Matériaux Mésoporeux pour l’Isolation Thermique – MESOTHERM

Ce projet vise la conception de nouveaux isolants thermiques, à haute résistance mécanique, élaborés à partir de silice mésoporeuse organisée (SMO). Les matériaux envisagés sont constitués de particules de silice à porosité contrôlée mécaniquement consolidés par assemblage de celles-ci en réseau tridimensionnel ou par incorporation de fibres végétales. Le rapport entre la résistance mécanique et la conductivité thermique de ces matériaux devra être très nettement amélioré par rapport à celui des (super)isolants actuels. Certains devraient permettre de tenir jusqu’à 700°C et résister à des contraintes mécaniques supérieures à 10 MPa. Les applications envisagées pour ces matériaux sont extrêmement variées : vêtements et textiles techniques, emballage isotherme, aéronautique et automobile, transport et stockage des gaz liquéfiés, systèmes frigorifiques, habitat...Par ailleurs, les matériaux étudiés dans ce projet sont susceptibles de répondre aux exigences économiques et environnementales actuelles dans la mesure où Ils sont recyclables, non toxiques et non inflammables.
La chimie des SMO permet de synthétiser de fines particules (taille 10 nm à 1 µm, forme variable) bénéficiant d’une porosité contrôlable à l’échelle nanométrique. A cette échelle, la porosité peut être à l’origine d’une réduction considérable de conductivité thermique mais aussi de profondes modifications des échanges de chaleur entre particules liées aux changements de la structure physique et chimique de leur surface. Il apparaît que la chimie des SMO, associée à la maîtrise des procédés de mise en forme (séchage, assemblage, traitements thermiques) et à une compréhension fine du comportement thermique et mécanique de ces structures, devrait permettre d’accroître la performance des matériaux.
Deux types d’assemblages mécaniquement consolidés seront étudiés:
• un réseau tridimensionnel de particules de SMO,
• un composite formé à partir de particules de SMO et de fibres naturelles.
L’organisation des réseaux particules et particules/fibres, la structure physico-chimique de la surface des particules, l’interface entre particules et particules/fibres seront particulièrement étudiées afin de dégager leur influence sur les propriétés des matériaux. Ce projet devrait permettre de mieux comprendre les phénomènes de transfert de chaleur s’établissant aux différentes échelles des matériaux en raison de la possibilité qu’offre la chimie des SMO pour élaborer des particules bien définies (morphologie et porosité). Il devrait, par ailleurs, contribuer à faire progresser les connaissances dans le domaine de la thermique des nanostructures et du rôle des surfaces et interfaces.
Ce projet pluridisciplinaire associe trois équipes de recherche complémentaires possédant des compétences dans les domaines de la chimie des matériaux à porosité contrôlée, de la thermique et de la mécanique des microstructures, de la physicochimie et de la mécanique des fibres naturelles. L’IS2M possède un savoir-faire dans la synthèse et la caractérisation de SMO ainsi que dans l’étude des phénomènes d’adhésion et d’autoassemblage de ces particules. Le LGMPA possède un savoir faire dans la caractérisation et l’analyse thermique et mécanique des matériaux ainsi qu’une expérience importante dans la mise en forme de ceux-ci. Le LIMATB possède une grande expérience dans l’étude des fibres végétales et leur application pour la fabrication de matériaux composites.