Le tamisage sépare une population de particules solides en deux fractions, selon qu’elles franchissent ou non une ouverture calibrée. C’est l’opération unitaire la plus simple à décrire et la plus difficile à interpréter : on comprend en trois secondes ce que fait un tamis, et il faut un cours entier pour savoir ce qu’on lit sur la courbe qui en sort.
Il faut poser d’emblée ce qui distingue le tamisage de son voisin de paillasse. Un broyeur crée une distribution de tailles : il transforme une population en une autre, plus fine et toujours plus étalée. Un tamis ne crée rien. Il prélève une tranche dans une distribution qui existait avant lui. Cette asymétrie a une conséquence économique brutale et rarement énoncée : si la fenêtre granulométrique exigée par le cahier des charges est plus étroite que l’étalement naturel de la matière, la majorité de la production sera hors calibre, quelle que soit la qualité du tamiseur. Le tamis ne peut pas fabriquer ce que l’amont n’a pas produit.
La deuxième difficulté est plus insidieuse. Une particule qui n’est pas une sphère n’a pas une taille. Elle en a autant qu’il existe de méthodes de mesure, et ces méthodes ne mesurent pas la même chose. Un tamis mesure la dimension intermédiaire de la particule, celle qui décide de son passage à travers un carré. Un granulomètre laser mesure le diamètre de la sphère qui diffracterait comme elle. Un sédimentomètre mesure le diamètre de la sphère qui tomberait à la même vitesse. Sur un produit à peu près sphérique, les trois s’accordent à 5 % près. Sur des aiguilles, des flocons ou des agglomérats, les écarts atteignent 30 à 50 % et aucun des trois ne se trompe : ils répondent à trois questions différentes.
Le tamisage mérite donc un cours pour une raison qui n’a rien à voir avec sa mécanique, laquelle est élémentaire. Il le mérite parce qu’il produit le chiffre le plus cité et le plus mal utilisé de tout le génie des poudres : la granulométrie. Ce chiffre gouverne la coulabilité dans une trémie, la vitesse de dissolution, la ségrégation d’un mélange sec, la tenue d’un comprimé, la sensation en bouche, la pénétration d’un liquide dans un lit et la précision d’une doseuse volumétrique. Le lire de travers coûte plus cher que de mal tamiser.
Tamiser n’est pas broyer, et classer n’est pas trier. Le tamisage est une opération de classification : il répartit une population selon un critère de taille, sans modifier les particules. Le broyage est une opération de transformation : il change la population elle-même. Le triage, lui, sépare selon un critère de nature — couleur, densité, corps étranger — et non selon une dimension. Trois erreurs d’atelier découlent de la confusion : croire qu’on resserrera une granulométrie en modifiant le réglage du broyeur alors qu’elle se resserre au tamis ; croire qu’un tamis éliminera un corps étranger de même taille que le produit, ce qu’il ne fera jamais ; et croire qu’un rendement de tamisage médiocre signale une machine défaillante, alors qu’il signale neuf fois sur dix un lit trop épais ou une matière trop humide.
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À quoi sert l’opération
Le tamisage occupe quatre fonctions industrielles distinctes, et la confusion entre elles produit des cahiers des charges impossibles à tenir. Il faut savoir laquelle on poursuit avant de choisir la machine, car elles n’appellent ni les mêmes surfaces, ni les mêmes toiles, ni les mêmes indicateurs de performance.
Fabriquer un calibre commercial. C’est la fonction la plus visible : découper dans une production continue les fractions qui deviendront des références de catalogue. Le sucre de betterave ou de canne en est l’exemple canonique. Une même cuite alimente, après essorage et séchage, un sucre cristallisé, un sucre semoule, un sucre casson et un sucre glace, et ce n’est pas le cristallisoir qui décide de la répartition : c’est la batterie de tamis en aval. Le commerce international du sucre spécifie d’ailleurs le grain par deux nombres issus directement d’une colonne de tamis, l’ouverture moyenne et le coefficient de variation, dont il sera question plus loin. La même logique gouverne le calibrage des polyols cristallisés, des sels, des farines de spécialité et des poudres de cacao.
Boucler un circuit de broyage. Un broyeur ne produit jamais une taille unique ; il produit une distribution. Pour obtenir une coupe nette, on associe systématiquement le broyeur à un classificateur qui renvoie le refus à l’entrée. Ce circuit fermé est la seule façon d’obtenir un produit fin sans surbroyer la fraction déjà conforme. En meunerie, ce principe est poussé à l’extrême : un moulin à blé enchaîne quinze à vingt-cinq passages de cylindres, chacun suivi d’un compartiment de plansichter, et la farine n’est jamais autre chose que l’accumulation des passants de tous ces étages. Le taux de recyclage — la charge circulante — atteint couramment 150 à 300 % du débit frais dans un circuit fermé de broyage fin.
Éliminer une fraction indésirable. Les fines et les gros sont rarement souhaitables ensemble. Les fines nuisent à la coulabilité, empoussièrent l’atelier, provoquent des ponts dans les trémies et faussent les doseuses volumétriques ; les gros se sentent en bouche, bouchent les buses et refusent de se dissoudre. Un mélange instantané pour boisson est dépoussiéré par tamisage à 100 ou 150 micromètres avant conditionnement, précisément pour supprimer la fraction qui flotterait à la surface de l’eau au lieu de se mouiller. À l’inverse, dans l’industrie brassicole, on ne cherche pas à supprimer les grosses enveloppes du malt concassé : elles constituent la couche filtrante de la cuve-filtre et leur élimination bloquerait la filtration du moût.
Garantir la sécurité du produit. C’est le tamisage de sécurité, ou tamisage de contrôle, placé en fin de ligne juste avant l’ensachage. Sa vocation n’est pas de classer mais d’intercepter : un morceau de joint, un fragment de sac, un agglomérat durci, un éclat de toile. Sa maille est délibérément beaucoup plus large que le produit — typiquement trois à cinq fois le d90 — de sorte qu’il ne retienne rien en régime normal. Le refus doit être quasi nul : c’est une machine dont la performance se mesure au fait qu’elle ne produit rien. Un refus qui devient régulier est une alarme, jamais une routine.
Les filières illustrent la diversité des exigences. En laiterie, la poudre de lait sortant de la tour d’atomisation passe sur un tamis de sécurité à 800 micromètres ou 1 millimètre pour intercepter les écailles de paroi détachées du sécheur ; le tamisage y est purement sécuritaire, la granulométrie ayant été fixée par l’atomisation et l’agglomération. En chocolaterie, on ne tamise pratiquement jamais la masse : la finesse se contrôle au micromètre par palpation entre les cylindres de la raffineuse, et une masse chaude ne se tamise pas. Dans les fruits et légumes, le tamisage prend la forme d’un calibrage par barreaux ou par rouleaux divergents, et il porte sur des dimensions centimétriques. En salaison, la mouture des épices et le tamisage des sels nitrités conditionnent l’homogénéité du saumurage. En sucrerie, enfin, le tamisage du sucre roux ou du sucre glace est l’ultime étape avant le sac, et c’est elle qui décide de la réclamation client.
Le phénomène physique
Un tamisage n’est pas une opération déterministe. Aucune particule n’est « trop grosse pour passer » ou « assez petite pour passer » de façon binaire : chaque particule a, à chaque présentation devant une ouverture, une probabilité de la franchir. Toute la conduite du tamisage consiste à multiplier le nombre de présentations utiles.
La probabilité de passage
Considérons une particule de taille x arrivant perpendiculairement sur une toile d’ouverture a tissée avec un fil de diamètre d. Pour qu’elle passe, son centre doit tomber dans la zone utile de la maille, réduite de part et d’autre par son propre rayon.
La première relation dit l’essentiel. Pour une particule très fine devant la maille, p tend vers la surface libre de la toile, soit 30 à 40 % : une présentation sur trois est fructueuse, et le passage est immédiat. Pour une particule dont la taille atteint 0,9 fois l’ouverture, p tombe à quelques dixièmes de pour cent : il faut plusieurs centaines de présentations. Pour x = a, la probabilité s’annule. C’est le fondement de la notion de fraction critique : les particules comprises entre 0,7 et 1,0 fois la maille sont celles qui consomment la quasi-totalité de la longueur du tamis. Une matière riche en particules critiques est difficile à tamiser, indépendamment de sa nature.
