Caractérisation thermique de matériaux isolants légers. Application à des aérogels de faible poids moléculaire

Thermal characterization of low density insulating materials.Application to low molecular weight aerogels

• Auteur / Autrice : Vincent Félix
• Direction : Alain Degiovanni, Yves Jannot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et énergétique
• Date : Soutenance le 24/11/2011
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'énergétique et de mécanique théorique et appliquée (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Arnaud Rigacci
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Degiovanni, Yves Jannot, Arnaud Rigacci, Jean-Luc Battaglia, Didier Delaunay, Daniel Quenard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Luc Battaglia, Didier Delaunay

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diffusivité thermique

Isolants thermiques

Aérogels

Mots clés libres

Conductivité thermique

Caractérisation thermique

Isolant thermique

Métrologie thermique

Méthode inverse

Aérogel de faible poids moléculaire

Isolant léger

Porosimétrie

Thermal conductivity

Thermal characterization

Thermal insulator

Thermal metrology

Inverse method

Low molecular weight aerogel

Low density insulatin material

Porosimetry

Résumé

La problématique de la sauvegarde de l’énergie pose un certain nombre de défis à la science, en particulier celui de son efficacité. La conception et la caractérisation de nouveaux matériaux isolants thermiques plus performants se révèlent donc fondamentales dans cette perspective. Les aérogels se présentent comme de sérieux candidats dans ce domaine, leur procédé de fabrication confère à certains d’entre eux des caractéristiques extrêmes telles qu’une grande porosité et une faible masse volumique. La caractérisation thermique de tels matériaux est délicate, leur faible sensibilité aux flux thermiques qui les traversent rend les méthodes connues difficiles à mettre en œuvre. A travers l’étude d’échantillons d’aérogels de faible poids moléculaire conçus au LCPM, une méthode de caractérisation adaptée a été développée. Cette méthode de type « tri-couche » offre les avantages d’être robuste et de s’affranchir de la connaissance de paramètres difficiles à atteindre dans de tels cas. La description et la validation de cette méthode sont l’objet principal de ce travail. Par ailleurs, les mesures de conductivité thermique sous vide ont été exploitées et ont permis une compréhension plus poussée de la structure de ces aérogels. Les résultats obtenus dans cette étude ouvrent donc des perspectives en vue de l’optimisation de nouvelles solutions pour l’isolation thermique

The issue of preserving energy raises a number of challenges to science, particularly its efficiency. The conception and characterization of new more efficient thermal insulating materials prove fundamental in this regard. Aerogels appear as serious candidates in this area, their manufacturing process provides extreme characteristics such as high porosity and low density for some of them. Thermal characterization of such materials is tricky, their low sensitivity to heat flux makes well-known methods difficult to implement. Through the study of low molecular weight aerogel samples designed by the LCPM a characterization method suitable to these samples has been developed by the LEMTA. This “three-layers” method offers the advantages of being robust and to overcome the knowledge of parameters that are difficult to reach in such cases. Describing and validating this method is the main object of this work. In addition, thermal conductivity measurements under vacuum have been processed which allowed a deeper understanding of the structure of aerogels. The results obtained this study open perspectives for the optimization of new solutions for thermal insulation