Les mousses minérales produites ont été caractérisées. Afin de comparer les performances thermomécaniques des mousses issues des deux méthodes de production et des deux liants, les Figure C. 54 et Figure C. 55 sont proposées :
Figure C. 54. Conductivité thermique λ : Comparaisons des performances de l’ensemble des mousses produites
La Figure C. 54 permet de comparer les conductivités thermiques des différentes mousses produites. Les mousses de ciment Prompt possèdent le meilleur pouvoir isolant. Toutes les mousses produites ont une masse volumique largement inférieure à la valeur de conductivité
maximale fixée. De plus, l ensemble des mousses Prompt ayant une masse volumique intérieure
à 450 kg/m3 ont une conductivité thermique inférieure à 0,1 W/(m.K).
Les conductivités thermiques des mousses de Kerysten® possèdent des conductivités thermiques plus fortes. Les valeurs obtenues restent néanmoins satisfaisantes. L ensemble des mousses respectant le critère de légèreté satisfait également le critère de conductivité thermique maximale. Les mousses issues des méthodes par mousse préformée et dissociée présentent une évolution des conductivités thermiques assez similaires. Ces valeurs sont néanmoins légèrement dispersées. Des différences de structure porale entre les différentes mousses doivent expliquer les différences de conductivité thermique constatées. Enfin, la conductivité thermique des échantillons obtenus par malaxage simple évolue linéairement par rapport à la masse volumique.
Les performances mécaniques des mousses produites sont comparées sur la Figure C. 55. La dispersion des résultats est plus importante en raison d un impact plus fort des effets de structure porale sur les performances mécaniques que sur les performances thermiques. Les mousses de ciment Prompt possèdent de faibles performances mécaniques. À l inverse, les mousses de Kerysten® sont beaucoup plus performantes. La méthode dissociée fournit les meilleures résistances mécaniques dans la gamme des densités ciblées ( < 600 kg/m3). Un grand nombre de ces mousses satisfont le critère de résistance minimale, pour la majeure partie des échantillons dont la densité est supérieure à 450 kg/m3. À l inverse, la méthode par mousse préformée fournit des résistances mécaniques plus faibles. Cette méthode nécessite un taux de gâchage légèrement plus fort que la méthode dissociée, expliquant les résistances mécaniques
0,05 0,50
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Kerysten méthode dissociée Kerysten mousse préformée Kerysten malaxage simple prompt méthode dissociée Kerysten fabricant Conductivité thermique λ [W/(m.K)] Masse volumique ρ [kg/m³] λ < 0,2 W/(m.K) ρ < 600 kg /m³
142 plus faibles. Un effet de structure peut également s ajouter et participer à la baisse de résistance mécanique (étudié partie D).
Une certaine dispersion des résultats persiste avec les échantillons obtenus par malaxage simple indiquant que même à ces masses volumiques plus importantes, la structure et/ou la nature et le dosage en tensioactif impactent les performances mécaniques.
Figure C. 55. Résistance à la compression Rc : Comparaisons des mousses de Kerysten® et de ciment Prompt ainsi que des méthodes utilisées
Il convient maintenant de comparer les performances des mousses minérales aux autres mousses et bétons légers introduits dans la bibliographie de la partie A. Cette comparaison se divise en deux courbes bilans correspondant à deux des trois critères de performances énoncés au terme de l étude bibliographique, la conductivité thermique Figure C. 56) et la résistance mécanique (Figure C. 57).
La conductivité thermique est tout d abord analysée Figure C. 56). Les conductivités thermiques
des mousses de Kerysten® et de ciment Prompt s inscrivent dans le faisceau de points issus de
la littérature. Les mousses de Kerysten® présentent des conductivités thermiques légèrement supérieures à la moyenne. Il faut toutefois rappeler que ces mesures sont réalisées à température et hygrométrie ambiantes. Les valeurs fournies dans la littérature sont généralement issues d essais réalisés sur des échantillons parfaitement secs. La réalisation des essais de conductivité thermique sur les mousses de Kerysten® à hygrométrie nulle permettrait de faire significativement diminuer les conductivités thermiques obtenues. Néanmoins, le critère de conductivité thermique maximale est satisfait tant que les mousses respectent le critère de légèreté imposé. 0,1 1 10 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Kerysten méthode dissociée Kerysten mousse préformée Kerysten malaxage simple Prompt méthode dissociée Kerysten fabricant
Résistance à la compression Rc [MPa]
Masse volumique ρ [kg/m³] Rc > 2 MPa ρ < 600 kg /m³
143 Figure C. 56. Conductivité thermique λ: Comparaisons des mousses de Kerysten® et de ciment
Prompt aux mousses issues de la littérature.
Les conductivités thermiques des mousses de ciment Prompt produites sont très satisfaisantes puisqu elles sont globalement plus faibles que celles des matériaux présentés dans la bibliographie. Cependant, ces bonnes performances thermiques sont à nuancer aux vues des piètres performances mécaniques associées (Figure C. 57).
La comparaison des performances mécaniques des mousses de Kerysten® aux matériaux issus de la littérature est quant à elle très satisfaisante (Figure C. 55). Les mousses de Kerysten® produites par méthode dissociée sont très résistantes aux vues de leur faible masse volumique.