La seconde relation en découle : le refus décroît exponentiellement avec le temps de séjour sur la toile, avec une constante cinétique k qui dépend de la matière, de l’épaisseur du lit et de l’agitation. En pratique, cela signifie que doubler la longueur d’un tamis ne double pas le rendement : on gagne beaucoup sur le premier tiers, peu sur le dernier. Un tamis vibrant classique évacue 80 à 90 % du passant dans le premier tiers de sa longueur ; les deux tiers restants servent à récupérer les particules critiques.
Le lit de matière et la stratification
Sur une toile chargée, les particules ne se présentent pas individuellement : elles forment un lit de plusieurs épaisseurs. Une particule fine située au sommet du lit ne peut pas atteindre la toile tant que le lit ne s’est pas réorganisé. L’agitation a donc deux rôles distincts : faire progresser la matière, et provoquer la stratification, ce mouvement par lequel les fines percolent vers le bas et les gros migrent vers le haut, exactement comme les noix remontent dans un paquet de fruits secs secoué.
La stratification est le vrai travail du tamis. Elle exige une accélération verticale suffisante pour décoller le lit, mais pas au point de projeter la matière hors du contact. L’ordre de grandeur retenu en atelier est une accélération de 2 à 6 fois la pesanteur pour un tamis vibrant, 1 à 2 fois pour un tamiseur à mouvement plan qui travaille en cisaillement plutôt qu’en projection. Au-delà de 7 ou 8 g, la matière vole, le temps de contact s’effondre et le rendement chute alors même que la machine paraît travailler plus fort.
L’épaisseur du lit est le paramètre le plus souvent mal réglé. La règle empirique universelle veut qu’à la sortie du tamis, l’épaisseur du lit de refus n’excède pas trois à quatre fois l’ouverture de la maille. Au-delà, la stratification n’a plus le temps de s’opérer et le rendement s’effondre. Un tamis surchargé se reconnaît instantanément : le lit reste compact et uniforme sur toute la longueur, au lieu de s’amincir progressivement.
Ce qu’une particule non sphérique fait à la mesure
Une particule quelconque possède trois dimensions principales : une longueur, une largeur et une épaisseur. Une ouverture carrée laisse passer la particule si sa deuxième dimension, la largeur, est inférieure au côté du carré — la longueur n’intervient pas, puisque la particule peut se présenter debout. Un tamis mesure donc la dimension intermédiaire. Un fragment de fibre de 2 millimètres de long et 90 micromètres de large passe sans difficulté une toile de 125 micromètres, et sera compté dans la classe « inférieur à 125 micromètres » alors qu’il mesure deux millimètres.
Cette propriété n’est pas un défaut : c’est souvent exactement ce qu’on veut savoir. La largeur gouverne le passage dans un orifice de doseuse, le tassement d’un lit, la sensation d’un grain sur la langue. Mais elle explique les écarts systématiques avec les autres méthodes. La diffraction laser reconstruit un diamètre de sphère de même volume ; sur des particules allongées, elle affiche des valeurs supérieures de 15 à 40 % au tamisage. L’analyse d’image donne un diamètre de disque de même aire projetée, encore différent. Comparer une spécification exprimée en tamisage à un résultat laser sans facteur de correspondance établi sur la matière réelle est une source classique de litige entre fournisseur et client.
On formalise cela par la sphéricité, rapport entre la surface de la sphère de même volume et la surface réelle de la particule. Elle vaut 1 pour une sphère parfaite, 0,8 à 0,9 pour un cristal cubique bien formé comme le sel ou le saccharose, 0,6 à 0,8 pour un granulé de compactage, 0,3 à 0,5 pour un flocon ou une écaille. Plus la sphéricité est faible, plus les diamètres équivalents divergent, et plus le tamisage est lent — une écaille se présente à plat sur la toile et refuse de basculer.
Écrire la méthode dans la spécification. Une granulométrie sans méthode n’est pas une donnée. Une spécification exploitable indique la technique (tamisage à sec, tamisage sous air, diffraction laser voie sèche), la série de tamis employée, la masse d’échantillon, la durée et l’amplitude, et le critère d’arrêt — usuellement, le tamisage est considéré comme achevé lorsque la masse passant sur une minute supplémentaire représente moins de 0,1 % de la prise d’essai. Deux laboratoires qui suivent la même méthode s’accordent à 2 ou 3 % ; deux laboratoires qui suivent des méthodes différentes ne s’accordent jamais.
Les grandeurs et les équations
La maille, le fil et la surface libre
Une toile tissée est définie par deux nombres et non par un seul : l’ouverture de maille a, distance libre entre deux fils voisins, et le diamètre de fil d. Leur combinaison donne la surface libre, c’est-à-dire la proportion de la toile réellement ouverte au passage.
La seconde relation est celle qui convertit un comptage anglo-saxon en une ouverture métrique. Le mesh est un nombre de mailles par pouce, soit par 25 400 micromètres ; il ne dit rien de l’ouverture tant qu’on ne connaît pas le fil. Deux toiles de 100 mesh tissées l’une avec un fil de 100 micromètres, l’autre avec un fil de 140 micromètres, ont des ouvertures de 154 et 114 micromètres : un écart de 26 %. Une spécification exprimée en mesh sans indication de fil n’est donc pas une spécification. C’est la raison pour laquelle la normalisation internationale a abandonné le comptage au profit de l’ouverture exprimée en micromètres.
La surface libre varie de 25 à 30 % pour une toile robuste à gros fil, jusqu’à 45 ou 50 % pour une toile à fil fin ou une maille rectangulaire. Elle détermine directement le débit admissible : à conditions égales, une toile à 40 % de surface libre passe environ 1,6 fois plus de matière qu’une toile à 25 %. Le compromis est classique — la toile fine passe mieux et se perce plus vite.
Les séries normalisées
Trois systèmes coexistent encore dans les documents d’atelier. La norme ISO 3310 fixe les tamis de contrôle en trois parties : toiles métalliques tissées (ISO 3310-1), tôles métalliques perforées (ISO 3310-2), et toiles électroformées pour les très fines ouvertures (ISO 3310-3, en dessous de 100 micromètres, avec des tolérances beaucoup plus serrées). La série principale ISO progresse selon un rapport de 100,15, soit environ 1,41 — chaque tamis a une ouverture racine de deux fois celle du précédent, ce qui double la surface de maille à chaque échelon. La série supplémentaire, de rapport 100,1 soit 1,26, intercale un échelon sur deux.
La série Tyler, d’origine américaine, désigne les tamis par leur nombre de mailles au pouce : 325, 200, 150, 115, 100, 80, 60, 42, 32, 24, 16, 12, 9. Elle est bâtie sur la même raison géométrique 1,41, ce qui rend la correspondance avec la série ISO principale à peu près terme à terme. La série AFNOR, encore courante en France dans les documents anciens et les plans de mouture, repère les tamis par un module entier : l’ouverture en micromètres vaut 10 élevé à la puissance module divisé par dix. Le module 20 correspond donc à 100 micromètres, le module 23 à 200, le module 27 à 500, le module 30 à 1 000 et le module 38 à 6 300. La progression y est de 1,26 d’un module au suivant.
| Ouverture ISO (µm) | Tyler (mesh) | Emploi typique en agroalimentaire |
|---|---|---|
| 45 | 325 | Limite basse du tamisage à sec ; contrôle des poudres impalpables |
| 63 | 250 | Sucre glace, xylitol impalpable, poudres d’enrobage |
| 90 | 170 | Poudre de cacao, farines de spécialité, amidons |
| 125 | 115 | Seuil courant de définition des « fines » dans un mélange sec |
| 180 | 80 | Farine de blé type 55, sucres microcristallins |
| 250 | 60 | Borne basse des cristaux fins de polyols et de saccharose |
| 355 | 42 | Sucre semoule, xylitol cristaux fins |
| 500 | 32 | Sucre cristallisé standard, sel fin |
| 710 | 24 | Gros cristaux, sucre de coco, sels de saumure |
| 1 000 | 16 | Granulés, tamisage de sécurité des poudres fines |
| 1 400 | 12 | Semoules de blé dur, granulés de compactage |
| 2 000 | 9 | Concassé de malt, tamisage de sécurité des granulés |
| 4 000 | 5 | Calibrage grossier, contrôle des agglomérats et corps étrangers |
Refus, passant et diamètres caractéristiques
Une analyse granulométrique par tamisage donne une masse par classe. On en tire deux courbes complémentaires et une densité de distribution.
