L étude des structures porales de ces différentes mousses permet de tirer plusieurs conclusions sur les relations entre l évolution de la structure porale et le choix de la nature et du type de tensioactif.
L étude des mousses Kdis et Kdis ainsi que la série de mousses (ostapur OSB à masse volumique constante (paragraphe D.3.2.3) ont permis de montrer que les structures porales évoluaient fortement au voisinage du dosage caractéristique en tensioactif. Cette évolution structurelle est plus importante lorsque le dosage en tensioactif passe d une valeur inférieure au dosage caractéristique à ce dernier.
L étude seule de la structure porale ne permet pas de classer précisément les mousses en termes de performances mécaniques. Cependant, les tensioactifs du groupe 1 conduisent à des évolutions similaires de leurs structures porales en fonction du dosage en tensioactif. Les
mousses présentant les meilleures performances mécaniques ont un r50 se situant entre 0,1 et
0,3 mm, ce qui correspond, parmi l ensemble des mousses fabriquées, à des mousses possédant
une structure porale assez fine.
Cependant, identifier la structure porale d une mousse n est pas suffisant pour y associer une performance mécanique. Les tensioactifs utilisés ont un impact sur les conditions de cristallisation. L augmentation du dosage en tensioactif diminue sensiblement les performances mécaniques des matrices (cf. Partie C) et plus particulièrement pour les tensioactifs du 2nd groupe. Le dosage caractéristique mis en évidence (pour les tensioactifs du premier groupe) correspond à un compromis entre une optimisation de la structure porale et une faible diminution des performances de la matrice. La permet d illustrer le propos :
Figure D. 30. Premier groupe : Relation entre dosage en tensioactif et performances mécaniques pour une masse volumique donnée.
Lorsque le dosage est inférieur au dosage caractéristique, les performances de la matrice
minérale sont bonnes (Figure D. 30 – pointillés courts bleus) avec une valeur maximale pour un
dosage nul. Les performances de la matrice diminuent ensuite progressivement avec l augmentation du dosage en tensioactif. Cette diminution se poursuit au-delà du dosage caractéristique identifié.
175 L expérience a montré qu il était impossible de créer des mousses minérales sans tensioactif. Un dosage minimal, dit dosage limite (Figure D. 30) est nécessaire pour permettre le maintien de la structure jusqu à la prise. À ce dosage, le tensioactif est sous dosé et la structure porale associée est composée de grosses bulles (exemple : mousse Kdis24) potentiellement induites par de la coalescence. Les performances mécaniques de ces mousses sont assez faibles.
Lorsque le dosage en tensioactif atteint sa valeur caractéristique, la structure porale est optimisée (Figure D. 30 – pointillés longs verts). La quantité de tensioactif présente est suffisante pour former une structure fine, mais surtout plus homogène. L arrangement des bulles permet une répartition homogène des efforts de compression. À ce dosage caractéristique, qui reste faible, la résistance de la matrice minérale est peu affectée par le tensioactif. Au-delà du dosage caractéristique, le rayon moyen des bulles augmente ce qui se traduit par une structure porale moins homogène. Les performances mécaniques des mousses s en trouvent diminuées. La courbe de résistance des mousses en rouge sur la
Figure D. 30) présente donc une résistance mécanique optimale pour le dosage caractéristique, résultant de la combinaison entre l évolution de la structure porale et de la résistance de la matrice minérale.
Figure D. 31. Effet de la structure : Evolution des performances mécaniques (gauche) et des paramètres géométriques de la série ρ = kg/m droite en fonction du dosage en
tensioactif.
Cette analyse est étayées par les résultats obtenus pour deux tensioactifs (partie C et D). Les deux graphiques rappelés dans la Figure D. 31 montrent que le dosage caractéristique en tensioactif permet d augmenter sensiblement les performances mécaniques Figure D. 31 - gauche grâce à l obtention d une structure porale plus uniforme Figure D. 31 - droite).
Au-delà du dosage caractéristique, la structure porale se dégrade progressivement. En introduisant davantage de tensioactif, la surface spécifique interne de la mousse augmente et les bords de Plateau (cf. partie B.2.1.2) composés du gypse durci sont de plus en plus fins et fragiles ayant pour effet de fragiliser la mousse. Cependant, un très léger surdosage permet de s assurer que la structure porale soit homogène en contrepartie d une diminution minime des performances mécaniques de la matrice.
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 0,001 0,01 0,1 Hostapur ρ = kg/m³ Hostapur ρ = kg/m³ CTAB ρ = kg/m³
Résistance à la compression Rc [MPa]
Dosage en tensioactif [%] 2,30 2,40 2,50 2,60 2,70 2,80 2,90 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,001 0,01
Dosage en Hostapur OSB [%]
rmoy r10 r50 r60 r90 CU
176 L ensemble des mousses produites par la méthode dissociée avec les tensioactifs du groupe semble respecter les principes de la Figure D. 30. Il est intéressant de constater que le dosage en tensioactif caractéristique ramené au dosage en eau des pâtes correspond à environ 1,7 g/l. Cette valeur est un peu plus élevée que la CMC identifiée pour ces tensioactifs.
Figure D. 32. Second groupe : Relation entre dosage en tensioactif et performances mécaniques pour une masse volumique donnée.
Concernant les tensioactifs du groupe 2, les essais réalisés en solution dans la partie B indiquent qu ils sont moins aptes à former des mousses. En suspension minérale, les mousses produites présentent des structures porales moins homogènes, participant à leurs mauvaises performances mécaniques. Les essais MEB réalisés dans la partie C indiquent que ces tensioactifs dégradent les conditions de cristallisation du gypse. Au niveau du dosage limite requis pour former une mousse et la maintenir jusqu à la prise, la qualité de la matrice est déjà fortement dégradée (courbe pointillés bleus - Figure D. 32). La structure porale évolue également en fonction du dosage en tensioactif mais l altération significative de la matrice explique pourquoi ces tensioactifs ne présentent pas de dosage caractéristique optimisant la structure porale (courbe pointillés rouge - Figure D. 32), comme cela avait été mis en évidence pour les tensioactifs du 1er groupe.
Enfin, dans le cas de la production de mousses par méthode de mousses aqueuses préformée, le dosage en tensioactif requis est beaucoup plus important que ce qui est requis par la méthode dissociée. Donc, bien que la structure des mousses puisse être fine et relativement homogène, leurs performances mécaniques sont très pénalisées par l altération de la matrice minérale.
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