Projet ANR-13-RMNP-0003 – ProMAP : Optimisation des Propriétés Fonctionnelles des Matériaux Aérés Particulaires
Programme : Matériaux et Procédés pour Produits Performants  (MATETPRO) 2013
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Monsieur PITOIS Olivier (Laboratoire NAVIER)
Partenaires : Modélisation et Simulation Multi-Échelle; Laboratoire Matière et Systèmes Complexes; Laboratoire Navier; SAINT GOBAIN C.R.E.E
Montant : 448812.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 36 mois
Résumé : L'incorporation d'air dans des matériaux conventionnels est une solution simple et efficace pour répondre aux nouvelles exigences du développement durable, à tous les stades de la vie du matériau, depuis sa production jusqu’à son utilisation comme isolant thermique des bâtiments, en passant par son transport et sa manutention. Ce projet traite les problématiques rencontrées pour les Matériaux Aérés dits Particulaires (MAP), généralement issus de l’aération des pâtes granulaires, telles que les pâtes de ciment ou de plâtre. Leur potentiel de développement est très important dans le domaine de la rénovation thermique des bâtiments, en tant que substituant incombustible aux mousses organiques actuellement utilisées. Toutefois, pour hisser leur performance thermique au niveau de celle des mousses organiques, un effort de recherche important doit être entrepris pour augmenter autant que possible la fraction d’air incorporé. Ainsi, de matériaux faiblement aérés, on s’achemine petit à petit vers des matériaux très fortement aérés. Cette transition est en cours chez les principaux acteurs du domaine des matériaux de construction, mais elle se heurte actuellement à plusieurs défis scientifiques majeurs. Nous pensons que pour franchir une étape décisive dans le développement de ces matériaux, il est nécessaire d’apporter de nouveaux éléments de compréhension qui permettront de progresser sur une voie d’optimisation rationnelle. Nous proposons donc de mener une étude générale, basée sur des systèmes modèles, plus simples, en cherchant à dégager quelques grands principes de formulation de ces assemblages complexes de particules, de liquide et de bulles. Les systèmes modèles que nous allons élaborer permettront de contrôler finement tous les paramètres influençant leurs propriétés, ce qui n’a pas été possible pour les études antérieures. L’avantage incontestable de ces systèmes modèles sera la possibilité d’étudier de façon paramétrique les propriétés des MAP durcis et non-durcis. En particulier, nous chercherons à préciser l’impact de la granulométrie des particules de la pâte sur la morphologie et les propriétés fonctionnelles des MAP. L’objectif le plus ambitieux sera de développer une ou plusieurs fonctions d’intérêt industriel (thermique, acoustique) sans dégrader la résistance mécanique du matériau. L’évolution morphologique de ces systèmes entre le moment de leur génération et leur durcissement (état non-durci), qui pose actuellement de sérieuses difficultés dans leur élaboration, sera étudiée. On cherchera en particulier à  comprendre la dynamique de ségrégation des particules et des bulles dans ces mélanges, ainsi que celle liée au mûrissement d’Ostwald. A l’état durci, nous caractériserons la morphologie de ces matériaux en fonction de la taille des particules comparée à celle des bulles, de la proportion de particules et de celle de gaz.  Nous déterminerons les propriétés mécaniques, thermiques et acoustiques de ces MAP. Pour chacune des propriétés étudiées nous chercherons à mettre en évidence l’existence d’un optimum et à développer des stratégies permettant l’émergence de matériaux multifonctionnels. Un travail théorique sera mené en parallèle de cette approche expérimentale de manière à développer et valider des outils de modélisation permettant de prédire les caractéristiques des MAP en fonction de leur composition et de leur morphologie. On combinera approches numériques et méthodes d’estimation pour pouvoir traiter les différentes morphologies observées, et les caractéristiques globales des MAP seront estimées en mettant en œuvre des méthodes de changement d’échelles. Nous travaillerons également sur des systèmes très proches des matériaux industriels. Nous chercherons dans ce cas à appliquer les résultats obtenus sur les systèmes modèles, par exemple en termes de granulométrie optimale pour limiter les phénomènes de vieillissement à l’état non-durci ou renforcer telle ou telle propriété à l’état durci.