Écoulement

Comprendre la silice grâce à l’expertise PowderCraft.

Remplacer la silice en tant qu’agent d’aide à la mise en écoulement…

Contexte

Dans de nombreuses industries (alimentation, pharmacie, chimie), l’ajout de silice amorphe (SiO₂) comme agent d’aide à l’écoulement est une pratique courante. De faibles pourcentages (0,1–2 %) suffisent généralement à modifier la microstructure du lit de poudre, à réduire les ponts capillaires résiduels et à limiter les phénomènes de cohésion interparticulaires.

Cependant, l’efficacité réelle de la silice dépend de paramètres subtils : granulométrie du produit, humidité relative, porosité, mode de mélange, et état de surface des particules. Les méthodes classiques (cellule de cisaillement, angle d’écoulement, Hausner ratio,…) ne capturent qu’imparfaitement des modifications fines de cohésion. En particulier, ces méthodes ne permettent pas d’extraire indépendamment l’effet de l’ajout de silice sur la friction et la cohésion. Les méthodes classiques ne fournissent que des indicateurs globaux d’écoulement, intégrant souvent de manière indissociable ces contributions.
PowderCraft propose une solution unique : une mesure directe des forces de cohésion et de friction par rupture de colonne, capable de détecter des différences d’efficacité de l’ajout d’adjuvants invisibles aux techniques traditionnelles.

Objectifs

Évaluer l’impact de différentes concentrations de silice amorphe sur la cohésion de plusieurs poudres alimentaires, et comparer :

  • l’efficacité de la silice observée via la méthode de rupture de colonne PowderCraft ;
  • la sensibilité des mesures classiques de cisaillement, souvent insuffisantes pour détecter les variations fines.

Matériaux

Trois poudres alimentaires de l’un de nos clients ont été testées sans silice, puis avec 1 % m/m de silice amorphe hydrophobe:

  • Poudre A – d50 : 180 ± 5 µm – aw = 0.30
  • Poudre B – d50 : 320 ± 10 µm – aw = 0.25
  • Poudre C – d50 : 95 ± 3 µm – aw = 0.40

Méthodes

Shear Cell Test (SCT) : Tests classiques de cisaillement annulaire pour obtenir la cohésion par la méthode de Mohr-Coulomb.
→ Mesure peu sensible aux micro-modifications d’adhésion induites par la silice.

PowderCraft Column Rupture Test (PCRT) : Colonne de poudre tassée à porosité contrôlée. La rupture est imposée sous contrainte verticale décroissante.
→ Fournit une mesure directe de la cohésion (Pa) avec une résolution capable de percevoir l’effet réel de la silice.

Resultats

Cohésion mesurée avant et après l’ajout de silice (1%) :

Poudre A :  
SCT : 180± 10 Pa→ 155 ± 5 Pa (−14 %)
PCRT : 240 ± 8 Pa → 120 ± 5 Pa (−50 %)

Poudre B :
SCT : 305± 10 Pa→ 230 ± 10 Pa (-25%)
PCRT : 380 ± 10 Pa → 210 ± 7 Pa (−45 %)

Poudre C :
SCT : 800± 20 Pa→ 738 ± 10 Pa (-8%)
PCRT : 980 ± 20 Pa → 720 ± 15 Pa (−27 %)

PowderCraft montre clairement une diminution de cohésion, alors que les mesures classiques restent peu sensibles. La raison vient du fait que les méthodes classiques ne discriminent que difficilement l’effet de l’ajout de silice sur la friction ou la cohésion.

Discussion

L’effet de la silice repose sur sa capacité à :

  • créer une micro-couche entre les particules ;
  • réduire les ponts capillaires à faible humidité ;
  • diminuer les forces de van der Waals ;
  • limiter les effets de surface (rugosité).

La méthode PowderCraft capture précisément ces mécanismes car elle mesure directement l’énergie nécessaire pour rompre la structure cohésive de la poudre. Les techniques traditionnelles ne sont pas sensibles à certains des micro-effets de surface induits par la silice.

Conclusion

L’ajout de silice comme agent d’aide à l’écoulement améliore significativement la capacité des poudres à s’écouler, mais l’ampleur réelle de cet effet ne peut être révélée que par des mesures fines et discriminantes en terme de cohésion et de friction.

PowderCraft offre :

  • une mesure directe, reproductible et sensible de la cohesion et de la friction ;
  • une capacité unique à comparer objectivement l’efficacité de différents taux d’adjuvants ;
  • un outil d’optimisation pour la formulation et le contrôle qualité.

Enfin, pour répondre aux enjeux croissants de réduction ou de suppression de la silice dans les poudres agroalimentaires, PowderCraft développe et propose des solutions alternatives basées sur des poudres biosourcées (MCC, HPMC, amidon de riz,…). Ces substituts naturels permettent d’obtenir des performances d’écoulement comparables, tout en s’inscrivant dans une démarche réglementaire, durable et conforme aux futures exigences du marché.

Chez PowderCraft  nous voulons comprendre ce que les autres méthodes ne voient pas, et accompagner l’industrie vers des solutions plus sûres et plus durables.

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