Elaboration, développement et études de composants … · 2011. 3. 31. · Elaboration,...
23
Elaboration, développement et études de composants d’enveloppes super-isolantes à base de silices ou de polyuréthanes nanostructurés (étude de faisabilité pré-industrielle) A. A. Rigacci Rigacci et P. et P. Achard Achard Equipe Equipe « « Energétique Energétique , Matériaux & Procédés , Matériaux & Procédés » » ( ( Sophia Antipolis Sophia Antipolis ) )
Transcript of Elaboration, développement et études de composants … · 2011. 3. 31. · Elaboration,...
Elaboration, développement et études de composants d’enveloppes super-isolantes
à base de silices ou de polyuréthanes nanostructuré s
(étude de faisabilité pré-industrielle)
A. A. RigacciRigacci et P. et P. AchardAchard
Equipe Equipe «« EnergétiqueEnergétique , Matériaux & Procédés, Matériaux & Procédés »»((Sophia AntipolisSophia Antipolis))
ANR/PREBAT (2005)ANR/PREBAT (2005)
ISOCOMPISOCOMP
(PCAS, CSTB, SIRIUS et EMP )
&&
NANONANO--PUPU
(CSTB, EMAC, TBC et EMP )
1. Contexte global
2. Zoom ISOCOMP
3. Zoom NANO-PU
Matériaux Matériaux supersuper --isolantsisolants
λλλλ (10-3 W.m-1.K-1)
Fibres de bois & fibres naturelles
Laines minérales
1 atm ; 25°C
Poreux nanostructurés
Mousses « phénoliques »
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
< 0,015 W/m.K (CNTP i.e. sans vide partiel )
Les matériaux de type Les matériaux de type aérogelsaérogels
Des super-isolants thermiques …
0.01 0.1 1 10 100 1000
5
10
15
20
25
30
35
40
Pression (mbar)
λλ λλ(m
W/m
.K)
1.5 mm
200nm
MEB-FEG CMTC (INPG)
Aérogel SiO 2 (0,2 g/cm 3)
0
0,05
0,1
0,15
0 20 40 60 80
L (nm)
dV/dL (cm 3/g.nm)
AérogelAérogel SiOSiO22
• De l’inorganique à l’organique en passant par les hy brides
• Du monolithique aux couches minces via les matériaux finement divisés
… issus de la « chimie douce » (synthèse sol-gel)
SiO2 (0,15 g/cm 3)
3.0 cm
OA 5
3.0 cm3.0 cm
OA 5
Acétate de cellulose (0,15 g/cm 3)
O
O
O
OH
O *
O
O
n O
O
OH
O *n
O
OO
R NCOOCN+ +O
O
O *n
O
O
O
O
O
O
O *
O
O
n
O
O
NH
R NH
O
O
Gelation
Polyol Polyol
Poly Isocyanate
Crossl inked Cellulose Acetate
O
O
O
OH
O *
O
O
n O
O
OH
O *n
O
OO
R NCOOCN+ +O
O
O *n
O
O
O
O
O
O
O *
O
O
n
O
O
NH
R NH
O
O
Gelation
Polyol Polyol
Poly Isocyanate
Crossl inked Cellulose Acetate
Les principaux verrous
• Des propriétés mécaniques « faibles »(σ ~ 0,1 Mpa pour ρ ~ 0.15 g/cm3)
• Une étape de séchage « délicate » :généralement, en conditions supercritiques (CO2)
Le projet ISOCOMP :Le projet ISOCOMP :
Des superDes super --isolants flexiblesisolants flexibles(par évaporation)(par évaporation)
((36 mois36 mois : janvier 2006 : janvier 2006 –– décembre 2008)décembre 2008)
SIRIUS
Avant ISOCOMP …
• Un procédé sub-critique d’élaboration de silicesnanostructurées, légères, super-isolantes & hydrophobe s
0,15 g/cm 3, 0,015 W/m.K et ∆∆∆∆mH2O < 4% (95%HR, 20°C)
Si
OH
Si
OH
Si
OHSi
OH
SiOSi
H3CCH3
CH3
SiOSi
H3CCH3
CH3
Si
OHSi
OH
1) Synthèse sol-gel dans l’isopropanol (IPA) 2) Sylilation dans l’IPA à 60°C
3) Séchage évaporatif à 60°C
(Thèse A. Bisson, EMP, septembre 2004)
Convention ADEME/PCAS/ARMINES (n°01.04.062)
Brevet Fr. ARMINES/PCAS (en cours de délivrance)
• Production PCAS à échelle pré-industrielle (batch ~ 1 m3) mais …limitée aux matériaux divisés.
