Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
La grande variété de compositions des aérogels les destine de nos jours à des applications dans de nombreux domaines (isolation thermique, électrochimie, catalyse, acoustique…). Cet article liste les propriétés optiques, mécaniques et thermiques des cinq catégories d’aérogels, des aérogels d’oxyde aux organiques. Pour terminer, il aborde les différentes techniques de traitement et de mises en forme qu’ils leur sont associés et qui permettent de modifier leurs caractéristiques.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Laurent KOCON : Ingénieur de l’École Nationale Supérieure de Physique de Grenoble - Ingénieur au Commissariat à l’Énergie Atomique CEA
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Jean PHALIPPOU : Professeur à l’École Polytechnique Universitaire de Montpellier - Laboratoire des Verres – UMR 5587 - Université de Montpellier 2
INTRODUCTION
L’attrait de la texture particulière des aérogels incite la communauté scientifique à les décliner dans une grande variété de compositions pour des applications qui touchent à des domaines aussi différents que peuvent l’être l’isolation thermique, l’électrochimie, la catalyse, la détection de particules ou l’acoustique.
Le tableau 1 dresse donc une liste non exhaustive des aérogels élaborés à ce jour avec leurs applications et des références bibliographiques. Ces derniers sont classés en cinq catégories :
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les aérogels d’oxyde simple qui sont les plus communs ;
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les aérogels d’oxyde mixte ou d’ordre supérieur ;
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les aérogels organiques ;
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les aérogels hybrides organiques/minéraux ou à base de métalloïdes ;
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les aérogels dopés, essentiellement par des atomes métalliques.
Dans la suite de cet article, sont traitées quelques propriétés des aérogels, qu’ils soient de type organique ou plus particulièrement de silice (oxyde simple), ces derniers ayant été les plus étudiés jusqu’à nos jours.
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Propriétés thermiques2. Propriétés mécaniques
L’utilisation, la manutention et la mise en place d’un matériau sont facilitées si l’on connaît préalablement ses propriétés mécaniques dites d’usage. Il faut aussi quelquefois usiner le matériau pour lui donner sa forme définitive. À côté de ses propriétés, il est aussi nécessaire de connaître sa réactivité vis-à-vis du milieu naturel et, dans le cas des aérogels de silice, sa réactivité vis-à-vis de l’eau contenue dans l’atmosphère environnante.
La détermination des propriétés élastiques des aérogels est réalisée soit par des techniques dynamiques, soit par des techniques statiques.
2.1 Propriétés acoustiques et vitesse du son
La propagation des ondes sonores dans un milieu isotrope conduit à la détermination des constantes élastiques C11 et C44 à partir des vitesses de propagation respectives des ondes longitudinales vL et transverses vT et de la connaissance de la masse volumique apparente :
Ces mesures sont réalisées par la méthode du pulse écho dans le domaine du mégahertz où l’onde est générée par un matériau piézoélectrique. La diffusion Rayleigh Brillouin permet d’accéder aux mêmes vitesses. Il est cependant nécessaire d’avoir un aérogel transparent, la résolution du spectromètre ne permettant pas les mesures dans les aérogels dont la densité est inférieure à 0,10 − 0,15.
Concernant les méthodes ultrasonores (domaine du mégahertz), la longueur d’onde acoustique est de l’ordre du millimètre. Puisque la taille moyenne des pores (» 10 à 20 nm) est très inférieure à la longueur d’onde acoustique, on peut assimiler l’aérogel à un milieu continu. Les vitesses du son mesurées sont comprises entre 50 et 300 m/s, c’est-à-dire inférieures à celle du son dans l’air. Ces faibles valeurs sont associées à la texture particulière des aérogels quelle que soit leur nature (silice, mélamine-formaldéhyde, résorcinol-formaldéhyde) ...
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Propriétés mécaniques
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - TEICHNER (S.J.), NICOLAON (G.A.), VICARINI (M.A.), GARDES (G.E.E.) - Inorganic oxide aerogels - . Advances in colloid and interface Science 5, 3, p. 245-273, 1976.
-
(2) - KISTLER (S.S.) - Coherent expanded aerogels - . J. Phys. Chem., 36, 1932, p. 52-64.
-
(3) - VICARINI (M.A.), NICOLAON (G.A.), TEICHNER (S.J.) - Propriétés texturales et structurales des aérogels d’alumine préparés par hydrolyse du butylate secondaire d’aluminium en solution alcoolique - . Bulletin de la Société Chimique de France, no 5, 1969, p. 1466-1476.
-
(4) - MIZUSHIMA (Y.), HORI (M.) - Alumina aerogel catalysts prepared by two supercritical drying methods used in methane combustion - . J. Mater. Res., 10, 6, 1995, p. 1424-1428.
-
(5) - GASH (A.E.), TILLOTSON (T.M.), SATCHER (J.H.), HRUBESH (L.W.), SIMPSON (R.L.) - New sol-gel synthetic route to transition and main-group metal oxide aerogels using inorganic salt precursors - . J. Non-Cryst. Solids, 285, 2001, p. 22 -28.
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