}{\, \rm \mu m}\) le rapport surface/volume devient de plus en plus important et les interactions de surface deviennent de plus en plus importantes devant la force de volume ou poids. Ainsi au fur et à mesure que des particules sont de plus en plus petites, les forces de Van der Waals, les interactions électrostatiques, et les forces capillaires (dépendant de l'humidité relative) ont tendance à s'opposer au tassement dû à la force gravitationnelle. Les critères de stabilité mécanique des grains sont modifiés et la formation de voûtes locales est encouragée. La figure ci-dessous donne une indication de cette influence de la taille des particules où l'on voit que la porosité d'un empilement de billes de verre de \({300}{\, \rm \mu m}\) est de l'ordre de \({40}{\, \rm \%}\) contre \({50}{\, \rm \%}\) pour des particules de \({60}{\, \rm \mu m}\). Un autre exemple est de suivre la masse volumique des poudres de silice en fonction de la taille des grains. Celle-ci peut passer de \({40}{\, \rm \%}\) à \({80}{\, \rm \%}\) quand on considère le sable de silice ou la silice fumé. [Référence * BASF].

Par ailleurs pour tasser des particules et réduire la porosité il est nécessaire de chasser l'air interstitiel. Ce qui devient de plus en plus difficile pour les petites particules car la perméabilité est fonction de la taille des particules au carré. Cette dernière constatation peut être généralisée en disant qu'il est difficile de varier les proportions air particules dans un empilement de très petites particules. Il est difficile de tasser et chasser l'air. Il est également toute aussi difficile d'effectuer une expansion d'un lit de petites particules qui demande une entrée d'air. La figure suivante (communication de Prof. N. Fatah, Lille) montre la structure des lits de grains de \(\ce{SiC}\) par tomographie à rayons X. La structure de l'empilement de grains de \({250}{\, \rm \mu m}\) est homogène, tandis que la structure du lit des grains de \({12}{\, \rm \mu m}\) est très in-homogène avec différentes zones tassées différemment. Ces in-homogénéités peuvent êtres attribuées aux influences des forces de cohésion et de la perméabilité à l'air. On dit également que les lits de grains ont conservé mémoire de l'histoire de leur formation qu'il est difficile d'éliminer pour les très fines particules.