F(x) est le passant cumulé : la fraction massique de matière plus fine que x. R(x) est le refus cumulé, son complément. La courbe de passant se lit de gauche à droite en montant de 0 à 1 ; la courbe de refus fait l’inverse. Les deux portent exactement la même information et le choix entre elles est une affaire d’usage : la meunerie et la minéralurgie raisonnent en refus, la pharmacie et l’agroalimentaire de spécialité raisonnent en passant.
Les diamètres caractéristiques se lisent directement sur la courbe de passant : d10 est l’ouverture qui laisse passer 10 % de la masse, d50 la médiane, d90 l’ouverture qui en laisse passer 90 %. Trois pièges méritent d’être signalés. D’abord, ce sont des médianes en masse, pas en nombre : une distribution dont la moitié de la masse dépasse 300 micromètres peut compter 99 % de particules plus fines, car une particule de 300 micromètres pèse autant que mille particules de 30. Ensuite, d50 seul ne décrit rien : deux poudres de même médiane peuvent avoir des comportements opposés en coulabilité. Enfin, d90 lu sur un tamisage n’a de sens que si le tamis le plus grossier de la colonne a effectivement laissé un refus mesurable ; si tout est passé, d90 est extrapolé, donc inventé.
L’étendue relative, ou span, est le seul indicateur simple qui décrive l’étalement. Elle vaut 0,5 à 0,9 pour une poudre très resserrée, obtenue par atomisation monodisperse ou par une cristallisation soignée avec classification ; 1,2 à 1,8 pour un produit cristallisé industriel courant ; 2 à 3,5 pour un produit broyé non classé. C’est le chiffre à réclamer d’un fournisseur avant toute négociation sur une fenêtre granulométrique : une fenêtre plus étroite que le span de la matière condamne à un rendement de calibrage médiocre.
Deux moyennes complètent le tableau. Le diamètre moyen en masse est peu utile. Le diamètre moyen de Sauter, en revanche, est celui qui gouverne tous les phénomènes de surface — dissolution, extraction, mouillage, perte de charge d’un lit. Il se calcule directement à partir des masses par classe : l’inverse du diamètre de Sauter est la somme des fractions massiques divisées par le diamètre moyen géométrique de leur classe. Une poudre de d50 égal à 300 micromètres mais contenant 5 % de fines à 20 micromètres a un diamètre de Sauter voisin de 130 micromètres : la surface spécifique est plus que doublée par une fraction massique marginale. C’est pourquoi les fines gouvernent les problèmes de mottage et d’empoussièrement bien au-delà de leur poids.
Rosin-Rammler et log-normale
Une distribution granulométrique complète est lourde à manipuler. Deux modèles à deux paramètres suffisent presque toujours à la résumer, et surtout à la lire sur du papier linéarisé où elle devient une droite.
C’est la loi de Rosin-Rammler, transposition d’une loi de Weibull au domaine des poudres. Le paramètre x’ est la taille pour laquelle le refus vaut exactement 1/e, soit 36,8 % : c’est une taille caractéristique, proche mais distincte de la médiane. Le paramètre n est l’indice d’uniformité, et c’est lui qui porte l’information la plus utile. Un n voisin de 0,8 à 1,2 signale un produit broyé, très étalé. Un n de 1,5 à 2,5 correspond à un cristallisé industriel. Un n supérieur à 3 signale une population déjà classée, donc un produit qui a vu un tamis. Le lien avec le span est direct et mérite d’être mémorisé : n = 1 donne un span voisin de 3,2 ; n = 1,8 un span de 1,6 ; n = 3 un span proche de 0,96 ; n = 5 un span de 0,58.
Un exemple chiffré : une population de cristaux caractérisée par x’ = 420 micromètres et n = 1,8 a un d10 de 120 micromètres, un d50 de 343 micromètres et un d90 de 668 micromètres. Si le cahier des charges exige une fraction 250-500 micromètres, la part conforme se calcule immédiatement : F(500) − F(250) vaut environ 0,77 − 0,33, soit 44 % de la production. Les 56 % restants partent en refonte ou changent de grade. Aucun réglage de tamis ne fera mieux ; seule une cristallisation plus resserrée le fera.
La loi log-normale est le second modèle. Elle postule que le logarithme de la taille suit une loi de Gauss, ce qui est le cas de la plupart des produits issus d’une croissance cristalline ou d’une agglomération. Elle se caractérise par une médiane géométrique et un écart-type géométrique qui se lit sans aucun calcul sur la courbe de passant, puisque σg = d84 / d50 = d50 / d16. Une valeur de 1 correspondrait à une poudre parfaitement monodisperse, qui n’existe pas. De 1,3 à 1,5, la distribution est resserrée ; de 1,5 à 2, elle est normale pour un cristallisé ; au-delà de 2,5, elle est très étalée. Le contrôle qualité des sucres emploie une variante commerciale de cette grandeur : l’ouverture moyenne, ou MA, définie comme l’ouverture de tamis correspondant à 50 % de passant, et le coefficient de variation CV, exprimé en pour cent, qui mesure la dispersion autour de cette médiane. Un sucre cristallisé courant se spécifie autour d’une MA de 0,55 à 0,70 millimètre pour un CV de 25 à 35 %. Ces deux nombres, lus sur une colonne de tamis, sont la définition contractuelle du grain dans le commerce sucrier.
Le rendement de tamisage
Un tamis parfait enverrait tout le passant potentiel dans le passant et tout le refus potentiel dans le refus. Aucun ne le fait. Le rendement se mesure par un bilan matière sur trois analyses granulométriques : l’alimentation, le refus et le passant.
La forme de droite est celle qu’on utilise, car elle ne demande aucune pesée des flux : trois analyses suffisent. Un exemple. Une alimentation de 10 tonnes par heure contient 40 % de matière plus fine que la maille. À la sortie, le refus en contient encore 8 % et le passant en contient 97 %. Le rapport passant sur alimentation vaut (0,40 − 0,08) / (0,97 − 0,08) = 0,36, soit 3,6 tonnes par heure de passant. Le rendement de récupération des fines s’élève à 0,36 × 0,97 / 0,40 = 87 %. On complète par le rendement de rejet des gros, 0,64 × 0,92 / 0,60 = 98 %, et le rendement global du séparateur est le produit des deux, soit 86 %.
Les valeurs usuelles situent le rendement d’un tamis industriel bien conduit entre 80 et 95 % pour une coupe grossière, entre 60 et 85 % pour une coupe fine en dessous de 200 micromètres. Un rendement de 99 % n’est atteignable qu’en payant une surface trois à cinq fois supérieure, parce que la cinétique exponentielle exige un temps de séjour qui explose sur la dernière fraction critique. En analyse de laboratoire, on s’affranchit du problème par la durée : vingt minutes d’agitation sur une colonne chargée à 25-100 grammes suffisent à atteindre l’asymptote.
La partition et la courbe de Tromp
Le rendement global masque une information essentielle : la netteté de la coupure. Deux séparateurs de même rendement peuvent se tromper très différemment selon la taille. La courbe de partition, ou courbe de Tromp, donne pour chaque classe granulométrique la fraction de la matière entrante qui se retrouve dans le refus.
Un séparateur parfait donnerait une courbe en marche d’escalier : 0 % en dessous de la maille, 100 % au-dessus. Un séparateur réel donne une sigmoïde. Le point où elle croise 50 % définit la coupure réelle d50c, qui n’est presque jamais égale à l’ouverture nominale : elle vaut typiquement 0,8 à 0,95 fois la maille sur un tamis chargé, parce que les particules proches de l’ouverture n’ont pas le temps de trouver leur passage. L’imperfection I mesure la pente de la sigmoïde : nulle pour un séparateur idéal, elle vaut 0,10 à 0,25 pour un bon tamis de laboratoire, 0,20 à 0,40 pour un tamis vibrant industriel, 0,25 à 0,40 pour un sélecteur dynamique à air, 0,45 à 0,65 pour un séparateur à air statique. On rencontre aussi l’écart probable moyen, moitié de l’écart entre d75 et d25, qui porte la même information sous forme dimensionnée.
