Contrôle de la teneur en eau du granulat

Une bonne connaissance de l’humidité des granulats permet de bien doser l’eau lors de la fabrication d’une gâchée. L’utilisation des humidimètres permet de suivre en continu l’évolution de la teneur en eau des sables.

I.4.3.a Principales méthodes de mesure de la teneur en eau

Différentes techniques de mesure de la teneur en eau des granulats ont été étudiées dans le

cadre du projet national Calibé [62] : des méthodes traditionnelles (méthodes

gravimétriques) et des méthodes plus rapides (électriques, spectrométriques, chimiques, cf.Tableau I.12). Les principes de mesure de ces méthodes sont représentés dans la suite.

Méthode Technique de mesure

Séchage à l’étuve Séchage à la poêle Gravimétrique

Séchage au four micro-onde Résistivité Electrique Permittivité Radar Micro-onde Infra-rouge Spectrométrique Neutron lent

Chimique Pression de gaz

Tableau I.12-Principales méthodes de mesure de la teneur en eau [62]

™ Méthodes gravimétriques

Les méthodes gravimétriques consistent à la double pesée du solide à l’état humide et à l’état anhydre, obtenu par la dessiccation thermique. La durée de séchage est d’environ 2 heures dans l’étuve pour obtenir une masse sèche constante. Ce temps peut être réduit à 15 minutes en utilisant la poêle à frire, ou à 10 minutes au four micro-ondes. Malgré cette diminution, le temps de séchage est encore long, compte tenu du besoin d’évaluation immédiate de la teneur en eau. Cet inconvénient conduit à développer d’autres méthodes

plus rapides : méthodes électriques, spectrométriques et chimique. La méthode

gravimétrique reste néanmoins la référence pour le calibrage des autres méthodes. ™ Méthodes électriques

Les matériaux granulaires sont des corps non métalliques. Ceux-ci se comportent comme des isolants à l’état sec, dont la résistivité et les caractéristiques diélectriques sont connus. En présence d’eau, ces propriétés électriques varient de manière sensible et sont fonction univoque de la teneur en eau des matériaux. Les méthodes électriques consistent donc à mesurer la résistance ou la capacité d’un condensateur entre deux électrodes noyées dans les matériaux pour informer sur les humidités des granulats.

Les facteurs perturbateurs des méthodes électriques sont liés à la structure des matériaux, à la nature de l’eau et à la température.

™ Méthodes spectrométriques

Les méthodes spectrométriques consistent à mesurer l’absorption d’une onde électromagnétique transmise dans le matériau solide ou réfléchie à la surface. La différence entre l’absorption propre de nature sèche des matériaux et celle en présence d’eau permet de remonter à l’humidité des matériaux. Il existe alors deux types de mesure : par transmission ou par réflexion. Les ondes peuvent être émises dans le domaine du radar, des micro-ondes, ou des infrarouges. L’utilisation des sources radioactives produisant des rayonnements gamma, bêta ou des neutrons lents est possible, à condition de prendre certaines précautions.

La mesure par réflexion d’un rayon infrarouge n’est représentative de l’humidité moyenne que dans les cas d’échantillons de faible épaisseur ou de répartition granulaire homogène. La mesure du ralentissement neutronique peut être perturbée par la variation de la composition chimique ou de la densité sèche du matériau. Une onde de micro-ondes est influencée par la granulométrie et la densité des matériaux.

™ Méthode chimique

La méthode chimique consiste à mélanger dans un récipient clos une masse connue de matériau humide avec du carbure de calcium en excès, qui se combine avec l’eau pour former de l’acétylène. Cette quantité d’acétylène est proportionnelle à la teneur en eau du matériau soumis à un essai. En mesurant la pression d’acétylène, on a l’information sur le volume de gaz et donc la teneur en eau du matériau.

I.4.3.b Mode de mesure et précision

Les mesures d’humidité utilisant les techniques électriques ou spectrométriques peuvent s’appliquer aux matériaux au repos (mesure statique) ou en écoulement (mesure dynamique). Des facteurs conditionnant la réponse des sondes peuvent varier avec le mode de mesure, ce qui nécessite des calibrages différents.

Dans le cadre du projet Calibé [62], toutes les mesures de l’humidité sont effectuées dans le laboratoire et en régime statique. Une étude comparative de la précision des différentes méthodes est réalisée (Tableau I.13). Sur l’étendue d’humidité de 3 à 10 points de pourcentage, il est constaté que l’utilisation d’une sonde micro-ondes permet d’obtenir une meilleure précision. La mesure par résistance électrique ou par réaction chimique ne donne pas de résultats satisfaisants.

Le calibrage d’une sonde en mode statique peut poser des problèmes lors de son utilisation quand les matériaux sont en écoulement. En effet, une réponse différente selon le régime d’écoulement a été observée lors de la mise au point de l’humidimètre capacitif LPC autonettoyant [77]. Des écarts systématiques sont trouvés ; ils dépendent du type de matériau, mais sont généralement supérieurs à 1,5 %. Pour mieux évaluer les conditions d’utilisation dans les centrales industrielles, deux sondes, capacitive et micro-ondes, ont été choisies pour des calibrages en régime dynamique, dans le cadre du projet national PN- BAP [70]. Ces sondes étaient installées à deux positions : sur le doseur de la trémie et en position de jetée du matériau (Figure I.38). Les deux sondes sont testées avec des sables (0/3) roulés ou broyés et des granulats (2/4 et 10/14) (Figure I.39). Les mesures ont été

faites à trois teneurs en eau différentes, trois mesures étant effectuées à chaque valeur de teneur en eau. Le calcul de la courbe d’étalonnage est réalisé par l’électronique de l’appareil en test. Les mesures de l’humidité par ces sondes, réalisables pour les sables, sont toutefois difficiles voire impossibles à effectuer avec gravillons (10/14). Ceci s’explique par la porosité importante de ce type de matériau. La précision (au sens de l’écart type) de deux sondes est comparable, de l’ordre de 0,5 %.

Méthode de mesure Etendue de mesure Précision

Séchage 0% - saturation +/-1.0%

Résistivité 3% - 12% Faible précision

Permittivité Sable: 3% - 10% _{Gravillon: 4% - 10%} +/-1.0%

Micro-onde 3% - 10% +/-0.5%

Infra-rouge 0% - 30% +/-2.0%

Neutron lent 1% - saturation +/-2.0%: t_{+/-1.0%: t}mesure = 1min

mesure = 4min

Chimique 0% - 12%: super speedy

0% - 20%: speedy +/-3.0%

Tableau I.13-Précision et étendue de mesure (CALIBE - [62])

POSITION JETEE POSITION JOUE DU DOSEUR Jetée Doseur POSITION JETEE POSITION JOUE DU DOSEUR Jetée Doseur

Figure I.38-Positions installées des dispositifs de mesure [70]

Il faut noter que le déréglage des sondes peut affecter cette précision. Ainsi, lors des essais de vérification, réalisés après étalonnage, plusieurs valeurs d’humidité mesurées par les sondes étaient différentes de celles de référence. De plus, la précision semble être meilleure lors de l’installation de la sonde dans la jetée des matériaux. Cette position permet d’effectuer les mesures dans le flot de matériau et d’éviter le colmatage, notamment avec les matériaux riches en éléments fins.