La première phase d’ISOCOMP …
Le développement «Le développement « laboratoirelaboratoire » des premiers » des premiers blanketsblankets
Imprégnation d’un réseau fibreux non-tissépar le sol de silice (puis sylilation et évaporation)
0.17 g/cm 3
Des conductivités thermiques prometteuses
Aussi bien au niveau du xérogel …
0,010
0,005
0,010
0,015
0,020
0,025
λ(W
/m.K
)
0,1 1 10 100 1000
06F1606F38
Pression (mbar)
0,010
0,005
0,010
0,015
0,020
0,025
λ(W
/m.K
)λ
(W/m
.K)
0,1 1 10 100 1000
06F1606F38
Pression (mbar)
5 mm5 mm(Ct-mètre)
… que du composite .
e = 4 mm, λλλλ = 0,013 W/m⋅⋅⋅⋅Ke = 9 mm, λλλλ = 0,015 W/m⋅⋅⋅⋅K(µ-fluxmètre)
La prochaine étape (t0 + 2 ans)
0. Transfert à échelle pré-industrielle
1. Optimisation à échelle laboratoire (voie Ormosil, …)
2. Etude des gains énergétiques (modélisations/simulations)
3. Impacts environnementaux (ACV et impacts sanitaires)
Le projet NANOLe projet NANO --PU :PU :
Des superDes super --isolants isolants mécaniquement «mécaniquement « fortsforts »»
(par cryodessiccation)(par cryodessiccation)
((18 mois18 mois : janvier 2006 : janvier 2006 –– juillet 2007)juillet 2007)
Avant NANO-PU …
Un procédé super-critique d’élaboration de polyuréthanes nanostructurés, légers, super-isolants & hydrophobes
ρ ρ ρ ρ = 0,15 g/cm 3,
λλλλ = 0,022 W/m.K
∆∆∆∆mH2O < 2% (65%HR, 20°C)
Séchage CO 2 supercritique
La première année de NANO-PU …
Le développement «Le développement « laboratoirelaboratoire » d’un procédé de » d’un procédé de freezefreeze--dryingdrying
Lavage au cyclo-hexane, congélation à –20°C et 1 mb ar, Réchauffage jusqu’à l’ambiante (~ 2,5 °C/h)
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0 20 40 60 80 100
L (nm)
PS
D (
cm3/
g.nm
)
Aérogel (0.120 g/cm 3)
Cryogel (0.140 g/cm 3)
Xérogel (0.320 g/cm 3)
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0 20 40 60 80 100
L (nm)
PS
D (
cm3/
g.nm
)
Aérogel (0.120 g/cm 3)
Cryogel (0.140 g/cm 3)
Xérogel (0.320 g/cm 3)
Aérogel (0.120 g/cm 3)
Cryogel (0.140 g/cm 3)
Xérogel (0.320 g/cm 3)
λλλλ = 0,025 W/m.K (calcul à partir Cp et a)
La prochaine et dernière étape (t0 + 1,5 ans)
0. Elaboration de plus grands volumes (sous forme divisée)
1. Optimisation à échelle laboratoire (macroporosité)
2. Finalisation de l’étude de marché
3. Plan de développement pré-industriel
1 cm
Vers une convergenceVers une convergence
des projetsdes projets
ISOCOMP & NANOISOCOMP & NANO --PU ?PU ?
Les hybrides inorganiques-organiques (SiO2 / PU)
(Elargissements envisagés FP7 et/ou PREBAT 2007)
REMERCIEMENTSREMERCIEMENTS
ISOCOMPISOCOMP
SIRIUS
Pierre Bonnardel, Marina De Candido, Régis Pecquet
Hébert Sallée, Daniel Quenard
Mireille Tantot-Neirac
Pierre Ilbizian et Bruno Peuportier
Jean-Charles Maréchal
Bruno Ladevie Clara FerrerAnne-Séverine ConsalèsJean-Pierre Loustau
Pierre Ilbizian
NANONANO--PUPU
Ces projets de recherche sont financés Ces projets de recherche sont financés par l’ANRpar l’ANR
gérés et suivis gérés et suivis par l’ADEMEpar l’ADEME
(Samira KHERROUF)
ISOCOMPISOCOMP & NANONANO--PUPU