Une anomalie récurrente des courbes de Tromp mérite d’être connue : sur les classificateurs pneumatiques, la courbe ne redescend pas à zéro dans les fines mais se stabilise sur un plateau de 5 à 25 %. C’est le court-circuit : une fraction de l’air chargé de fines part directement dans le refus sans être classée. Ce plateau se corrige par un balayage d’air additionnel du côté des gros, jamais par la vitesse du rotor.
| Symbole | Grandeur | Unité | Ordre de grandeur usuel |
|---|---|---|---|
| a | Ouverture de maille | µm ou mm | 20 µm à 50 mm |
| d | Diamètre du fil de la toile | µm | 25 à 2 000 |
| m | Comptage en mailles par pouce (mesh) | sans dimension | 5 à 400 |
| α | Surface libre de la toile | % | 25 à 50 |
| p | Probabilité de passage par présentation | sans dimension | 10−4 à 0,4 |
| k | Constante cinétique de tamisage | s−1 | 0,02 à 0,5 |
| F(x) | Passant cumulé à la taille x | fraction massique | 0 à 1 |
| R(x) | Refus cumulé à la taille x | fraction massique | 0 à 1 |
| d10, d50, d90 | Déciles et médiane en masse | µm | 10 à 5 000 |
| span | Étendue relative de la distribution | sans dimension | 0,5 à 3,5 |
| x’ | Taille caractéristique de Rosin-Rammler | µm | selon le produit |
| n | Indice d’uniformité de Rosin-Rammler | sans dimension | 0,7 à 5 |
| σg | Écart-type géométrique (log-normale) | sans dimension | 1,3 à 2,5 |
| dsv | Diamètre moyen de Sauter | µm | 10 à 2 000 |
| φs | Sphéricité | sans dimension | 0,3 à 0,95 |
| xF, xO, xU | Teneurs en matière fine de l’alimentation, du refus, du passant | fraction massique | 0 à 1 |
| E | Rendement de tamisage | % | 60 à 95 |
| T(x) | Fonction de partition (Tromp) | % | 0 à 100 |
| d50c | Coupure réelle du séparateur | µm | 0,8 à 0,95 fois la maille |
| I | Imperfection de la coupure | sans dimension | 0,1 à 0,65 |
| Γ | Accélération rapportée à la pesanteur | sans dimension | 1 à 7 |
Les matériels
Toutes les machines de tamisage résolvent le même problème : présenter la matière à l’ouverture le plus grand nombre de fois possible, sans la casser et sans la laisser boucher la toile. Elles diffèrent par la nature du mouvement imposé, et ce mouvement décide de tout — de la finesse accessible, du débit, de la casse et de la durée de vie de la toile.
Les tamiseurs à mouvement vibratoire
Le tamiseur vibrant circulaire, souvent appelé vibro-tamiseur, est la machine la plus répandue de l’industrie alimentaire. Un moteur vertical porte à ses deux extrémités des masses excentrées dont le déphasage angulaire se règle. L’ensemble, monté sur ressorts, décrit un mouvement tridimensionnel : radial pour étaler la matière, tangentiel pour la faire tourner, vertical pour la décoller. Les diamètres vont de 400 à 1 800 millimètres, avec un à quatre étages superposés donnant deux à cinq fractions. Il couvre les coupes de 40 micromètres à 6 millimètres, avec des débits de 0,1 à 6 tonnes par heure selon la finesse. Son avantage décisif est l’encombrement au sol et la rapidité du changement de toile, quelques minutes sur les modèles à serrage rapide. Son inconvénient est la surface disponible : au-delà de 1,8 mètre de diamètre, la toile ne peut plus être tendue correctement.
Le tamis vibrant rectiligne emploie deux motovibrateurs contrarotatifs dont la résultante est une force alternative selon une direction unique, inclinée de 30 à 60 degrés sur le plan de la toile. La matière avance en sautant selon des trajectoires balistiques régulières. Les surfaces vont de 0,5 à 15 mètres carrés, les coupes de 0,3 à 50 millimètres, les débits de 5 à 150 tonnes par heure. C’est la machine des gros tonnages et des coupes moyennes : céréales à l’entrée d’un silo, sucre roux, granulés d’alimentation animale, sels. Son défaut est le bruit — 85 à 95 décibels sans capotage — et la transmission de vibrations à la charpente, qui impose un calcul de structure.
Le tamis incliné à balourd, à un ou deux arbres, incliné de 15 à 25 degrés, appartient plutôt au monde des granulats et des minerais, mais on le rencontre en agroalimentaire pour le criblage grossier de racines, de tubercules ou de légumineuses avant lavage.
Les tamiseurs à mouvement plan
Le tamiseur à mouvement plan horizontal, dit aussi gyratoire, ne projette pas la matière : il la fait tourner à plat sur la toile selon une trajectoire circulaire de 30 à 60 millimètres de course, à 200 à 300 tours par minute, souvent avec un léger tangage à l’extrémité pour évacuer le refus. L’accélération reste inférieure à 2 g. La matière conserve donc un contact permanent avec la toile, ce qui allonge considérablement le temps de séjour — 20 à 60 secondes contre 5 à 15 pour un vibrant. Le rendement de tamisage y est le meilleur de toutes les familles, couramment 90 à 97 % sur des coupes de 200 à 600 micromètres, et la casse est minimale. C’est la machine des granulés fragiles, des flocons, des produits agglomérés et des poudres à haute valeur ajoutée.
Le plansichter est la déclinaison meunière de ce principe, poussée à un degré de sophistication qu’on ne trouve nulle part ailleurs. Un châssis suspendu à des cannes en fibre de verre est mis en giration par un arbre à contrepoids réglable, à 180 à 240 tours par minute et 50 à 80 millimètres de course. Il porte quatre à huit compartiments, chacun contenant vingt à trente cadres de tamis empilés, dont le cheminement interne est dessiné pour produire simultanément quatre à huit fractions à partir d’une seule entrée. Les toiles sont en polyamide ou polyester, de 100 à 1 200 micromètres, nettoyées en continu par des curseurs en caoutchouc qui circulent sous la toile sur un fond perforé et la frappent par-dessous. Un moulin à blé de 200 tonnes par vingt-quatre heures met en œuvre deux plansichters de six à huit compartiments, soit une surface tamisante totale de 60 à 120 mètres carrés — davantage que toutes les autres surfaces de séparation de l’usine réunies.
Le sasseur, ou épurateur de semoules, est un cas particulier remarquable : il combine un tamis oscillant faiblement incliné et une aspiration d’air à contre-courant à travers la toile. La séparation n’y est plus seulement dimensionnelle mais aussi densimétrique. Les particules de semoule pure, denses, restent sur la toile et la traversent ; les particules mixtes portant du son, moins denses à taille égale, sont soulevées par l’air et emportées vers la queue de l’appareil. La vitesse d’air se règle entre 0,8 et 2 mètres par seconde, compartiment par compartiment. C’est l’appareil qui décide de la pureté d’une semoule de blé dur, donc de la couleur et de la tenue à la cuisson des pâtes.
Les tamiseurs centrifuges et à ultrasons
Le tamiseur centrifuge renverse le principe : la toile est un cylindre fixe, et c’est un rotor à palettes tournant à 200 à 800 tours par minute qui projette la matière contre elle. La machine ne vibre pas, ne transmet rien à la charpente, s’insère directement dans une conduite de transport pneumatique et désagglomère au passage les mottes tendres. Elle couvre les coupes de 150 micromètres à 3 millimètres avec des débits de 0,5 à 40 tonnes par heure. C’est le matériel de référence du tamisage de sécurité en fin de ligne, et celui du dépoussiérage des sacs de matière première à l’entrée d’usine.
Le tamiseur à ultrasons n’est pas une famille à part mais un équipement qui se greffe sur un tamiseur vibrant ou centrifuge. Un convertisseur piézoélectrique excite le cadre de la toile à 30 à 40 kilohertz, avec une amplitude de quelques micromètres seulement. Cette vibration de très haute fréquence et de très faible amplitude ne déplace pas la matière : elle empêche les particules de se coincer dans les mailles et désagrège les agglomérats en contact avec le fil. L’effet est spectaculaire sur les mailles fines. En dessous de 100 micromètres, un tamisage classique se colmate en quelques minutes ; avec ultrasons, la même toile tient plusieurs heures et le débit est multiplié par trois à dix. C’est ce dispositif qui rend praticables les coupes de 20 à 50 micromètres, autrement réservées à la classification pneumatique. La puissance installée est modeste, 60 à 200 watts par toile.
