Élaboration de résines époxydes biosourcées poreuses pour le génie civil et caractérisation des propriétés physico-chimiques, mécaniques, acoustiques et thermiques

Elaboration of porous bio-sourced epoxy resins for civil engineering and characterization of physicochemical, mechanical, acoustic and thermal properties

• Auteur / Autrice : Quoc Bao Nguyen
• Direction : Salah Naili, Estelle Renard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des Matériaux
• Date : Soutenance le 28/01/2021
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Modélisation et simulation multi échelle (Marne-la-Vallée) - Laboratoire de Modélisation et Simulation Multi Echelle / MSME
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Biomécanique (BIOMECA)
• Jury : Président / Présidente : Bruno Fayolle
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Salah Naili, Estelle Renard, Géraldine Rohman, Ali Zaoui
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Géraldine Rohman, Ali Zaoui

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photopolymérisation

Propriétés thermiques

Résines époxydes

Mots clés libres

Homogénéisation asymptotique

Composites époxy-Terre de diatomée

Propriétés effectives

Relations micro-Structures-Propriétés

Photopolymérisation cationique

Résines époxydes biosourcées poreuses

Effective properties

Asymptotic homogenization

Microstructures-Properties relations

Cationic photopolymerization

Epoxy-Diatomite composites

Porous bio-Based epoxy resins

Résumé

Les matériaux poreux sont d’intérêts en raison de leurs utilisations dans de nombreux domaines du quotidien. Néanmoins, la relation entre leurs propriétés effectives et leurs microstructures poreuses lesquelles sont complexes et dépendantes du processus d’élaboration reste encore mal résolue. De plus, la nécessité actuelle de diminuer la dépendance vis-à-vis du pétrole justifie la demande actuelle pour le développement de matériaux polymériques plus respectueux de l’environnement. Afin de répondre à ces problématiques, cette étude est consacrée à l’étude de la relation microstructures-propriétés à travers le développement de nouveaux matériaux poreux à base de résines époxydes biosourcées pour l’isolation acoustique et thermique dans la construction. La première partie de la thèse concerne l’élaboration et la caractérisation expérimentale de matériaux poreux synthétisés par polymérisation cationique sous irradiation de l’éther diglycidique de résorcinol. Des matériaux macroporeux modèles obtenus à l’aide d’un gabarit de sels frittés ont permis la corrélation au volet modélisation. L’optimisation de la polymérisation sous UV d’une formulation opaque a conduit à des composites résorcinol-terre de diatomée dont les caractéristiques mécaniques, acoustiques et thermiques sont attrayantes et les propriétés de retard au feu significatives. La deuxième partie se concentre sur le développement de méthodes multi-échelles pour la caractérisation numérique des propriétés effectives des résines macroporeuses élaborées. Basée sur la méthode d’homogénéisation asymptotique, ce cadre multi-échelle a permis de montrer l'effet de diverses caractéristiques microstructurales sur le comportement macroscopique des matériaux étudiés.

Porous materials are of interest because of their applications in many areas of everyday life. Nevertheless, the relation between their effective properties and porous microstructures which are complex and dependent on the production process remains poorly resolved. In addition, the current need to decrease the dependence on petroleum justifies the current demand for the development of more environmentally friendly polymeric materials. In order to respond to these issues, this research work is devoted to the study of the microstructures-properties relation through the development of new porous materials based on bio-sourced epoxy resins for acoustic and thermal insulation in construction. The first part of the thesis concerns the elaboration and experimental characterization of porous materials synthesized by cationic polymerization under irradiation of resorcinol diglycidyl ether. Model macroporous materials obtained using a sintered salt template have allowed correlation with the modeling aspect. The optimization of UV polymerization of an opaque formulation has resulted in resorcinol-diatomite composites with attractive mechanical, acoustic and thermal characteristics and significant flame retardancy properties. The second part focuses on the development of multiscale methods for the numerical characterization of effective properties of elaborated macroporous resins. Based on the asymptotic homogenization method, this multiscale framework has permitted to show the effect of diverse microstructural characteristics on the macroscopic behaviour of the studied materials.