0,02 0,2 2 0 500 1000 1500 2000 2500 [21] ACI 122-R02 [ ] Al idge [ ] Che ᴳ [ ] Couas et ᴳ [ ] De i dag ᴳ ᶜ [ ] Dolto
[2] Fedullo [51] Gutiérrez-Go zález ᴳ ᶜ
[ ] Liu [19] Neville
[ ] Ngu e ᴳ [ ] Othu a M di
[ ] S ha ko ᴳ [ ] Se gul ᴳ
[ ] Skuja s [ ] U sal ᴳ
[ ] Vi o a ᴳ ᶜ [ ] Ya g
[ ] Wei [2] Isolation rapportée
Kerysten méthode dissociée Kerysten mousse préformée
Kerysten Malaxage simple Prompt méthode dissociée
Kerysten fabricant Conductivité thermique λ [W/(m.K)] Masse volumique ρ [kg/m³] λ < 0,2 W/(m.K) ρ < 600 kg /m³
144 Figure C. 57 Résistance à la compression Rc : Comparaisons des mousses de Kerysten® et de
ciment Prompt aux mousses issues de la littérature.
Deux principales raisons peuvent expliquer une variation importante des résistances mécaniques pour une même masse volumique lorsque le dosage en tensioactif varie :
- Une mauvaise affinité entre la cristallisation des grains de gypse et le tensioactif peut
apparaître. L étude qualitative de plans de coupes au MEB a permis de confirmer cette
dernière supposition. L influence de l (ostapur OSB et du CTAB semble minime sur les conditions d hydratation. En revanche, le Cetrimide, bien qu appartenant au premier groupe de tensioactifs, dégrade la cristallisation du gypse. Ceci peut permettre de comprendre pourquoi les performances mécaniques des mousses associées sont moins bonnes. De même, le Neopor impacte fortement la cristallisation du gypse, expliquant les mauvaises performances de ces mousses.
- Un effet de structure peut apparaître. Les visualisations 2D présentées dans ce chapitre permettent de constater une nette variation de la structure en fonction du dosage en tensioactif.
)l convient donc de compléter l étude et d analyser plus précisément comment les structures évoluent, en fonction de la nature et du dosage en tensioactif. Proposer une approche quantitative reposant sur une méthode de caractérisation précise de la structure porale, constitue l objectif de la partie D.
0,1 1 10 100 0 500 1000 1500 2000 2500 [ ] Ald idge ᵐᵖ [ ] A a Hossei ᴳ [ ] Bogas ᴳ [ ] Bogas ᴳ [ ] Che ᴳ [ ] Colak ᴳ ᶜ [ ] De i dag ᴳ ᶜ [ ] Dolto [51] Gutiérrez-Go zález ᴳ [ ] Ha ue ᴳ ᶜ [ ] Ka ali ᴳ [ ] Ke ᴳ [ ] Kea sle [ ] La os ᴰ [ ] Liu [ ] Lo ᴳ [ ] Na ia [19] Neville [ ] Ngu e ᴳ [ ] Othu a M di [ ] S ha ko ᴳ [ ] Se gul ᴳ [ ] Tikalsk [ ] Vi o a ᴳ ᶜ [ ] Visagie [ ] Ya g [ ] Ya g [ ] Wei
Kerysten méthode dissociée Kerysten mousse préformée Kerysten malaxage simple Prompt méthode dissociée Kerysten fabricant
Résistance à la compression Rc [MPa]
Masse volumique ρ [kg/m³] Rc > 2 MPa ρ < 600 kg /m³
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D.1 Introduction
Les résultats présentés précédemment mettent en évidence une évolution particulière des propriétés mécaniques en fonction du dosage et de la nature du tensioactif employé. Un dosage caractéristique est ainsi identifié pour certains tensioactifs, correspondant à une performance mécanique optimale sans trop impacter le caractère isolant de la mousse. Une première analyse visuelle de la structure porale indique qu une modification du dosage en tensioactif modifie l arrangement et la distribution des bulles, et ce, pour une même masse volumique de mousse. Il apparaît envisageable que la maîtrise de la structure porale des mousses conduise à une gestion intéressante des performances mécaniques et thermiques du produit fini. Cette partie du mémoire est donc dédiée à l étude de la structure porale des mousses minérales.
Dans un premier temps, les deux outils de caractérisation mis en œuvre pour l étude de la structure porale sont présentés. L analyse de la distribution alvéolaire surfacique permet d établir des relations entre nature et dosage en tensioactif et structure porale de la mousse
minérale. L analyse volumique, par tomographie, est également réalisée sur certaines mousses.
Cette technique s avère tout à fait adaptée à leur caractérisation. Cependant, son coût est souvent dissuasif. Aussi, des modèles stéréologiques permettant de relier la distribution alvéolaire obtenue via une analyse d images D à la distribution alvéolaire réelle 3D sont mis en place. Ces modèles seront validés grâce à deux mousses modèles dont les occlusions, de taille maîtrisée, présentent des distributions connues. Le principe est ensuite appliqué à certaines des mousses minérales (gypse et Prompt) obtenues soit par méthode dissociée, par mousse préformée ou par malaxage simple.
La caractérisation de la structure porale découlant des essais de tomographie permet d envisager différentes modélisations. Sur le plan mécanique, ces données sont exploitées pour alimenter un logiciel de simulation numérique, Abaqus®. La comparaison des modules d élasticité apparents obtenus numériquement avec ceux issus des essais destructifs est effectuée.
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