La classification pneumatique
En dessous de 40 à 50 micromètres, le tamisage cesse d’être raisonnable : les forces d’adhésion entre particules deviennent supérieures à leur poids, la matière se comporte comme un solide cohésif et aucune toile ne reste ouverte. On change alors de principe physique et l’on sépare non plus par une ouverture mais par un équilibre de forces dans un fluide.
Le séparateur à air statique met en concurrence la traînée aérodynamique, qui croît comme le carré du diamètre en régime de Stokes, et la gravité ou la force centrifuge, qui croît comme le cube. Les particules fines suivent le fluide, les grosses le quittent. Sans pièce mobile, sa coupure se situe entre 30 et 150 micromètres et son imperfection est médiocre, 0,45 à 0,65.
Le sélecteur dynamique, ou turboséparateur, introduit un rotor à aubes tournant à 300 à 3 000 tours par minute dans un flux d’air ascendant. La coupure se règle en continu par la vitesse du rotor et le débit d’air : elle diminue à peu près comme l’inverse de la vitesse de rotation et augmente comme la racine du débit d’air. Les sélecteurs de troisième génération atteignent des coupures de 2 à 60 micromètres avec une imperfection de 0,25 à 0,40, et se placent presque toujours en circuit fermé avec un broyeur à jet d’air ou un broyeur à impact. Le cyclone qui récupère le produit fin, puis le filtre à manches qui traite l’air épuré, font partie intégrante de l’installation et représentent l’essentiel de son encombrement et de sa consommation.
| Famille | Principe du mouvement | Plage de coupure | Débit indicatif | Ce qui le fait choisir |
|---|---|---|---|---|
| Tamiseur vibrant circulaire | Masses excentrées, mouvement tridimensionnel, 3 à 5 g | 40 µm à 6 mm | 0,1 à 6 t/h | Encombrement minimal, changement de toile rapide, polyvalence |
| Tamis vibrant rectiligne | Deux vibrateurs contrarotatifs, trajectoire balistique, 3 à 6 g | 0,3 à 50 mm | 5 à 150 t/h | Gros tonnages, coupes moyennes, robustesse |
| Tamiseur à mouvement plan | Giration horizontale 200-300 min−1, contact permanent, 1 à 2 g | 100 µm à 10 mm | 1 à 30 t/h | Rendement maximal, casse minimale, produits fragiles |
| Plansichter | Giration suspendue, cadres empilés, curseurs de nettoyage | 100 µm à 2 mm | 2 à 15 t/h par compartiment | Fractions multiples simultanées, meunerie et semoulerie |
| Sasseur | Tamis oscillant + aspiration à contre-courant | 200 µm à 1 mm | 0,5 à 5 t/h | Séparation combinée taille et masse volumique |
| Tamiseur centrifuge | Rotor à palettes dans un cylindre tamisant fixe | 150 µm à 3 mm | 0,5 à 40 t/h | Aucune vibration transmise, en ligne, désagglomération |
| Assistance ultrasons | Excitation piézoélectrique de la toile à 30-40 kHz | 20 à 250 µm | Multiplie le débit par 3 à 10 | Toute coupe fine sujette au colmatage |
| Séparateur à air statique | Traînée contre gravité ou centrifugation, sans pièce mobile | 30 à 150 µm | 1 à 100 t/h | Simplicité, absence d’entretien, coupure grossière tolérée |
| Sélecteur dynamique à air | Rotor à aubes 300-3 000 min−1 en flux ascendant | 2 à 60 µm | 0,5 à 200 t/h | Seule voie en dessous de 40 µm ; coupure réglable en marche |
Les toiles et les dispositifs de décolmatage
La toile est la pièce d’usure et la source de la moitié des incidents. Trois technologies coexistent. La toile métallique tissée en acier inoxydable couvre de 20 micromètres à plusieurs centimètres ; elle est précise, résiste à l’abrasion, mais se détend et finit par rompre en fatigue. La toile synthétique en polyamide ou polyester, du monofilament tissé, domine la meunerie et l’agroalimentaire de 100 à 2 000 micromètres : elle est antistatique dans ses versions chargées carbone, elle amortit, elle dure plus longtemps sur produit peu abrasif, et sa rupture est plus facile à détecter visuellement. La tôle perforée, à trous ronds ou oblongs, sert au-dessus de 1 millimètre lorsque la contrainte mécanique interdit la toile. Les toiles électroformées, obtenues par dépôt électrolytique, offrent des ouvertures de 5 à 100 micromètres avec une tolérance de quelques pour cent, mais elles sont fragiles et réservées au laboratoire.
Le choix de la géométrie de maille est un levier sous-employé. Une maille carrée est la référence. Une maille rectangulaire, dont la longueur vaut trois à dix fois la largeur, augmente la surface libre et se colmate beaucoup moins, mais elle laisse passer les particules allongées : c’est exactement ce qu’on veut pour éliminer des fibres, et exactement ce qu’on ne veut pas pour un calibrage strict. Une maille en armure toile serrée à fils de diamètres différents en chaîne et en trame donne des ouvertures très fines avec une bonne tenue mécanique.
Les dispositifs de décolmatage se classent par leur mode d’action. Les balles rebondissantes en caoutchouc, silicone ou polyuréthane, de 20 à 30 millimètres, circulent dans un compartiment situé sous la toile, sur un fond perforé, et frappent celle-ci par le dessous ; on en met une à deux par décimètre carré. Les curseurs et nettoyeurs de plansichter jouent le même rôle en glissant. Les brosses rotatives, montées dessus ou dessous, conviennent aux produits gras ou collants mais usent la toile. Les chaînes et les anneaux servent sur les mailles grossières. Les jets d’air pulsés à contre-courant, séquencés par électrovanne, décolmatent sans contact et conviennent aux produits sensibles. Les ultrasons, enfin, sont la seule solution en dessous de 100 micromètres, car aucun dispositif mécanique ne délivre l’énergie au bon endroit à cette échelle.
Les paramètres de conduite
Un tamis a peu de réglages, et c’est précisément pourquoi ils comptent : il n’y a pas de compensation possible ailleurs. Le paramètre dominant n’est presque jamais celui qu’on croit — ce n’est ni la fréquence ni l’amplitude, mais la charge spécifique.
