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L’analyse granulométrique est une technique scientifique utilisée afin de déterminer les différents types de grains constituant un échantillon. Elle se fait à l’aide de machines conçues spécialement pour identifier les pourcentages de familles de grains que l’on retrouve dans un spécimen donné. Il s’agit d’une technique que l’on retrouve très souvent dans l’ingénierie civile où elle permet de déterminer la composition d’un sol. Elle s’utilise sur tous les granulats ayant une dimension inférieure ou égale à 63 mm et n’a rien à avoir avec la granularité. Cette dernière est une autre discipline qui s’intéresse de son côté à la distribution dimensionnelle des graines qui se retrouvent dans un granulat.
Pour une détection plus fiable, il est fortement recommandé d’opter pour la granulométrie par diffraction laser en lieu et place de la granulométrie traditionnelle. Définition et explications de ces deux types d’analyse granulométrique.
Présentation de la granulométrie à diffraction laser
La granulométrie à diffraction laser est une technologie qui fait appel aux principes de l’optique. Elle détermine les différentes particules en projetant un faisceau de lumière sur un échantillon de granulat donné. Par la suite, elle mesure la variation angulaire de l’intensité de la lumière après que les faisceaux lumineux ont traversé l’échantillon analysé.
Pendant que les grosses particules ont tendance à réfracter la lumière projetée sur de petits angles, les petites particules le font sur de grands angles. La technologie tient également compte de l’intensité des réfractions dans ses calculs. Ce qui lui permet de déterminer avec précision la taille des différentes particules : grâce à la technologie de la granulométrie à diffraction laser en effet, vous aurez la possibilité de mesurer des particules dont la taille varie de quelques centaines de nanomètres à plusieurs millimètres.
La technologie fait essentiellement appel à la théorie de diffusion de la lumière telle qu’elle a été énoncée par Mie. Celui-ci part du principe que les indices de réfraction des particules contenues dans un échantillon sont connus au préalable.
Les informations concernant les propriétés optiques des particules les plus connues existent déjà. Certaines sont même automatiquement intégrées à des machines disposant de la technologie d’analyse par diffraction laser.
Lorsqu’il s’agit d’une particule inconnue, l’utilisateur peut recourir à une approche itérative ou opter pour l’approximation de Fraunhofer. La méthode itérative amène à réaliser des ajustements entre les données modélisées et les données réelles.
L’approche de Fraunhofer de son côté est une technique simplifiée qui fonctionne très bien avec des particules supérieures à 60 µm. En revanche, en dessous de cette taille, l’estimation devient moins fiable.
Présentation de l’analyse granulométrique par tamisage
L’analyse granulométrique par tamisage est le nom donné à toutes les opérations mises en œuvre afin de séparer les particules contenues dans un échantillon en fonction de leur taille. Elle recourt à des tamis à mailles carrées qui permettent de répartir les éléments constitutifs du spécimen en fonction de leur taille.
Le tamisage est une technique connue depuis l’antiquité. Voilà pourquoi elle est également connue sous le nom d’analyse granulométrique traditionnelle. De façon manuelle, elle s’utilise pour des applications qui ne demandent pas une grande précision d’analyse. Les résultats obtenus dépendent en effet fortement de la personne qui fait les manipulations.
Le principe général de l’analyse granulométrique par tamisage nécessite l’utilisation d’une série de tamis. Ces derniers ont des ouvertures de dimensions différentes et s’emboitent les uns aux autres de manière à avoir une décroissance du haut vers le bas. L’échantillon à analyser se place dans le tamis le plus haut.
La tamiseuse est un type de tamis qui présente la particularité d’automatiser l’agitation, la séparation et la détermination des tailles des particules d’un échantillon. La technique utilisée pour réaliser le tamisage dépend de différents paramètres.
Ces derniers vont de la taille des particules à déterminer au tamisage humide ou sec, en passant par la résistance à l’agglomération et les facteurs électriques statiques. Il existe principalement trois types de tamiseuses : les tamiseuses mécaniques, les tamiseuses vibratoires et les tamiseuses soniques.
Pourquoi la granulométrie à diffraction laser est-elle supérieure à la granulométrie par tamisage ?
Qu’elle soit manuelle ou automatisée, la granulométrie par tamisage apparait aujourd’hui moins efficace que la granulométrie à diffraction laser. Cette dernière présente en effet de nombreux avantages comparativement à l’analyse granulométrique traditionnelle.
Un recours à une taille d’échantillon plus petite
En choisissant un appareil réalisant une analyse granulométrique à diffraction laser, vous n’aurez besoin que d’un petit échantillon. Alors qu’avec les différentes techniques de tamisage, vous aurez parfois besoin d’opter pour des échantillons plus grands avant de parvenir à un résultat satisfaisant. Particulièrement avec les matériaux polydispersés dont l’analyse par tamisage nécessite un échantillon plus important. Vous serez même obligé de recourir à des tamis plus grands. Alors qu’avec la diffraction laser le problème ne se pose tout simplement pas.
