Elaboration de matériaux poreux géopolymères à porosité multi-échelle et contrôlée

Discipline

Matériaux Céramiques et Traitements de Surface

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

cinétique, matériaux poreux, éléments finis, thermocinétique

Mots-clés

Matériaux poreux - Thèses et écrits académiques,

Géopolymères - Thèses et écrits académiques,

Cinétique chimique - Thèses et écrits académiques,

Thermocinétique - Thèses et écrits académiques,

Analyse multiéchelle - Thèses et écrits académiques,

Analyse numérique - Thèses et écrits académiques,

éléments finis, Méthode des - Thèses et écrits académiques,

Homogénéisation (équations différentielles) - Thèses et écrits académiques

Ce travail est basé sur l'élaboration, la caractérisation, et le contrôle de la porosité d'un matériau poreux à matrice géopolymérique, synthétisé à partir du mélange de métakaolin, d'une solution de silicate alcaline, d'hydroxyde alcalin, et de fumée de silice comme agent porogène. Ce mélange donne lieu à une « mousse » avec production continue de dihydrogène in-situ au sein d'un gel visqueux évolutif. Le contrôle de la porosité à cette valeur élevée de pH est régi par un équilibre entre des cinétiques de réactions de polycondensation (consolidation) et de production de gaz. L'influence des différents paramètres est testée par la caractérisation du réseau poreux obtenu. La conductivité thermique d'échantillons homogènes est mesurée par fluxmètre et par fil chaud. Ces valeurs sont discutées à partir de l'analyse de la microstructure et des différents modèles analytiques issus de la littérature. Une démarche numérique inverse est utilisée pour retrouver la valeur de conductivité thermique du squelette solide λs du matériau. En effet il est difficile d'obtenir un matériau pseudo-dense pour une même composition. Un calcul par éléments finis, avec une méthode d'homogénéisation, est appliqué sur des Volumes Elémentaires Représentatifs construits à partir des données expérimentales. La valeur de λs est alors évaluée entre 0,98 et 1,12 W.m⁻¹.K⁻¹. Les mousses ont des taux de porosité compris entre 65 et 85% et des valeurs de conductivités thermiques comprises entre 0,12 et 0,35 W.m⁻¹.K⁻¹, ce qui en fait un matériau isolant.