| Paramètre | Plage usuelle | Effet d’une augmentation |
|---|---|---|
| Charge spécifique | 0,1 à 1 t·h−1·m−2 en coupe fine ; 5 à 50 en coupe grossière | Épaissit le lit, empêche la stratification, effondre le rendement au-delà du seuil |
| Épaisseur du lit en sortie | 2 à 4 fois l’ouverture de maille | Au-delà de 4, les fines n’atteignent plus la toile |
| Inclinaison de la toile | 0° (mouvement plan) à 25° (vibrant incliné) | Accélère l’avance, réduit le temps de séjour et le rendement, abaisse la coupure réelle |
| Fréquence de vibration | 10 à 25 Hz (600 à 1 500 min−1) | Améliore la stratification jusqu’à un optimum, puis fait voler la matière |
| Amplitude (course) | 0,5 à 8 mm selon la maille | Grande amplitude pour les gros, petite pour les fins ; agit avec le carré de la fréquence |
| Accélération Γ | 2 à 6 g (vibrant) ; 1 à 2 g (mouvement plan) | Au-delà de 7 g, perte de contact et chute du rendement |
| Déphasage des masses excentrées | 30 à 70° sur un tamiseur circulaire | Allonge ou raccourcit la spirale d’avance ; règle le temps de séjour sans toucher au débit |
| Temps de séjour | 5 à 15 s (vibrant), 20 à 60 s (mouvement plan) | Le rendement suit une exponentielle : les derniers points coûtent très cher |
| Humidité libre du produit | < 0,5 % pour une maille < 200 µm ; < 2 % au-dessus de 1 mm | Crée des ponts liquides, colle les particules à la toile, colmate en quelques minutes |
| Hygrométrie de la salle | 35 à 50 % HR pour les produits hygroscopiques | Au-delà, reprise d’eau en surface et prise en masse ; en dessous, électrisation |
| Température du produit | Au moins 10 K au-dessus du point de rosée de l’air ambiant | Un produit plus froid que l’air condense et colmate immédiatement |
| Tension de la toile | Contrôlée à chaque montage, revérifiée après 24 h | Une toile détendue vibre en peau de tambour, s’use en son centre et laisse dériver la coupure |
| Densité de balles de décolmatage | 1 à 2 par dm2 de toile | Trop peu : colmatage ; trop : usure prématurée et abrasion de la toile |
| Puissance ultrasonore | 60 à 200 W par toile, 30 à 40 kHz | Ouvre les mailles fines ; au-delà, échauffement du convertisseur et fatigue de la toile |
| Régularité de l’alimentation | Écart-type < 10 % du débit nominal, répartition sur toute la largeur | Une alimentation en à-coups fait perdre plus de rendement que tous les autres réglages réunis |
Deux règles de conduite résument le reste. Première règle : on règle un tamis en observant le lit, pas l’analyse. Un lit qui s’amincit régulièrement de l’entrée vers la sortie et laisse voir la toile sur le dernier tiers est un tamis correctement chargé ; un lit d’épaisseur constante est un tamis saturé, quelle que soit la granulométrie du passant. Seconde règle : on ne cherche jamais à corriger un défaut de granulométrie en modifiant la maille. La maille se choisit une fois, sur la spécification ; tout le reste se corrige par la charge, l’inclinaison et le décolmatage.
Ce qui se dérègle
Le tamisage est une opération dont les défauts sont visibles à l’œil nu par qui sait regarder, et invisibles au laboratoire pendant des semaines par qui ne regarde pas. Deux familles de pannes dominent : le colmatage, qui fait chuter le débit, et la perte d’intégrité de la toile, qui ne fait rien chuter du tout et laisse partir un produit non conforme.
Le colmatage
Le colmatage — les Anglo-Saxons disent blinding — recouvre trois mécanismes distincts qu’il faut savoir distinguer, car ils n’ont pas le même remède. Le coincement est le fait des particules critiques, de taille comprise entre 0,9 et 1,1 fois l’ouverture : elles s’engagent dans la maille et y restent. Il se corrige par une action mécanique par-dessous, balles ou curseurs, ou par ultrasons. L’encrassement par adhésion vient de l’humidité, des matières grasses ou des sucres réducteurs qui rendent la surface collante ; il se corrige en amont, par le conditionnement thermique et hygrométrique du produit, jamais par la machine. L’obstruction par les fines, enfin, résulte de la formation d’une couche cohésive sur le fil ; elle survient sur les mailles inférieures à 100 micromètres et n’a d’autre remède que l’ultrason ou le changement de principe pour une classification pneumatique.
Un tamis colmaté ne s’annonce pas par une alarme. Il s’annonce par une élévation du refus à débit constant, puis par une élévation du niveau dans la trémie amont. Le suivi le plus efficace est celui du ratio refus sur alimentation, tracé jour après jour : sa dérive précède toujours de plusieurs équipes l’apparition du défaut sur le produit fini.
L’humidité et l’électrostatique
Ces deux causes ruinent plus de tamisages que toutes les autres réunies, et elles agissent en sens contraire, ce qui interdit de les traiter séparément.
L’eau libre en surface des particules crée des ponts capillaires. La force de ce pont est proportionnelle à la tension superficielle et au diamètre de la particule, alors que le poids varie comme le cube : en dessous de 100 micromètres, un pont liquide de quelques nanolitres tient une particule cent fois plus fort que la pesanteur ne la tire. Une teneur en eau libre de 0,3 % suffit à rendre intamisable une poudre à 63 micromètres. Le seuil critique n’est pas une teneur en eau absolue mais une activité de l’eau : au-dessus de l’humidité relative critique du produit, la surface se dissout partiellement et le pont capillaire devient un pont solide au séchage, c’est-à-dire un agglomérat définitif. Pour les polyols et les sucres, cette humidité relative critique se situe entre 60 et 85 % selon le composé et la température. La conséquence pratique est simple : la salle de tamisage d’une poudre hygroscopique se climatise, et son air se déshumidifie, faute de quoi aucun réglage ne servira.
À l’opposé, un air trop sec fait apparaître l’électrisation triboélectrique. Le frottement des particules entre elles et contre la toile transfère des charges ; les poudres organiques, faiblement conductrices, ne les évacuent pas. Les particules se repoussent, s’attirent vers les parois, tapissent les gaines de transport et se collent au fil de la toile en formant un feutrage. Le phénomène s’observe en dessous de 30 % d’humidité relative et devient sévère en dessous de 20 %. Les remèdes sont la mise à la terre systématique de toutes les parties métalliques, l’emploi de toiles synthétiques chargées en carbone, les barres d’ionisation à l’entrée du tamis, et le maintien de l’hygrométrie de la salle dans une fenêtre étroite. Il existe donc une fenêtre optimale, généralement 35 à 50 % d’humidité relative : au-dessus on colmate, en dessous on électrise.
Le tableau des défauts
| Symptôme observé | Cause probable | Correction |
|---|---|---|
| Le débit chute et le refus augmente à alimentation constante | Colmatage par coincement des particules critiques | Vérifier le décolmatage : balles présentes, fond perforé propre ; ajouter une assistance ultrasonore sous 150 µm |
| La toile est visiblement luisante, la matière colle par plaques | Humidité libre excessive ou produit plus froid que le point de rosée de la salle | Sécher ou tempérer le produit en amont, déshumidifier la salle à 40-45 % HR ; ne pas augmenter la vibration |
| La poudre monte le long des parois, forme des filaments, colle au capot | Électrisation triboélectrique, air trop sec, mise à la terre défaillante | Contrôler la continuité des masses, poser une barre d’ionisation, passer en toile antistatique, remonter l’hygrométrie |
| Trop de fines dans le refus, granulométrie du passant conforme | Lit trop épais ou temps de séjour trop court | Réduire la charge spécifique, réduire l’inclinaison, allonger la spirale par le déphasage des balourds |
| Des particules manifestement hors calibre dans le passant | Toile percée, joint de cadre écrasé, serrage insuffisant | Arrêt immédiat, contrôle d’intégrité de toutes les toiles, blocage du lot en aval, recherche du fragment de toile |
| La coupure dérive lentement sur plusieurs semaines | Toile détendue ou usure abrasive qui élargit les mailles | Contrôle de tension et étalonnage périodique contre un tamis de référence ; remplacement selon un plan, pas selon la panne |
| L’amplitude mesurée décroît, la machine chauffe | Silentblocs fatigués, masses excentrées desserrées, roulements en fin de vie | Contrôle mensuel de l’amplitude par pastille vibratoire ; resserrage au couple ; remplacement des ressorts par jeu complet |
| Le taux de casse des granulés augmente | Accélération trop élevée, chutes en cascade entre étages, matériau de toile trop dur | Passer en mouvement plan, réduire Γ sous 3 g, capoter les chutes, réduire le nombre d’étages |
| Le rendement s’effondre après un changement de fournisseur | Modification de la forme des particules ou du span de la matière première | Réanalyser la distribution complète, pas seulement le d50 ; comparer les indices n de Rosin-Rammler |
| Analyse laser et analyse par tamisage en désaccord de 20 à 40 % | Particules non sphériques : les deux méthodes ne mesurent pas la même grandeur | Fixer une méthode de référence dans la spécification et établir une correspondance sur la matière réelle |
| Le refus du tamis de sécurité devient régulier | Une source amont produit des agglomérats ou perd des fragments | Ne jamais banaliser : identifier la source, tracer le refus, conserver l’échantillon |
| Empoussièrement de l’atelier autour de la machine | Capotage non étanche, aspiration insuffisante ou mal placée | Rétablir une vitesse de captation de 0,5 à 1 m·s−1 aux ouvertures ; contrôler la mise en dépression du capot |
| Ségrégation constatée en aval malgré un tamisage conforme | Défaut de transport et de reprise, pas de tamisage | Réduire les hauteurs de chute et les vitesses de transport pneumatique ; traiter au niveau du stockage |
Le contrôle d’intégrité de la toile est un point critique, pas une inspection de routine. Une toile percée ne se signale par aucune variation de débit ni de puissance : le tamis fonctionne exactement comme avant, en laissant simplement passer ce qu’il devait retenir. La bonne pratique consiste à vérifier chaque toile de sécurité à chaque prise de poste et à chaque changement de lot, à consigner la vérification, et à bloquer en aval toute la production réalisée depuis le dernier contrôle valide en cas de constat de rupture. Le fragment de toile lui-même devient un corps étranger : il doit être retrouvé, ou la production tracée doit être écartée. C’est la raison pour laquelle un détecteur de métaux ou un séparateur magnétique suit toujours un tamis de sécurité à toile métallique.
