Rester au chaud avec de l’aérogel de silice
Des développements récents en science des matériaux et en nanotechnologie ont permis de développer de nouvelles méthodes d’isolation thermique. Les aérogels sont des nanomatériaux d’une -importance grandissante en tant que matériaux d’isolation dans de nombreuses applications, des maisons et des bâtiments commerciaux aux missions d’exploration spatiale. Malgré ses propriétés physiques uniques, la popularité de l’aérogel a été freinée par des coûts de production élevés. Grâce au financement européen du projet Quartzene, Svenska Airgel a développé un procédé breveté pour la fabrication d’un matériau de type aérogel appelé Quartzene®. Ce nouveau matériau de taille micrométrique peut être commercialisé à un coût inférieur de 50 à 60 % à celui de tous les autres aérogels. «Les nouvelles méthodes brevetées de Svenska Airgel permettront pour la première fois de développer l’isolation aérogel pour les applications grand public comme les bâtiments, les revêtements et les récipients alimentaires jetables», note le fondateur et directeur R&D de Svenska Airgel, le professeur Christer Sjöström. Des obstacles avant d’en faire un matériau grand public Les aérogels sont parmi les solides les moins denses qui existent et pourtant, compte tenu de leur poids, ils sont incroyablement résistants et figurent parmi les meilleurs isolants jamais découverts. Cependant, malgré une liste de propriétés exceptionnelles en rapport avec les pores et les interfaces présents dans leur structure, les aérogels traditionnels ont jusqu’à présent été tenus à l’écart de nombreuses applications pratiques. Une des raisons principales a trait aux coûts de production élevés liés au séchage complexe nécessaire à la création de l’aérogel, par le biais des techniques de séchage classiques. En particulier, l’aérogel de silice traditionnel est fabriqué par le procédé sol-gel, qui implique la synthèse d’un réseau de silice poreuse par voie humide. Le séchage ultérieur doit être effectué dans des conditions supercritiques pour le solvant utilisé afin d’éviter le rétrécissement ou l’affaissement de la structure solide. Les techniques de séchage traditionnelles impliquaient l’usage de pressions relativement fortes, entraînant par la suite le rétrécissement du matériau ou l’obtention d’une densité supérieure à celle souhaitée. Le processus de séchage du Quartzene® est effectué à pression ambiante et à basse température. Sa production est donc considérablement moins onéreuse que celle des aérogels traditionnels produits par séchage supercritique. «Le procédé de séchage à pression ambiante utilisé brise les matériaux solides en petits morceaux en les broyant. La vitesse élevée de l’air et la petitesse des particules contribuent à rendre le processus de séchage rapide et économe en énergie», explique le professeur Sjöström. Comme il le précise, «outre la réduction des coûts de production, ce nouveau procédé de séchage peut réutiliser la chaleur perdue au-dessus de la température ambiante. La récupération et la réutilisation de la chaleur résiduelle peuvent permettre jusqu’à 90 % d’amélioration de l’efficacité énergétique.» Le produit final obtenu au bout de cette procédure de séchage est une poudre à grain fin de taille micrométrique, mais des tailles plus grandes peuvent également être produites en appliquant différentes techniques de granulation. En raison de sa nano-porosité sur mesure, de sa très faible densité et du fait que l’eau et le sel soient les seuls déchets, Quartzene® peut être utilisé dans de nombreuses applications. Du béton léger pour les bâtiments écoénergétiques En tant que matériau de type aérogel, granulaire et existant sous forme de poudre, Quartzene® peut transférer ses propriétés avantageuses aux matériaux de construction comme le béton cellulaire. «Les bâtiments sont actuellement responsables d’environ 40 % de la consommation d’énergie et de 36 % des émissions de CO2 dans l’UE. L’ajout de matériaux d’isolation thermique comme Quartzene® aux bâtiments existants est susceptible de réduire les émissions de CO2 dues au chauffage et à la climatisation de plus de 40 %», note le professeur Sjöström. Par rapport aux matériaux d’isolation existants, le nouveau béton léger d’Aercrete produit grâce à un mélange contenant de l’aérogel de silice Quartzene® a amélioré les performances d’isolation thermique et de résistance au feu – des propriétés fondamentales pour de telles applications. Une longue liste d’applications Les partenaires du projet ont également testé la capacité des récipients alimentaires jetables composés de Quartzene® à limiter le transfert de chaleur. Le matériau a été capable de conserver les aliments à l’abri de l’environnement extérieur tout en les maintenant à la température requise. Kolon Glotech, un autre partenaire du projet, a utilisé et évalué Quartzene® dans le but d’améliorer les traitements de surface et les revêtements pour l’industrie automobile. Outre la génération de surfaces optimisées et la régulation de la température de surface, les recherches ont porté sur l’étude de nouveaux produits d’amortissement acoustique. Quartzene® combine une grande porosité, une très faible densité et une conductivité thermique, le tout à bas prix. Le processus de production de Svenska Airgel, avantageux sur les plans énergétique et financier, rend ce matériau unique par rapport aux aérogels conventionnels.
Mots‑clés
Quartzène, aérogel, Svenska Airgel, récipients alimentaires, isolation thermique, séchage supercritique, béton cellulaire, industrie automobile
