Tamiseuse à ultrasons pour un tamisage amélioré – Une étude de cas

Le tamisage mécanique traditionnel des poudres fines est fréquemment entravé par la formation rapide d’agglomérats – souvent due au caractère collant de l’amidon – qui colmatent rapidement la toile du tamis et réduisent considérablement l’efficacité de séparation. La tamiseuse à ultrasons répond à ce défi crucial en utilisant des vibrations mécaniques à haute fréquence pour décolmater en continu la surface du tamis.
Les résultats de l’étude présentée ici révèlent une amélioration spectaculaire de l’efficacité de séparation par rapport aux méthodes conventionnelles ; alors que le tamisage traditionnel a fourni moins de 55% du matériau dans la plage optimale de 200–450 μm, le dispositif à ultrasons a nettement amélioré la récupération de la fraction souhaitée. Plus particulièrement, un cycle de tamisage de 10 minutes à une amplitude ultrasonore de 75% a permis d’isoler 83,79% de la farine de maïs dans la plage granulométrique cible, ce qui prouve que le décolmatage par ultrasons est une méthode de traitement très efficace et justifiée pour garantir une distribution granulométrique précise.

À qui profite l’utilisation d’une tamiseuse à ultrasons

• Contrôle qualité et recherche en laboratoire : Les scientifiques et techniciens qui effectuent des analyses granulométriques obtiennent des résultats précis et reproductibles, sans l’interférence du colmatage de la toile.
• Industrie agroalimentaire et transformateurs : Les industries qui traitent des matières à base d’amidon telles que les farines de maïs, de blé et de seigle bénéficient d’une granulométrie homogène, essentielle pour optimiser des produits tels que les extrudés à expansion directe.
• Opérations de fabrication : Les installations qui ont recours à l’extrusion ou à des procédés similaires améliorent la qualité de leurs produits finis, car des tailles de particules uniformes assurent un meilleur transfert de chaleur et les propriétés texturales souhaitées pendant le traitement.

Étude de cas : tamiseuse à ultrasons pour le décolmatage des tamis lors du tamisage de farine de maïs

L’étude de cas de Brnčić et de ses collègues (2009) évalue l’utilisation de la tamiseuse à ultrasons Hielscher pour améliorer le tamisage de la farine de maïs destinée à la production d’aliments extrudés à expansion directe, notamment des snacks enrichis en protéines de lactosérum ou de soja. La taille des particules est déterminante en extrusion, car elle influe sur le mélange des ingrédients, le transfert de chaleur, l’expansion et la texture du produit final. Les chercheurs ont donc cherché à isoler les particules de farine de maïs comprises entre 200 et 450 μm – la plage privilégiée pour cette application.

Le tamisage conventionnel a été testé pendant 5, 10 et 15 minutes. Comme la farine de maïs contient de l’amidon collant, les particules se sont entrechoquées et ont formé des agglomérats qui ont colmaté le tamis, en particulier la toile de 450 μm. Le colmatage a commencé dès la première ou la deuxième minute et s’est aggravé avec la durée du traitement. Par conséquent, la proportion de farine dans la plage souhaitée est passée de 55,58% après 5 minutes à 54,11% après 10 minutes et seulement 49,37% après 15 minutes.

Les essais ont été répétés avec un système à ultrasons d’une puissance nominale allant jusqu’à 250 W et fonctionnant à 24 kHz. Trois amplitudes ultrasonores – 25%, 50% et 75% – ont été évaluées pour chaque durée de tamisage. Les vibrations mécaniques à haute fréquence se sont propagées à travers le tamis, ont désagrégé les agglomérats et ont maintenu les ouvertures de la toile dégagées.

Les tamis soumis aux vibrations ultrasonores ont permis une amélioration substantielle :

• Après 5 minutes, la fraction exploitable a augmenté avec l’amplitude, atteignant 79,57% à 75% d’amplitude.
• Après 10 minutes à 75% d’amplitude, 83,79% de la farine se situait dans la plage cible, contre 54,11% avec le tamisage conventionnel – un gain de près de 30 points de pourcentage.
• Après 15 minutes à 75% d’amplitude, la fraction cible est restée à un niveau élevé comparable, de 83,4%, contre seulement 49,37% sans ultrasons.

Les deux meilleurs résultats ont dépassé le seuil de référence de 75% fixé par l’étude pour un traitement économiquement viable.

Résultats du tamisage de farine de maïs avec la tamiseuse à ultrasons après 10 minutes
Étude et graphique : ©Brnčić et al., 2009.