Énergie, coût et environnement
Le tamisage est, avec la décantation, l’opération unitaire la moins gourmande en énergie du génie alimentaire. Cela ne signifie pas qu’elle soit gratuite : son coût est ailleurs.
La consommation électrique se compte en fractions de kilowattheure par tonne. Un tamiseur vibrant circulaire de 1 200 millimètres traitant 2 tonnes par heure porte un moteur de 0,75 à 1,5 kilowatt, soit 0,4 à 0,7 kilowattheure par tonne. Un plansichter de six compartiments consomme 4 à 8 kilowatts pour 6 à 12 tonnes par heure, soit environ 0,5 à 1 kilowattheure par tonne. Un tamiseur centrifuge se situe entre 0,3 et 1. La comparaison avec le broyage, qui demande 30 à 60 kilowattheures par tonne pour une mouture fine, place le tamisage deux ordres de grandeur en dessous. La conséquence stratégique est directe : dans un circuit fermé de broyage, il est toujours rentable d’augmenter la surface de tamisage pour éviter de surbroyer. Recycler 200 % de charge circulante coûte quelques dixièmes de kilowattheure par tonne au tamis, et évite plusieurs kilowattheures au broyeur.
L’exception est la classification pneumatique. Ce n’est plus le rotor qui consomme, mais le ventilateur : il faut de l’ordre de 1,2 à 2,5 mètres cubes d’air par kilogramme de produit, mis en mouvement sous 3 à 8 kilopascals de perte de charge à travers le sélecteur, le cyclone et le filtre à manches. Le total s’établit entre 5 et 25 kilowattheures par tonne, soit dix à quarante fois un tamisage mécanique. Descendre sous 40 micromètres se paie donc au prix fort, et c’est un argument à opposer à toute spécification qui exigerait une finesse sans justification d’usage.
Le vrai coût est celui des consommables et du hors-calibre. Une toile synthétique de plansichter dure 1 000 à 4 000 heures selon l’abrasivité ; une toile métallique fine sur produit cristallisé, 300 à 1 500 heures. Le prix unitaire va de quelques dizaines à quelques centaines d’euros, et une installation de meunerie en compte plusieurs centaines. Rapporté à la tonne, le poste toiles représente couramment plusieurs fois le poste électricité. Mais tout cela reste marginal devant le coût du hors-calibre. Sur un calibrage à fenêtre étroite, 40 à 60 % de la production peut sortir hors spécification et devoir être refondue, rebroyée ou déclassée. Chaque tonne refondue traîne derrière elle la chaleur d’une cristallisation et d’un séchage refaits, soit 200 à 600 kilowattheures thermiques par tonne. Le poste énergétique du tamisage n’est donc pas dans le tamis : il est dans ce que le tamis renvoie en arrière. Élargir une fenêtre de spécification de 50 micromètres, quand l’usage le permet, économise plus d’énergie que tous les moteurs de l’atelier.
L’empreinte environnementale directe est négligeable : pas d’eau, pas de vapeur, pas d’effluent, pas de réactif. Le seul rejet est l’air du dépoussiérage, filtré sur manches à 5 milligrammes par mètre cube ou moins, et les poussières récupérées retournent au procédé. C’est l’une des rares opérations dont l’analyse de cycle de vie ne fait apparaître aucun poste significatif, ce qui explique qu’elle disparaisse des bilans carbone où les postes thermiques et agricoles écrasent tout le reste.
Danger : atmosphères explosives. Un tamiseur met en suspension une poudre fine dans un volume clos, et ajoute une source d’électrisation par frottement. Les poudres de sucres et de polyols sont des poussières combustibles : leur énergie minimale d’inflammation se compte en dizaines de millijoules, leur concentration minimale explosible en dizaines de grammes par mètre cube, et une décharge électrostatique de quelques dizaines de millijoules suffit à amorcer. Les installations de tamisage de poudres alimentaires sèches relèvent des directives 2014/34/UE (ATEX équipements) et 1999/92/CE (protection des travailleurs). Les obligations sont concrètes : zonage documenté, continuité électrique et mise à la terre de tous les éléments conducteurs y compris les manches souples et les balles de décolmatage, évents ou suppression d’explosion sur les volumes clos, découplage des conduites, et interdiction absolue des travaux par point chaud sans permis de feu et nettoyage préalable. Le nettoyage des dépôts de poussière sur les structures hautes n’est pas une question de propreté : une couche de un millimètre remise en suspension suffit à charger un local.
L’opération dans la fabrication des sucrants
Le tamisage est l’étape qui décide de la référence commerciale. Chez tous les sucrants cristallisés, la fabrication produit une population unique et large ; c’est la colonne de tamis en aval qui en tire les grades du catalogue. Le raisonnement n’a rien d’abstrait : il fixe le rendement matière et donc le prix de revient de chaque référence.
Le calibrage du xylitol se joue au tamis, pas au broyeur
La fabrication du xylitol s’achève par une cristallisation en solution concentrée, un essorage et un séchage. Le cristallisoir livre un magma dont la médiane se situe couramment entre 400 et 700 micromètres, avec un span de 1,2 à 1,8 — c’est-à-dire une population qui s’étale, en pratique, de 100 à 1 200 micromètres. Aucune conduite de cristallisation ne resserre cette distribution au point de faire coïncider la production entière avec un grade commercial. Le classement est donc un travail de tamis.
Les grades usuels du xylitol solide se répartissent en quatre familles : la poudre impalpable, dont l’essentiel de la masse passe sous 75 à 100 micromètres ; les cristaux fins, de l’ordre de 0,2 à 0,6 millimètre ; les cristaux standard, de 0,4 à 1,0 millimètre ; et les granulés, au-delà de 0,8 millimètre. Trois de ces quatre familles sortent directement de la colonne de tamis. Seule la poudre impalpable exige un broyage, et encore : ce broyage est alimenté par le refus et les déclassés du calibrage, non par la production principale. C’est un point que l’atelier doit avoir en tête, car la tentation est forte de croire l’inverse. On n’obtient pas un grade « cristaux fins » en réglant plus fin un broyeur : on l’obtient en découpant une tranche dans la distribution existante. Un broyeur réglé plus fin produirait une population certes plus fine, mais plus étalée encore, avec une queue de fines que le grade n’accepte pas.
Le calcul de rendement se fait avec les outils du chapitre précédent. Pour un magma de x’ = 620 micromètres et n = 1,7, la fenêtre 400-800 micromètres représente environ 40 % de la masse. Les 60 % restants ne sont pas perdus : le refus au-dessus de 800 micromètres alimente le grade granulés ou repart au broyage, le passant sous 400 micromètres alimente le grade cristaux fins ou la poudre. La conduite consiste donc à ajuster non pas le tamis, mais l’équilibre commercial entre grades — et, en amont, la conduite de cristallisation, seul levier qui agisse réellement sur le span. Un ensemencement plus dense et un refroidissement plus lent resserrent la population et augmentent mécaniquement la part du grade principal.
magma, d50 400-700 µm, span 1,2-1,8
humidité résiduelle ramenée sous 0,2 %
colonne 1,0 / 0,8 / 0,4 / 0,2 mm, salle à 40-45 % HR
granulés, cristaux, cristaux fins ; les gros au broyage, les fines à la refonte
maille 3 à 5 fois le d90 du grade, refus attendu nul
Chewing-gums et confiserie : la granulométrie est un paramètre sensoriel
Le chewing-gum au xylitol impose les spécifications granulométriques les plus strictes de toute la filière, et pour deux raisons indépendantes.
