Thesis defense Etienne GUESNET

Résumé :

Les silices nanostructurées sont des matériaux ultra-poreux (plus de 80 % de porosité) utilisés pour la confection de Panneaux Isolants sous Vides (PIV). Elles possèdent des propriétés thermiques exceptionnelles, mais de piètres propriétés mécaniques. L’enjeu de cette thèse est d’étudier ces matériaux aux échelles de la particule (quelques nm), de l’agrégat de particules (quelques dizaines de nm) et de l’agglomérat d’agrégats (quelques centaines de nm), afin de mieux comprendre les comportements mécanique et thermique à l’aide de simulations, et de proposer des pistes pour améliorer le compromis thermique / mécanique. La nature particulaire du matériau et son caractère multi-échelle justifient l’utilisation de méthodes de simulations discrètes (DEM : Discrete Element Method).

Un modèle original permettant de générer des agrégats à morphologie contrôlée (dimension fractale, rayon de giration, porosité) est proposé. Le comportement à la compaction des agrégats est ensuite étudié par simulations DEM. Une approche par cyclage à faible densité a été développée pour obtenir des arrangements initiaux réalistes d’agrégats. La prépondérance des phénomènes adhésifs dans le système rend en effet celui-ci très sensible à l’arrangement initial. La réponse en traction des structures générées par compaction est également évaluée. L’influence de la morphologie des agrégats, de l’adhésion et du frottement ont été étudiées.

L’accent est mis sur la comparaison de deux types de silices (pyrogénées et précipitées) présentant des morphologies différentes et pour lesquelles des données expérimentales permettent une confrontation avec les simulations. Les simulations présentées permettent d’apporter des réponses sur l’origine des différences de comportement mécanique observées expérimentalement pour ces deux types de silice. Une modélisation de la conductivité thermique du matériau, avec une focalisation sur la conductivité solide, est également proposée.