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Optimisation des procédés d'élaboration des matériaux

Cette thématique de recherche concentre son intérêt applicatif à deux industries du génie civil : l’industrie du ciment et les procédés d’élaboration des enrobés routiers. Leurs dépenses en flux d’énergie et de matière, et le cas échéant en effluents gazeux, ont un impact environnemental non-négligeable. La valorisation combinée Energie/C02 est le principal verrou aux sauts technologiques pour planifier les usines du futur.

Ainsi, deux équipements de la chaîne de production des matériaux revêtent un intérêt:

  1. le four rotatif, technologie adaptée à la fabrication de matériaux granulaires (i.e. centrale d’enrobage, cimenterie) développant d’intenses densités de flux de chaleur au cœur, et à la surface externe des équipements.
  2. la centrale à béton dont l’interaction capteur/commande est cruciale dans le contrôle dynamique des différents processus (dosage, malaxage) tout en préservant les propriétés fonctionnelles du matériau cimentaire (rhéologie, ratio e/c).

 

 

Intensification des transferts en four rotatif

Mots clés : écoulement multiphasiques, transferts thermiques, écoulement de Couette-Taylor-Poiseuille, échangeur de chaleur

 

 

Modelisation des transferts thermiques en four tournant.

Les fours rotatifs sont des contacteurs gaz/solide, de géométries cylindriques légèrement inclinés et mis en rotation pour agiter et renouveler les surfaces d’échange des matériaux granulaires. Utilisé en tant que séchoir ou réacteur, la température finale du matériau et les caractéristiques géométriques du tambour conditionnent leur efficacité énergétique.
Nous étudions la phénoménologie des transferts thermiques en four tournant. Des modèles numérique et analytique de type continu à 2 phases (gaz/grains) ont été développés à partir de mesures in situ en four industriel de la centrale d’enrobage du Cerema de Blois. Relié aux flux matière/énergie, ces outils prédictifs ont une forte valeur ajoutée dans le cadre de la prévision de la consommation énergétique des industries s’appuyant sur cette technologie (génie civil, agroalimentaire, traitements des déchets etc.) (contact: Florian Huchet, Lauredan Le Guen)

 

Récuperation de la chaleur fatale dans les fours tournants

Nous étudions la récupération de la chaleur sensible cédée à la paroi des fours rotatifs à partir d’un échangeur de chaleur intensifié. Une thèse de doctorat (M. Piton) en collaboration avec l’Ecole des Mines de Nantes repose sur l’analyse aérothermique locale à partir d’outil numérique (OpenFoam) et le développement d’un prototype d'échangeur. L’intégration multi-échelles d’un modèle thermique de l’échangeur à l’échelle du four rotatif est également en cours dans le cadre d’un programme de Recherche en collaboration avec l’université de Magdeburg. (contact: Florian Huchet)

Interaction Capteurs/Centrale à béton

 

Utilisation de capteurs in situ en centrale de malaxage

Les pistes d’optimisation des centrales à bétons s’appuient à la fois sur une amélioration de l’exploitation et  de l’intégration des mesures de contrôle (composition, état) permettant une meilleure gestion de la qualité  des produits et une diminution des ressources utiles à la production.
L’intégration de capteurs in-situ à plusieurs niveaux de la chaine de production permettrait de s’orienter vers  la formulation d’une nouvelle génération de matériau éco-innovants (ex : terre crue, bétons recyclés..). Ainsi,  la centrale à béton de futur permettra la formulation de matériaux durables à coûts économiques raisonnable  en lien avec les matériaux de construction. (contact: Bogdan Cazacliu)

 

Estimation de la rhéologie en ligne au cours du malaxage

Les formules de béton de nouvelle génération requérent une précision accrue lors de la fabrication. C’est en particulier le cas des bétons autoplaçants. L’outil de contrôle courant – la mésure de puissance – est souvent en limite de précision pour ces nouvelles formulations.
D'où l'interêt d'utiliser des mésures plus raffinés de la réologie du béton lors du malaxage.  Dans ce contexte, une nouvelle solution est l’estimation en ligne de la rhéologie du béton, à partir d’un capteur mesurant la force de trainée d’une pale instrumentée du malaxeur.(contact: Bogdan Cazacliu)