Tamiseur à ultrasons pour un tamisage optimisé – Une étude de cas

Le tamisage mécanique traditionnel des poudres fines est souvent entravé par la formation rapide d'agglomérats – souvent due à la texture collante de l'amidon – qui obstruent rapidement les mailles du tamis et réduisent considérablement l'efficacité de la séparation. Le tamiseur à ultrasons résout ce problème majeur en utilisant des vibrations mécaniques à haute fréquence pour déboucher 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 ne permettait de récupérer que moins de 55 % de la matière dans la plage optimale de 200 à 450 μm, le dispositif à ultrasons a considérablement amélioré la récupération de la fraction souhaitée. Il convient notamment de souligner qu’un cycle de tamisage de 10 minutes à une amplitude ultrasonique de 75 % a permis d’isoler avec succès 83,79 % de la farine de maïs se situant dans la plage granulométrique cible, ce qui prouve que le déblocage par ultrasons est une méthode de traitement hautement efficace et justifiée pour garantir une distribution granulométrique précise.

À qui s'adresse l'utilisation d'un tamiseur à ultrasons ?

• Contrôle de la qualité & Recherche en laboratoire : Les scientifiques et les techniciens qui effectuent des analyses granulométriques obtiennent des résultats précis et reproductibles, sans être gênés par l'obstruction des mailles.
• industrie alimentaire & Processeurs : Les secteurs qui utilisent des matières à base d'amidon, telles que la farine de maïs, de blé et de seigle, tirent profit d'une granulométrie homogène, indispensable à l'optimisation de produits tels que les extrudés expansés directs.
• Opérations de fabrication : Les installations recourant à l'extrusion ou à des procédés similaires améliorent la qualité de leurs produits finis, car la uniformité de la granulométrie garantit un meilleur transfert thermique et permet d'obtenir les propriétés texturales souhaitées lors de la transformation.

Étude de cas : tamiseur à ultrasons pour le déblocage des tamis lors du tamisage de la farine de maïs

L'étude de cas menée par Brnčić et ses collègues (2009) évalue l'utilisation du tamiseur 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 un facteur critique dans l'extrusion, car elle influe sur le mélange des ingrédients, le transfert thermique, 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 recommandée pour cette application.

Le tamisage classique a été testé pendant 5, 10 et 15 minutes. La farine de maïs contenant de l’amidon visqueux, les particules entraient en collision et formaient des agglomérats qui obstruaient le tamis, en particulier la maille de 450 μm. Le colmatage a commencé dès la première ou la deuxième minute et s'est aggravé au fur et à mesure que le traitement se prolongeait. En conséquence, la proportion de farine se situant dans la plage souhaitée est passée de 55,58 % après 5 minutes à 54,11 % après 10 minutes, puis à seulement 49,37 % après 15 minutes.

Les essais ont été répétés à l'aide d'un système à ultrasons d'une puissance nominale maximale de 250 W et fonctionnant à 24 kHz. Trois amplitudes ultrasonores – 25 %, 50 % et 75 % – ont été évaluées à chaque durée de tamisage. Les vibrations mécaniques à haute fréquence traversaient le tamis, brisaient les agglomérats et maintenaient les mailles dégagées.

Les tamis à vibrations ultrasoniques ont permis une amélioration considérable :

• Au bout de 5 minutes, la fraction utilisable a augmenté avec l'amplitude, pour atteindre 79,57 % à une amplitude de 75 %.
• Au bout de 10 minutes à une amplitude de 75 %, 83,79 % de la farine se situait dans la fourchette cible, contre 54,11 % avec un tamisage classique. – soit une progression de près de 30 points de pourcentage.
• Après 15 minutes à une amplitude de 75 %, la fraction cible est restée tout aussi élevée, à 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 la farine de maïs à l'aide du tamiseur 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 des tamis, tout en garantissant un rendement plus important et plus constant en matière de produit correctement calibré. 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 des mailles et de contamination du produit.

Dans l'ensemble, l'étude conclut qu'un tamisage de 10 minutes à une amplitude ultrasonique de 75 % constitue la condition la plus efficace parmi celles testées. La fraction de farine ainsi obtenue permet un mélange plus homogène avec les concentrés protéiques et devrait favoriser une extrusion, une expansion et une texture du produit plus régulières. Cette méthode pourrait également convenir à la séparation par granulométrie d'autres matières en poudre.

Pourquoi devrais-je utiliser un tamiseur à ultrasons ?

• Élimination du colmatage des tamis : Le tamisage classique de poudres fines et collantes (comme la farine de maïs) entraîne souvent un colmatage rapide des mailles en raison de l'agglomération des particules provoquée par le caractère collant de l'amidon. Les vibrations ultrasoniques brisent en permanence ces agglomérats, ce qui permet de maintenir les mailles dégagées tout au long du processus.
• Augmentation significative du rendement et de la précision : En empêchant le colmatage, le tamisage par ultrasons permet d'améliorer considérablement le rendement 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 % grâce aux ultrasons.
• Optimisation du traitement en aval : Une distribution granulométrique précise est essentielle pour l'analyse, le contrôle qualité et les applications industrielles.
• Des performances supérieures avec des particules fines : Les méthodes traditionnelles échouent souvent avec des mailles fines (par exemple, 450 μm ou moins) en raison d'un colmatage rapide. Le décolmatage par ultrasons garantit que même les mailles les plus fines restent efficaces, permettant ainsi une séparation de haute précision des poudres fines et des suspensions.
• Durabilité accrue de la maille, nettoyage réduit : Les disques de déblocage mécaniques ou les interventions manuelles peuvent s'avérer inefficaces et risquent d'endommager les mailles délicates des tamis. Les tamiseuses à ultrasons réduisent l'usure des mailles des tamis.
• Gain de temps et de coûts : Le tamisage par ultrasons permet d'obtenir des rendements plus élevés en moins de temps, par rapport aux temps de tamisage traditionnels plus longs qui offrent des taux de récupération inférieurs. Cette efficacité réduit les coûts de main-d'œuvre et augmente le débit du laboratoire.
• Polyvalence dans tous les secteurs d'activité : Bien qu'elle ait été mise en œuvre avec des matières alimentaires telles que la farine de maïs, de blé et de seigle, cette technologie s'applique à diverses poudres fines et particules en suspension dans des liquides, ce qui la rend particulièrement utile pour la recherche dans les domaines de la pharmacie, de la chimie et de la science des matériaux.
• Amélioration de la reproductibilité : En offrant un mécanisme de déblinding cohérent et contrôlé, le tamisage par ultrasons réduit la variabilité liée au tamisage manuel ou au tapotement mécanique, ce qui permet d'obtenir des résultats analytiques plus fiables et reproductibles.

Littérature / Références