Élaboration d'aérogels de silice monolithiques et étude des relations entre leur structure et leur conductivité thermique équivalente

Elaboration of monolithic silica aerogels and study of the relations between their structure and their equivalente thermal conductivity

• Auteur / Autrice : Arnaud Rigacci
• Direction : Patrick Achard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : ENSMP

Mots clés

Mots clés contrôlés

Conductivité thermique

Mercure

Silice

Résumé

Dans le domaine du bâtiment, la recherche du confort thermique et le souci de minimisation des pertes de chaleur imposent l’amélioration des performances énergétiques des vitrages. C'est dans ce cadre que s'inscrivent les travaux menés depuis une quinzaine d’années sur le vitrage à aérogel de silice. A l’état monolithique, ce matériau offre en effet la remarquable particularité d'allier isolation thermique et transparence. La présente étude a pour but la connaissance et la compréhension de l'influence des paramètres d’élaboration sur les caractéristiques structurales et sur le comportement thermique de ce matériau. Ce travail pluridisciplinaire se scinde donc en trois parties interconnectées : la synthèse, la caractérisation structurale des produits obtenus et l’étude de leur conductivité thermique. Les aérogels étudiés sont élaborés selon un procédé breveté par les membres du pacte ademe (gélification en catalyse hf, dans l'éthylacetoacetate, à partir de prépolymères de TEOS et séchage dans les conditions supercritiques du co#2). Afin de balayer leur complexe structure, la caractérisation structurale fait appel à de nombreuses méthodes d'investigation complémentaires (meb haute résolution, microscopie de force atomique, diffusion des rayons x aux très petits angles, porosimétrie mercure, thermoporométrie a l'eau et adsorption de gaz). La conductivité thermique équivalente est mesurée grâce à la technique de la sonde à choc. Le processus de séchage en grand autoclave conduit à des monolithes de grande taille (13 13 cm#2) avec une assez bonne reproductibilité. Les résultats structuraux permettent d'une part, de proposer un modèle textural en filaments, et d'autre part, de mettre en évidence les influences respectives du taux d'hydrolyse du prépolymère et de sa fraction volumique en solution sur les diamètres des particules et des amas, les diamètres et volumes poreux ainsi que sur les surfaces spécifiques. Il apparaît que les conductivités thermiques mesurées sont entachées d'erreur de par un contact entre la sonde et les échantillons. L'application, dans la cellule de base représentative du monolithe, d'un modèle analytique conductif de type zeng, aboutit à un mode de correction des valeurs expérimentales. Il est alors montré que la conductivité thermique équivalente et la conduction solide apparente croissent avec la fraction volumique de précurseur en solution ainsi qu'avec le taux d'hydrolyse, alors que la conduction gazeuse apparente décroît.