Etude cinétique du procédé de granulation humide en mélangeur à haut cisaillement, Kinetic study of wet granulation process in high shear mixer

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THÈSE

Présentée à

L’INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE LORRAINE



Pour l’obtention du grade de

DOCTEUR DE L’INPL

Spécialité : Génie des Procédés et des Produits


par

Nadia SMIRANI


Étude cinétique du procédé de granulation
humide en mélangeur à haut cisaillement



Soutenue publiquement le 23 mai 2008 devant le jury composé de :


Président : M. Noël Midoux Pr, ENSIC-INPL, Nancy

me. Rapporteurs: M Martine Poux CR-HDR, ENSIACET, Toulouse
M. Khashayar Saleh MC-HDR, UTC, Compiègne

Examinateurs: M. Dominique Thomas Pr, IUT-UHP, Nancy
M. Pierre Tchoreloff Pr, Univ. Paris Sud, Châtenay-Malabry
me. M Véronique Falk MC, ENSIC-INPL, Nancy

me. Invitée: M Sabine Desset-Brèthes Industrielle, Novartis Pharma, Bâle
INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE LORRAINE
École Nationale Supérieure des Industries Chimiques de Nancy
Laboratoire des Sciences du Génie Chimique, UPR 6811 CNRS

Ecole Doctorale :
Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits,
Environnements


THÈSE


Présentée à :

L’INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE LORRAINE

Pour l’obtention du grade de

DOCTEUR DE L’INPL
Spécialité : Génie des Procédés et des Produits

par

Nadia SMIRANI

Étude cinétique du procédé de granulation humide en
mélangeur à haut cisaillement


Soutenue publiquement le 23 mai 2008 devant le jury composé de :


Président : M. Noël Midoux Pr, ENSIC-INPL, Nancy

me. Rapporteurs: M Martine Poux CR-HDR, ENSIACET, Toulouse
M. Khashayar Saleh MC-HDR, UTC, Compiègne

Examinateurs: M. Dominique Thomas Pr, IUT-UHP, Nancy
M. Pierre Tchoreloff Pr, Univ. Paris Sud, Châtenay-Malabry
Mme. Véronique Falk MC, ENSIC-INPL, Nancy

me. Invitée: M Sabine Desset-Brèthes Industrielle, Novartis Pharma, Bâle














A mes très chers parents,
A Sana et Mohamed,
A Oualid Remerciements
Ce travail a été réalisé dans le Laboratoire des Sciences du Génie Chimique de
Nancy dans le groupe Sécurité Industrielle et Systèmes Particulaires Hétérogènes.
Je voudrais tout d’abord remercier M. Laurent Marchal-Heussler d’avoir dirigé ces
travaux et de m’avoir donner l’occasion de m’imprégner de ces milieux si
particuliers que sont les poudres.
me.Je remercie très sincèrement M Véronique Falk pour les nombreuses discussions
autour de mes résultats, discussions qui furent toujours enrichissantes et
constructives, mais aussi pour son soutien permanent tout au long de cette thèse.
J’exprime mes remerciements à M. Noël Midoux qui a accepté de présider mon jury
me.de thèse et aux rapporteurs : M Martine Poux et M. Khashayar Saleh qui m'ont
fait le grand honneur de juger ce travail.
me. J’adresse également mes plus vifs remerciements à M Sabine Desset-Brèthes, M.
Pierre Tchoreloff et M. Dominique Thomas pour avoir examiné avec attention ce
manuscrit.
Je remercie aussi M. Eric Schaer pour sa précieuse contribution par l’élaboration
d’un programme de simulation d’agglomération de particules et le temps qu’il m’a
généreusement accordé dans les explications du bilan de population.
Je suis également très reconnaissante envers tous les membres du groupe SISyPHE :
Nathalie Monnier, Laurent Perrin, Olivier Dufaud, Jean-Christophe Appert-Collin,
Sandrine Chazelet, Mamadou, Filipe, Guillaume.
Ma gratitude va aux membres des services du LSGC qui ont répondu toujours avec
plaisir à mes demandes, que ce soit le personnel administratif : Claudine Pasquier,
Annie Frey, Josiane Moras, Véronique Stolf, Nelly Lozinguez et Corinne Decruz, le
personnel de l’atelier : Pascal Beaurain et Christian Blanchard, et les techniciens du
laboratoire : Jean-François Remy, Steve Pontvianne et Kevin Mozet.
Je voudrais également remercier mes amis inconditionnels Neila, Meriem, Hala,
Halima, Sophie, Abdoulaye, Mehdi, la vie m’est très généreuse je vous remercie
pour ces trois ans de très belles amitiés.
Finalement, j’ai une pensée pour ma famille qui par son affection et ses
encouragements permanents a contribué à l’aboutissement de cette thèse.
Sommaire

Introduction Générale ....................................................................................11

Chapitre I : Synthèse Bibliographique ....................................................17
I. Généralités.......................................................................................................19
I.1 Définition ...................................................................................................19
I.2 Procédés - Équipement...............................................................................20
I.3 Etat de saturation des grains.......................................................................21
I.4 Suivi de la granulation par mesure de couple.............................................22
II. Caractérisation des grains .............................................................................24
II.1 Distribution granulométrique .....................................................................24
II.2 Morphologie...............................................................................................25
II.3 Porosité26
III. Description qualitative des phases de granulation.......................................27
III.1 Phases de granulation selon Sastry et al. (1973) ........................................27
III.2 Forces interparticulaires dans la granulation..............................................29
III.2.1 Forces de liaisons avec pont matériel.................................................29
III.2.2Forliaisons sans pont matériel30
III.3 Phases de granulation selon Ennis et Litster (1997)...................................30
IV. Effet des variables opératoires sur la granulation humide .........................32
IV.1 Effet des variables physico-chimiques et de formulation...........................32
IV.1.1 Poudre................................................................................................32
IV.1.2Liquide de mouillage .........................................................................34
IV.1.3 Mouillabilité de la poudre par le liquide de mouillage ......................36
IV.2 Effet des variables de procédé....................................................................37
IV.2.1 Taille des gouttes ...............................................................................37
IV.2.2Vitesse d’agitation .............................................................................39
IV.2.3 Débit du liquide de mouillage............................................................40
V. Distribution du liquide de mouillage.............................................................41
VI. Tentative de description globale du procédé de granulation ......................43
a, bVI.1 Approche de Iveson et Litster (1998 ) .....................................................43
VI.2 Approche de Litster et al. (2001) ...............................................................45
VI.3 Analyse statistique .....................................................................................48
VII. Conclusion.......................................................................................................51

Chapitre II : Matériels & Méthodes .........................................................53
I. Matières premières.........................................................................................55
I.1 Form