Caractérisation Rhéologique Empirique Et Relative - Détermination De La Loi Constitutive Des Suspensions Eau Et Déchets Papiers-Cartons

Abstract

Pour mettre au point un procédé de fabrication de briques autobloquantes à partir de déchets papier-carton, et d’en garantir la reproductibilité, maîtriser la qualité de la suspension eaux et déchets papier-cartons devient fondamental. En effet, cette suspension est mélangée avec du sable et du ciment pour obtenir les briques autobloquantes. Il est alors essentiel de déterminer la loi constitutive des suspensions eaux et déchets papier-carton. Une méthode de caractérisation rhéologique empirique et relative du type viscosimètre rotatif a été adoptée à partir de la conception et de réalisation d’un broyeur de déchets-papiers. Cette méthode propose d’utiliser ce broyeur comme rhéomètre de process et de définir la viscosité apparente de la suspension à partir de celle d’un fluide newtonien de référence qui nécessiterait la même puissance consommée dans des conditions opératoires et géométriques identiques. Dans le cadre de cette étude, la suspension eaux et déchets cellulosiques suit la loi d’Ostwald de Waële et l’eau est utilisée comme fluide de référence. La courbe caractéristique obtenue sur le broyeur avec l’eau sera comparée avec celles obtenues avec les différentes pâtes de papier. Les données mesurées sont les vitesses de rotation et les puissances électriques consommées pour en déduire les nombres de puissances (N_p). À partir de la fonction modèle N_p = k Re^xFr^y, les paramètres k, x, y seront déterminées pour ajuster les données expérimentales enregistrées. Pour constituer ces données expérimentales et modéliser les courbes caractéristiques du broyeur, l’inclinaison des pales de l’agitateur a été variée : 30° (T30), 45° (T45) et 60° (T60). Différents types de déchets cellulosiques ont également été utilisés : papiers journaux (PJ), papiers vélin (PV) et papiers cartons (PC). La vitesse de rotation du mobile passe de 1 tr/s, à 2,5 tr/s, à 4 tr/s, à 5 tr/s puis elle est augmentée par pas de 2,5 tr/s jusqu’à atteindre la vitesse maximale du moteur qui est de 25 tr/s. Les nombres de puissances obtenus des expériences ont été ajustés par la régression non-linéaire avec deux types de mises en équation sous MatLab. La première mise en équation a été faite par l’algorithme de Nelder Mead (N-M) qui, après 38 à 47 itérations et 75 à 88 évaluations des fonctions, a donné des valeurs de k, x et y. La deuxième a été faite par l’algorithme de Levenberg Marquadt (L-M) et a donné des valeurs de k, x, y après 4 à 5 itérations et 15 à 18 évaluations des fonctions. Ces deux méthodes donnent des résultats différents. Les nombres d’itérations montrent la puissance de chaque algorithme et celui de Levenberg Marquadt converge plus vite. Les valeurs du facteur de fiabilité R <5% obtenues montrent une différence négligeable des équations littérales issues des deux méthodes et valident la multiplicité des solutions. De ces courbes caractéristiques littérales obtenues par ajustement, nous procédons à une caractérisation rhéologique empirique et relative des suspensions eaux et déchets papiers-cartons en déterminant successivement par identification un Nombres de Reynolds apparente, une viscosité apparente et les lois constitutives suivant le modèle de puissance d’Ostwald Waële. Les lois constitutives obtenues sont de la forme  n avec m, indice de consistance et n, indice d’écoulement. Nous avons constaté un indice de consistance entre 9.10-4 et 11.10-4 et un indice d’écoulement entre 1,03 et 1,08. La cohérence de ces valeurs a été constatée en ayant un n> 1, qui signifie un comportement rhéoépaississant. Les suspensions eaux et déchets papiers-cartons sont généralement dans les mêmes classes des solutions d’amidons agitées.