Aérogels hybrides pour la construction durable : Élaboration, caractérisation et modélisation

En raison des propriétés physiques uniques telles qu’une structure extrêmement poreuse, une ultra légèreté et une vitesse de propagation de son très faible, les aérogels se révèlent comme une des meilleures solutions pour l’isolation thermique et phonique de l’habitat. En effet, ces matériaux nanostructurés permettent de réduire jusqu’à trois fois l’épaisseur des matériaux isolants tout en conservant la même conductivité thermique, offrant ainsi un gain considérable de la surface habitable. Cependant, les aérogels de silice disponibles sur le marché, en plus de leur coût élevé, souffrent d’une forte fragilité vis-à-vis des contraintes mécaniques et des chocs thermiques ce qui est un obstacle majeur pour l’application de tels matériaux. Pour surmonter ce problème, les aérogels hybrides préparés soit en mélangeant deux aérogels, l’un de silice et l’autre à base de polymères organiques, soit en incorporant des nanoparticules (silice, de graphène, d’argile) dans un polymère sont considérés comme une solution prometteuse du fait notamment de leurs performances mécaniques très intéressantes.

Dans ce contexte, nous avons développé des aérogels hybrides en incorporant des nanoparticules de graphène et d’argile dans une matrice polymère biosourcée (le chitosane) permettant ainsi de valoriser la biomasse. Afin d’optimiser les conditions expérimentales d’élaboration des aérogels, nous avons procédé à une modélisation multi-échelle de la relation structure-propriétés associées de nos aérogels.

Une nouvelle classe d’aérogels a été ainsi obtenue par lyophilisation avec une phase de congélation réalisée à trois températures différentes (-30°C, -60°C et -190°C) et des taux de graphène et d’argiles allant de 2 à 15% en masse. Les aérogels ainsi obtenus ont été ensuite caractérisés afin d’étudier leurs propriétés structurales, texturales, mécaniques et thermiques.

Nous avons ainsi mis en évidence l’influence de la température de congélation, du taux de graphène et de l’ajout de nanoparticules d’argile sur la distribution de taille des pores. En utilisant différents agents de réticulation physiques dans ces aérogels, nous avons pu affiner la taille de leurs pores et ainsi baisser leur conductivité thermique.

Work In Progress