Une analyse beaucoup plus rapide
Les appareils se servant de la lumière pour effectuer ce type d’analyse sont également beaucoup plus rapides. Or, la vitesse est un paramètre qui est loin d’être négligeable. Une analyse par l’intermédiaire d’un appareil à diffraction laser nécessite en moyenne 15 secondes pour un échantillon de 15 grammes. Là où le tamisage peut prendre quelques minutes : il est ainsi souvent difficile pour les techniciens de faire des analyses sur place. Ils sont souvent contraints de les réaliser en laboratoire tout en limitant le nombre d’échantillons analysables par une seule et même équipe (tout savoir sur infolabo, le laboratoire d’analyses du lait).
La répétabilité et la reproductibilité des résultats
La vitesse n’est pas le seul domaine dans lequel la granulométrie par diffraction est meilleure. Cette dernière offre également de plus grandes possibilités pour ce qui est de la répétabilité et de la reproductibilité.
La moyenne des mesures effectuées à l’aide de cette technologie présente un taux de reproductibilité supérieur à 1 % pour un taux de répétabilité supérieure à 0,5 %. De leur côté, les méthodes de tamisage n’arrivent pas à atteindre des résultats aussi satisfaisants.
Les tailles des particules mesurées
Les modèles équipés d’un laser couvrent une plus large gamme de tailles en une seule mesure. Alors que les tamiseuses de leur côté sont limitées à quelques dizaines de microns. Pire, en dessous de 45 µm, les résultats obtenus sont plutôt médiocres. Les tamiseuses ont également la fâcheuse tendance d’estimer les dimensions moyennes de particules. Ce qui est loin d’être l’idéal.
La possibilité de personnaliser les rapports
Certains modèles d’appareils de granulométrie à diffraction laser ont la capacité de présenter des rapports personnalisés, ce qui permet à l’utilisateur de disposer des données les plus pertinentes possible.
Celui-ci peut s’il le souhaite demander à ce que l’appareil affiche les différents paramètres statistiques courants. L’affichage se fait dans un seul et unique rapport afin de faciliter le transfert de différentes précisions exigées par un client donné.
Un coût d’exploitation plus abordable
Un appareil disposant de la technologie optique d’analyse coûte certes plus cher à l’achat que la plupart des modèles à tamis. Cependant, sur le long terme, le premier finit par coûter moins cher que le second. Cela s’explique principalement par le coût d’exploitation.
Un système de diffraction laser s’entretient beaucoup facilement. Un nettoyage régulier des fenêtres et leur remplacement occasionnel suffisent largement. Les modèles de dispersion à sec nécessitent eux un remplacement régulier du sac à vide pour continuer à fonctionner correctement.
Avec les modèles à tamis en revanche, les ruptures et déchirements des fils sont plutôt fréquents. Ce qui nécessite un remplacement régulier des tamis.
Un nettoyage et un entretien plus faciles de ces appareils
Comme dit précédemment, les appareils bénéficiant de la technologie de diffraction laser sont plus faciles à entretenir. Pour que votre appareil soit opérationnel, il suffit de faire un brossage rapide de son système.
Certains modèles sont commercialisés avec un disperseur automatisé : celui-ci est capable de suivre une routine de nettoyage programmée par les utilisateurs. Alors que les tamis demandent après chaque utilisation un nettoyage profond. Une situation qui est loin d’être idéale lorsque vous souhaitez aller le plus vite possible.
De meilleures techniques d’automatisation
Comme vous avez pu le constater, les machines fonctionnant à partir de la technologie de diffraction laser sont loin d’être les seules à être automatisées. Certains modèles permettant de faire des analyses granulométriques à l’aide de tamis disposent également d’un fonctionnement automatisé.
Toutefois, la gamme de technologies de diffraction laser est bien meilleure dans ce domaine. Elle réduit considérablement les écarts présents dans les résultats obtenus par différents utilisateurs.
Un fonctionnement avec moins de bruit pour les analyseurs granulométriques à diffraction laser
Le bruit est certainement l’élément qui caractérise le plus les tamiseuses. Ces dernières sont connues pour leurs décibels élevés dus aux vibrations occasionnés par leur utilisation. Si les analyseurs granulométriques à diffraction laser ne sont pas non plus sans bruit, ils en émettent cependant beaucoup moins.
Il est toutefois possible de disposer le vide de certains modèles à l’extérieur du bâtiment où ils sont utilisés. Ce qui permet de réduire considérablement le bruit émis. Par ailleurs, les modèles à tamis sont beaucoup plus grands et prennent plus de place dans un laboratoire.
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