La diffraction laser est largement employée comme technique granulométrique pour des matériaux allant de quelques centaines de nanomètres à plusieurs millimètres. Les principales raisons de son succès résident dans :
- Sa large plage dynamique - du submicronique au millimètre.
- Sa mesure rapide - les résultats sont générés en moins d'une minute.
- Sa répétabilité - de grands nombres de particules sont échantillonnés à chaque mesure.
- Sa rétroaction instantanée - surveillance et contrôle du processus de dispersion des particules.
- Sa cadence de mesure élevée - des centaines de mesures chaque jour.
- L'absence de calibration - vérification aisée grâce à des étalons standard.
- Technique parfaitement établie - couverte par l'ISO13320 (2020).
Pour ces raisons, la diffraction laser devient la technique de granulométrie standard dans de nombreux secteurs industriels, car elle est plus rapide, plus simple et offre une meilleure résolution que des techniques plus traditionnelles telle l'analyse des tamis.
Granulométrie laser principe
La diffraction laser mesure les distributions granulométriques des particules en mesurant la variation angulaire de l'intensité de lumière diffusée lorsqu'un faisceau laser traverse un échantillon de particules dispersées.
Les grosses particules diffractent de la lumière aux petits angles et les petites particules diffractent de faibles intensités aux grands angles. Les données relatives à l'intensité diffusée en fonction de l'angle sont analysées pour calculer la taille des particules qui ont créé l'image de diffraction et ceci grâce à la théorie de Mie.
La taille des particules représente le diamètre de la sphère équivalente ayant même volume que la particule.
Propriétés optiques
La diffraction laser utilise la théorie de diffusion de la lumière de Mie pour calculer la distribution granulométrique des particules sur la base d'un modèle sphérique équivalent en volume.
La théorie de Mie suppose que les propriétés optiques de l'échantillon mesuré (indice de réfraction et partie imaginaire) et du dispersant (indice de réfraction) soient connus. Généralement, les propriétés optiques du dispersant sont relativement simples à trouver dans la documentation publiée et beaucoup d'instruments modernes intègrent une base de données contenant les indices des dispersants les plus courants. Lorsque les propriétés optiques d'un échantillon ne sont pas connues, l'utilisateur peut les mesurer ou les estimer à partir d'une approche itérative basée sur le degré d'ajustement entre les données modélisées et les données réelles collectées pour l'échantillon.
Une approche simpliste consiste à utiliser l'approximation de Fraunhofer, qui ne nécessite pas de connaître les propriétés optiques de l'échantillon. Cette approche donne des résultats précis pour les particules supérieures à 60 µm. Toutefois, une grande précaution s'impose dans le cas de particules inférieures à 50 µm ou de particules relativement transparentes.
