Synthèse et caractérisation de matériaux hybrides ultraporeux

LABORATOIRE CHARLES COULOMB
OFFRE DE THESE 2016
Spécialité doctorale : Physique
Inscription en thèse : Université de Montpellier
Date limite de validité de l'offre : 31/08/2016
ENCADREMENT DE LA THESE
Directeur de thèse : ETIENNE Pascal
Co-encadrant éventuel : CALAS Sylvie
Correspondant/Contact : ETIENNE Pascal, 0467144691, [email protected]
Titre en français : Synthèse et caractérisation de matériaux hybrides ultraporeux. Application à
l'isolation thermique
Titre en anglais : Synthesis and caracterization of hybrid ultraporous materials. Application to
thermal insulation
Financement prévu : ouvert au concourt pour attribution d'un contrat doctoral de l'ED Contacter l’équipe.
Profil(s) de candidats souhaité(s) : Physico-chimiste, matériaux
Présentation détaillée en français :
Les matériaux ultra-poreux de silice issus du procédé sol-gel (aérogels et xérogels)
sont connus depuis maintenant longtemps pour leurs excellentes propriétés d’isolation
thermique. De nombreuses études ont conduit à l’obtention de matériaux de conductivité
thermique très basse (inférieure à celle de l’air). L’inconvénient majeur de ce type de superisolants réside dans le fait qu’ils possèdent de faibles propriétés mécaniques se traduisant par
une très grande fragilité.
Plusieurs travaux ont été initiés, ces dernières années, dans le but d’améliorer ces
propriétés, notamment en consolidant le réseau par l’ajout de composés organiques (de type
cellulosique par exemple) tout en conservant une conductivité thermique proche de la silice
poreuse. Ce type de renforcement est basé sur une augmentation de la ténacité grâce à la
présence de la phase organique. Cependant, il n’existe que des liaisons faibles entre les deux
phases, obstacle à un renfort optimal. Nous sommes en présence d’un matériau dit hybride et
référencé de type I dans la littérature.
Pour aller plus loin, il parait pertinent d’étudier l’utilisation de matériaux hybrides de
type II pour lesquels il y a des liaisons fortes entre les deux phases polymériques (en général
covalentes). De nombreux travaux existent dans le cas des matériaux massifs ou en couches
qui nous serviront de base à une réflexion sur la transposition à un système ultra-poreux.
Nous nous proposons donc dans ce travail d’explorer cette voie en étudiant des
matériaux ultra-poreux hybrides de structures différentes (chaines organiques de longueurs et
nature différentes liées à la partie minérale, proportion de chaque phase, taux de réticulation
des parties organiques et minérales…). Le but sera d’obtenir des aérogels et xérogels hybrides
de texture mésoporeuse. Les 2 voies de séchage seront explorées, avec un accent particulier
mis sur le séchage classique (xérogel), plus accessible à la valorisation industrielle. Les
propriétés texturales seront systématiquement étudiées en lien avec leurs propriétés
thermiques.
L’étude couvrira donc un domaine allant de la chimie douce pour la synthèse des
matériaux, à la physique pour les études structurales, texturales et thermiques, en passant par
la science des matériaux pour tout ce qui est mise en forme et analyse de la relation structurespropriétés.
Le doctorant commencera par une étude bibliographique exhaustive afin de sélectionner les
matériaux d’étude. Les choix effectués, il consacrera son temps à la fabrication et à la
caractérisation de ses premiers matériaux. La deuxième année sera consacrée à l’optimisation
et à une caractérisation poussée de quelques compositions jugées prometteuses. Enfin, la
troisième année sera consacrée à la recherche de la valorisation industrielle (brevet,
collaboration avec des chercheurs et industriels travaillant sur des systèmes pilotes).