Thématiques de recherche

Le Groupe de recherche « Poudres et Procédés » s’intéresse au contrôle des propriétés des solides tout au long de leur chaîne de production, depuis leur génération jusqu’à leur mise en forme finale.

 

Les solides étudiés sont de complexité variable : particules nanométriques à micrométriques, granules, compacts, mélange de poudres, particules enrobées, particules composites, bi-compartimentées, gel, mousses polymères, structure 3D, etc.

 

Les propriétés d’usage recherchées sont :

  • l’efficacité d’action (réactivité, biodisponibilité, dispersion, mouillabilité, etc.),
  • la texture granulaire ou la tenue mécanique.

 

Les domaines d’applications sont variés, avec notamment la pharmacie, l’agroalimentaire et la chimie, mais également l’énergie, la valorisation des déchets, la plasturgie ou le nucléaire.

 

Le groupe peut être divisé en 2 parties :

  • l’une s’intéresse aux procédés de génération du solide en amont de l’existence de ce solide,
  • la seconde traite des opérations en aval pour la mise en œuvre et la mise en forme du solide préalablement généré.

 

Le laboratoire se positionne sur la génération de solides dit « structurés ». La structuration du solide passe par un changement d’état liquide ou gazeux vers un état solide. La recherche des architectures ou microstructures spécifiques se fait généralement à l’échelle micrométrique. Des solides de structures diverses sont développés : cristaux (mono ou multi-constituants), composites, mousses de polymères, structures bi-compartiments (cœur-membrane), structures matricielles, …

Les procédés de fabrication employés sont basés sur diverses opérations de transformation des matériaux passant par une étape préalable de fusion ou de solubilisation :

  • la cristallisation en milieu liquide ou non conventionnel (CO2 supercritique, ultrasons),
  • la microfluidique sous pression,
  • le séchage par atomisation,
  • le prilling,
  • l’extrusion à chaud assistée ou non par CO2 supercritique,
  • l’impression 3D par extrusion (à chaud ou à froid).

 

L’enjeu majeur pour ces solides est la structuration fortement dépendante du procédé de génération et la maîtrise du comportement de ces solides dans un environnement donné. Quelques exemples d’aspects de structuration :

  • la thermodynamique (tel que des équilibres de phases),
  • la cinétique (cinétique de dissolution dans un milieu liquide, …),
  • la physico-chimique (interactions solide-liquide, stabilité dans le temps, …).

En aval et à des fins d’application industrielle, le solide, manipulé sous une forme divisée, pourra être transporté ou transformé.

 

Il est ainsi nécessaire :

  • soit de garantir une certaine intégrité de ces solides divisés lors de leur mise en œuvre,
  • soit de leur conférer de nouvelles propriétés notamment par des actions mécaniques fortes.

Ceci implique que ces solides divisés soient soumis à des contraintes mécaniques contrôlées. L’enjeu majeur pour ces procédés est donc la maîtrise de la technologie et des paramètres du procédé en fonction des propriétés des poudres mises en œuvre et de la finalité de l’opération (degré d’homogénéité attendu pour un mélange, taux de recouvrement et force d’adhésion de l’enrobage, granulation de poudres avec phase liante, teneur en eau, transformation chimique, etc.).

Différentes opérations en découlent :

  • la mécanique des poudres,
  • le mélange des poudres,
  • la granulation par voie humide ou sèche,
  • la compaction,
  • l’enrobage à sec,
  • la mécano-synthèse.

Un des objectifs communs à l’ensemble de ces procédés est le développement d’opérations soutenables avec le moindre impact environnemental. La notion d’échelle du procédé est une notion essentielle, et transversale à l’ensemble des activités du centre, qui est prise en compte dans la finalité applicative.

 

Les principaux enjeux scientifiques liés à ces procédés concernent :

  • l’étude expérimentale des mécanismes mis en jeu,
  • la modélisation/simulation des mécanismes et des procédés,
  • le développement de méthodes de mesure et de caractérisation adaptées à des milieux complexes contenant des solides,
  • la conception, l’instrumentation et la conduite des procédés.