Modélisation des Propriétés Optiques et STRucturales des verres fondus et fibrés, dans une optique Environnementale (POSTRE) – POSTRE

L'objectif principal concerne les économies d'énergie dans l'industrie verrière : réduire les coûts énergétiques et les émissions de CO2 et des autres gaz à effet de serre, au niveau de l'étape de fusion, de façon à se conformer aux réglementations environnementales européennes à l'horizon 2020. Le deuxième objectif concerne la conception de fibres de verre à propriétés isolantes renforcées, dans le cadre général des matériaux pour des constructions économiques et écologiques et dans une optique de développement durable pour favoriser les économies d'énergie. Les quatre laboratoires associés dans le projet sont : Institut de Minéralogie et Physique des Milieux Condensés (IMPMC, Paris), Laboratoire des Colloïdes, Verres et Nanomatériaux (LCVN, Montpellier) et Conditions Extrêmes des Matériaux: Hautes Températures et Irradiation (CEMHTI, Orléans), avec Saint-Gobain Recherche comme partenaire de recherche industrielle. Une trentaine d'échantillons de verres et liquides silicatés d'intérêt industriel, représentatifs du verre plat pour le bâtiment et l'automobile et des fibres d'isolation seront synthétisés et distribués aux laboratoires participant au projet. Des mesures optiques et structurales à haute température, ainsi que des modèles numériques seront réalisés. Pour cela, des spectres d'absorption de liquides silicatés seront collectés in situ à haute température dans un vaste domaine spectral, du visible à l'infrarouge lointain, pour modéliser les fonctions optiques et obtenir une information sur la nature des espèces absorbantes. La combinaison avec les spectres de réflexion ou d'émission dans le même domaine spectral permettra de donner une description complète des fonctions optiques, fonctions qui seront utilisées directement pour le calcul de l'équation du transfert de chaleur. Des instruments ou des accessoires spécifiques seront construits ou adaptés, afin de réaliser ces mesures, dans des conditions extrêmes de température. Nous utiliserons également les grands instruments, rayonnement synchrotron, sources de neutrons et Résonance Magnétique Nucléaire, pour obtenir des informations structurales sur ces matériaux et appuyer la modélisation numérique de la structure de ces liquides silicatés. Une attention spéciale sera accordée au fer, à l'origine d'absorptions spécifiques dans le proche infrarouge et le visible. Les modifications de son environnement entre les verres et les liquides silicatés obligent à étudier directement les propriétés optiques des silicates fondus. Nous proposons d'associer méthodes optiques et structurales, couplées avec des simulations numériques. On peut s'attendre à ce que la combinaison de l'ensemble de ces données apporte une information pour comprendre les processus optiques impliqués et prédire leur évolution en fonction de la composition du verre. Un autre aspect concerne l'élaboration de fibres de verre pour l'isolation, avec des propriétés isolantes renforcées et des compositions chimiques compatibles avec les futures réglementations environnementales. Le projet sera focalisé en particulier sur un autre élément, le bore, qui joue un rôle important dans les transferts thermiques des produits d'isolation. Ce volet du programme bénéficiera également de l'effort instrumental important fait par les équipes partenaires, permettant une approche originale pour comprendre l'influence du bore sur les propriétés isolantes des fibres de verre. En utilisant l'expérience des laboratoires participants, et en combinant plusieurs méthodes spectroscopiques et numériques, nous étudierons l'importance des modifications structurales et optiques induites par la température, ainsi que l'influence de l'histoire thermique des fibres de verre sur les performances thermiques des isolants. Les données optiques et structurales obtenues seront complétées par des simulations atomistiques afin d'affiner notre compréhension des relations entre structure et propriétés optiques. En combinant différentes approches numérique , nous étudierons des systèmes simplifiés mais aussi de composition plus complexe. L'ensemble des données structurales, dynamiques et optiques pourra ainsi être utilisé, par la suite, dans des codes permettant l'optimisation de procédés et de produits.