La première tient à la texture. Le seuil de détection des particules solides par la langue se situe aux alentours de 25 à 30 micromètres. Une dragéification dure — les couches successives qui forment la coque brillante d’une pastille — met en œuvre une poudre de xylitol en suspension dans un sirop sursaturé. Si cette poudre contient une fraction significative au-dessus de 50 micromètres, la coque est perçue comme sableuse. Les cahiers des charges de dragéification exigent donc typiquement un d90 inférieur à 50 micromètres et une absence quasi totale de matière au-dessus de 75. À cette finesse, le tamisage classique est hors jeu : la coupe se fait au sélecteur dynamique, en circuit fermé avec un broyeur à impact, ou au tamis à ultrasons pour les petits débits et le contrôle final.
La seconde raison tient à la sensation de fraîcheur. La dissolution du xylitol dans la salive est fortement endothermique — c’est une propriété physique du composé, partagée à des degrés divers par tous les polyols. L’intensité perçue de cette fraîcheur ne dépend pas de la quantité de xylitol, mais de la vitesse à laquelle il se dissout, donc de la surface développée, donc du diamètre de Sauter de la population de cristaux incorporée. Des cristaux de 200 micromètres donnent une attaque franche et brève ; des cristaux de 600 micromètres donnent un effet plus tardif et plus long. Deux gommes de composition identique et de granulométries différentes ne procurent pas la même sensation. C’est un cas exemplaire d’opération unitaire qui décide directement d’un attribut sensoriel, sans passer par la formulation.
Les mélanges secs : le tamisage comme assurance contre la ségrégation
Un mélange de poudres n’est jamais stable en soi. Il est stable tant qu’on ne le manipule pas. Dès qu’il subit une vibration, une chute ou un transport pneumatique, les particules se réorganisent selon deux mécanismes : la percolation, par laquelle les fines s’infiltrent entre les grosses et migrent vers le bas, et la trajectoire, par laquelle les particules de masses différentes se séparent en vol libre. La ségrégation par percolation devient sensible dès que le rapport des médianes de deux constituants dépasse environ 1,3, et sévère au-delà de 2.
C’est la contrainte majeure des édulcorants de table en mélange. Un sucrant de table associant de l’érythritol cristallisé, dont la médiane se situe autour de 300 à 500 micromètres, et un extrait de stévia atomisé, dont la médiane se situe entre 30 et 100 micromètres, est un mélange condamné : le rapport des médianes dépasse quatre. Une simple descente dans une trémie suffit à concentrer les glycosides de stéviol au centre et le porteur en périphérie, et la dose sucrante d’un sachet à l’autre varie du simple au double. Deux voies existent, et aucune n’est le mélangeage. La première est le tamisage des deux constituants sur une fenêtre commune, ce qui suppose de sacrifier une part importante de chacun. La seconde, presque toujours préférée, est la granulation, qui fixe l’ingrédient minoritaire sur le porteur et supprime la question. Le tamisage intervient alors en aval de la granulation, pour éliminer les fines non agglomérées et les surgrossis.
Le conditionnement impose sa propre contrainte, indépendante de la précédente. Une doseuse volumétrique — vis, godet ou piston — reproduit un volume, pas une masse. Sa précision dépend de la constance de la masse volumique apparente tassée, laquelle dépend directement de la distribution granulométrique. La règle d’atelier veut que la fraction en dessous de 100 micromètres reste sous 5 % en masse pour une doseuse à godets : au-delà, l’air emprisonné rend le tassement irrégulier et la dérive de poids dépasse la tolérance légale du préemballage. Un tamisage de dépoussiérage juste avant la doseuse est souvent le moyen le plus économique de rattraper une dérive de remplissage.
Les autres sucrants
Le sucre de betterave et de canne offre le cas le plus formalisé. Le grain commercial y est contractuellement défini par deux nombres issus d’une colonne de tamis : l’ouverture moyenne, exprimée en millimètres, et le coefficient de variation, en pour cent. Un sucre cristallisé courant se négocie autour de 0,55 à 0,70 millimètre pour un coefficient de variation de 25 à 35 %. Les sucres semoule descendent vers 0,25 à 0,40 millimètre, les cassons montent au-dessus du millimètre, et le sucre glace, obtenu par broyage puis classification, se situe sous 100 micromètres avec un agent antimottant. Toute la gamme d’une sucrerie sort de la même cuite.
L’érythritol suit une logique identique à celle du xylitol, avec deux particularités : son cristal est plus dur et plus cassant, ce qui fait qu’un tamisage trop énergique génère lui-même des fines et dégrade la coupe qu’il est censé produire ; et sa très faible hygroscopicité rend son tamisage nettement plus facile, la contrainte d’humidité de salle étant beaucoup moins sévère que pour le xylitol ou le sorbitol.
La stévia mobilise le tamisage à deux endroits éloignés. À l’amont, les feuilles séchées sont broyées puis tamisées entre 0,5 et 2 millimètres avant extraction aqueuse : une mouture plus fine augmenterait la surface d’échange mais rendrait le lit imperméable et bloquerait la percolation. À l’aval, le concentré purifié est séché par atomisation et donne une poudre très fine, de 30 à 100 micromètres, qui n’a pas à être classée mais qui passe systématiquement sur un tamis de sécurité à 400 ou 500 micromètres pour intercepter les écailles décollées des parois de la tour.
Le sucre de fleur de coco pose un problème de mottage plus que de calibrage : sa teneur résiduelle en eau et en sucres réducteurs le rend collant, et il arrive fréquemment en sacs sous forme d’agglomérats tendres. Le tamisage y sert avant tout de désagglomération, généralement au tamiseur centrifuge, avant un calibrage grossier.
Le sirop de yacon et le sirop d’agave échappent en revanche à cette opération : ce sont des produits liquides, et il n’y a rien à classer par taille. Le seul organe apparenté qu’on rencontre sur ces lignes est un filtre-tamis de sécurité de 150 à 400 micromètres placé juste avant la remplisseuse, dont la fonction est d’intercepter un corps étranger, non de calibrer. C’est un cas où il faut résister à la tentation d’établir un lien : le tamisage est une opération de solides divisés, et un sirop n’en est pas un.
Pour aller plus loin
- Broyage — l’opération qui crée la distribution que le tamis se contente de découper ; les deux ne se conduisent jamais séparément.
- Granulation et agglomération — la réponse aux fines que le tamisage met en évidence, et la seule parade réelle à la ségrégation d’un mélange sec.
- Séchage — l’étape qui décide de l’humidité résiduelle, premier facteur de colmatage d’une toile fine.
- Conditionnement et remplissage — pourquoi une doseuse volumétrique exige une granulométrie stable et peu de fines.
- Cristallisation — le seul endroit où l’on agit vraiment sur l’étalement de la population, donc sur le rendement de calibrage.
- Mélange et malaxage — les mécanismes de ségrégation que la granulométrie gouverne.
- Fabrication du xylitol — l’enchaînement complet dans lequel s’insère le calibrage.
- Les autres édulcorants — les formes physiques sous lesquelles se présentent les principaux sucrants du marché.
Sources
- Fellows, P. J., Food Processing Technology: Principles and Practice, 4e éd., Woodhead Publishing, 2017.
- Bimbenet, J.-J., Duquenoy, A., Trystram, G., Génie des procédés alimentaires : des bases aux applications, Dunod, 2e éd., 2007.
- Perry, R. H., Green, D. W., Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, 9e éd., McGraw-Hill, 2018.
- Saravacos, G., Kostaropoulos, A. E., Handbook of Food Processing Equipment, 2e éd., Springer, 2016.
- Mafart, P., Béliard, E., Génie industriel alimentaire, Tec & Doc Lavoisier.
- Norme ISO 3310, Tamis de contrôle — Exigences techniques et vérifications : partie 1 (toiles métalliques tissées), partie 2 (tôles métalliques perforées), partie 3 (toiles électroformées).
- Directive 2014/34/UE relative aux appareils et systèmes de protection destinés à être utilisés en atmosphères explosibles, et directive 1999/92/CE concernant la protection des travailleurs exposés au risque d’atmosphères explosives.
- Hernández-Pérez et al., « Xylitol: Bioproduction and Applications — A Review », Frontiers in Sustainability, 2022.