Le principal avantage du tamisage par ultrasons réside donc dans sa capacité à empêcher le colmatage du tamis tout en fournissant un rendement plus élevé et plus constant de matériau à la bonne granulométrie. Il permet également de maintenir la capacité de tamisage, de réduire le recours aux méthodes de nettoyage manuelles ou mécaniques et de limiter les risques associés d’endommagement de la toile et de contamination du produit.

Dans l’ensemble, l’étude identifie un tamisage de 10 minutes à 75% d’amplitude ultrasonore comme la condition testée la plus efficace. La fraction de farine obtenue favorise un mélange plus uniforme avec les concentrés de protéines et devrait permettre une extrusion, une expansion et une texture du produit plus constantes. La méthode pourrait également convenir à la séparation granulométrique d’autres matériaux pulvérulents.

Pourquoi utiliser une tamiseuse à ultrasons ?

• Élimination du colmatage des tamis : Le tamisage conventionnel de poudres fines et collantes (comme la farine de maïs) entraîne souvent un colmatage rapide de la toile en raison de l’agglomération des particules due au caractère collant de l’amidon. Les vibrations ultrasonores désagrègent en continu ces agglomérats, maintenant les ouvertures de la toile dégagées tout au long du processus.
• Augmentation significative du rendement et de la précision : En empêchant le colmatage, le tamisage par ultrasons peut améliorer considérablement la récupération de la fraction granulométrique souhaitée. Par exemple, dans l’étude de cas, la fraction cible (200–450 μm) est passée de moins de 55% avec le tamisage traditionnel à plus de 83% avec les ultrasons.
• Optimisation des procédés en aval : Une distribution granulométrique précise est essentielle pour l’analyse, le contrôle qualité et les applications industrielles.
• Performances supérieures avec les particules fines : Les méthodes traditionnelles échouent souvent avec les toiles fines (p. ex. 450 μm ou moins) en raison d’un colmatage rapide. Le décolmatage par ultrasons garantit que même les toiles les plus fines restent efficaces, permettant une séparation de haute précision des poudres fines et des suspensions.
• Durabilité accrue de la toile, nettoyage réduit : Les disques de décolmatage mécaniques ou les interventions manuelles peuvent être inefficaces et risquent d’endommager les toiles de tamis délicates. Les tamiseuses à ultrasons réduisent l’usure de la toile de tamis.
• Efficacité en temps et en coûts : Le tamisage par ultrasons atteint des rendements plus élevés en des durées plus courtes que les temps de tamisage traditionnels prolongés, qui donnent des taux de récupération plus faibles. Cette efficacité réduit les coûts de main-d’œuvre et augmente la cadence de traitement des échantillons du laboratoire.
• Polyvalence dans tous les secteurs : Bien que démontrée avec des matières alimentaires telles que les farines de maïs, de blé et de seigle, la technologie s’applique à diverses poudres fines et particules en suspension dans des liquides, ce qui la rend précieuse pour la recherche pharmaceutique, chimique et en science des matériaux.
• Reproductibilité améliorée : En offrant un mécanisme de décolmatage constant et contrôlé, le tamisage par ultrasons réduit la variabilité associée au tamisage manuel ou au tapotement mécanique, ce qui conduit à des résultats analytiques plus fiables et plus reproductibles.

Bibliographie / Références

• FactSheet Ultrasonic Sieve Shaker UP200TS – Hielscher Ultrasonics
• FactSheet Ultraschall-Siebsystem UP200TS – Hielscher Ultrasonics – deutsch
• Brnčić, Mladen; Ines, Bradač; Tripalo, Branko; Ježek, Damir; Obradović, Valentina; Sven, Karlović; Bosiljkov, Tomislav (2009): Ultrasonically Improved Sieving of Food Materials for Manufacturing of Direct Expanded Extrudates. Agriculturae Conspectus Scientificus (ACS) 74, 2009.
• Xu R., Hong J., Morse C.L., Pike V.W. (2010): Synthesis, structure-affinity relationships, and radiolabeling of selective high-affinity 5-HT4 receptor ligands as prospective imaging probes for positron emission tomography. Journal of Medicinal Chemistry Oct 14;53(19), 2010. 7035-7047.
• An, Y., Kim, K., Lee, YJ. et al. (2026): Binding properties of sulfur to enable solvent-free fabrication of high-performance polymer-free sulfur-carbon positive electrodes. Nature Communications 17, 2360 (2026).