Caractérisation des composants élémentaires d'isolants thermiques à base de verre. – CarISOVERRE

Les matériaux utilisés pour l’isolation thermique tels que la laine de verre sont formés d’un réseau complexe de fibres ou de grains de taille micro ou nanométrique. Ils sont caractérisés dans les laboratoires industriels au moyen de méthodes qui mesurent les propriétés de transport thermique à l’échelle macroscopique des matériaux isolants. Aujourd’hui, ces méthodes ne permettent pas de comprendre suffisamment bien les mécanismes de transferts de chaleur qui entrent en jeu à l’échelle microscopique au sein de ces matériaux pour continuer à améliorer leurs performances. Il s’agit d’un sujet de préoccupation majeur car il est relié aux économies d’énergie indispensables auxquelles tous les pays doivent à présent se soumettre pour répondre aux critères internationaux.

CarISOVERRE vise à proposer de nouvelles méthodes métrologiques qui permettront d’étudier le transport thermique à l’échelle d’une seule ou de quelques fibres de verre (ou grains). En utilisant des outils qui émanent du domaine des nanotechnologies, nous développerons de nouvelles approches pour étudier les transferts de chaleur, basées sur des mesures thermo-résistives et des mesures de champ proche et de champ lointain dans l’infrarouge. Nous caractériserons les matériaux isolants en commençant d’abord par l’étude des éléments isolants thermiques individuels (TIE, thermal insulating element) qui les constituent, c'est-à-dire une fibre ou un grain unique. Nous étudierons ensuite les transferts de chaleur entre deux ou trois TIEs en contact solide-solide ou très rapprochés, et en enfin des systèmes plus complexes formés de quelques TIEs. En modifiant les conditions expérimentales (air humide, air sec, vide, distance entre TIEs, etc.), nous serons à même d’explorer les différents canaux de transferts de chaleur qui entrent en jeu dans et entre les TIEs. Cette approche microscopique servira de base à l’élaboration d’une théorie complète multi-échelles tenant compte de tous les mécanismes de transfert de chaleur qui entrent en jeux dans les systèmes de TIEs : la conduction solide, gazeuse, ou même liquide (en présence de ménisques aux contacts), la conducto-convection, et les effets de transfert radiatifs de champ proche et de champ lointain.

Le but ultime poursuivi dans ce projet est d’acquérir des connaissances nouvelles qui seront utiles pour la production de matériaux isolants très performants, et de disposer de méthodes métrologiques transférables dans des laboratoires industriels pour leur permettre d’effectuer une caractérisation microscopique des matériaux isolants qu’ils produisent.
CarISOVERRE implique trois partenaires académiques renommés dans le domaine de la thermique aux échelles micro et nanométriques, Institut Langevin, Institut Néel, et Institut P’, et un partenaire industriel, la société française Saint Gobain, qui est leader mondial du domaine des produits isolants thermiques, parmi lesquels la laine de verre est le plus connu.