Séries à dosage en tensioactif constant

Afin de comprendre quels sont les liens entre structure porale et résistance mécanique, des séries de mousses à dosage en tensioactif constant sont fabriquées. Quatre séries sont présentées (Tableau C. 10). Le choix des dosages en tensioactifs se fait en repérant un dosage donnant aux mousses les meilleures performances mécaniques pour des masses volumiques

comprises entre 500 et 650 kg/m3. Les paramètres de la méthode dissociée sont ensuite adaptés

pour obtenir des mousses de masses volumiques décroissantes, tout en conservant le dosage en tensioactif.

L évolution des résistances mécaniques en fonction de la masse volumique de ces quatre séries est présentée sur la Figure C. 31. Pour chaque série, la diminution de la masse volumique est couplée à une diminution de la résistance à la compression. Cette chute n est néanmoins pas identique suivant le tensioactif utilisé. Comme constaté lors des essais CMC, la classification des tensioactifs en groupes distincts apparaît à nouveau. L (ostapur OSB et le CTAB conduisent aux résistances les plus élevées. Ces mousses sont très proches de la courbe de résistance optimale introduite dans la (équation (C. 18)- Figure C. 27).

1,80 1,90 2,00 2,10 2,20 2,30 2,40 2,50 450 460 470 480 490 500 510 520 K140 K141 K144 K145 K146 K147 Masse volumique Résistance à la compression Rc

Masse volumique ρ [kg/m³] Résistance à la compression Rc [MPa]

0,12 0,13 0,14 0,15 0,16 0,17 0,18 0,19 0,20 K140 K141 K144 K145 K146 K147 Conductivité thermique λ [W/(m.K)]

119 Tableau C. 10. Séries à dosage constant, propriétés thermomécaniques

Hostapur OSB (d = 0,0125 %)

Nom Kdis77 Kdis74 Kdis75 Kdis76 Kdis78 ρ [kg/m ] 552 390 337 295 247

Rc [MPa] 3,47 1,58 1,03 0,75 0,37 λ [W/ m.K ] 0,18 0,13 0,11 0,10 0,09

CTAB (d = 0,02 %)

Nom Kdis84 Kdis85 Kdis86 Kdis87 Kdis88 ρ [kg/m ] 551 466 384 294 254

Rc [MPa] 3,19 2,31 1,34 0,73 0,46 λ [W/ m.K ] 0,18 0,15 0,13 0,10 0,09

Microair (d = 0,2 %)

Nom Kdis50 Kdis49 Kdis48 Kdis47 Kdis46 ρ [kg/m ] 646 613 485 390 311

Rc [MPa] 5,03 3,16 2,03 1,24 0,61 λ [W/ m.K ] 0,22 0,21 0,16 0,13 0,11

Neopor (d = 0,0178 %)

Nom Kdis148 Kdis150 Kdis149 ρ [kg/m ] 522 352 445

Rc [MPa] 2,00 0,83 1,62 λ [W/ m.K ] 0,16 0,11 0,14

Les résistances mécaniques induites par le Neopor et le Microair sont inférieures. Il faut noter que les séries à dosage constant étudiées ici correspondent aux valeurs maximales de résistance mécanique atteintes pour chaque tensioactif. Les résistances mécaniques des deux séries suivent une fonction linéaire dont la pente est plus élevée pour les mousses produites avec les tensioactifs du groupe 1 (pointillés rouges - Figure C. 31) que celles issues du groupe 2. Les valeurs se rejoignent sur les faibles masses volumiques. La série à dosage constant avec le Neopor conduit à identifier une unique mousse de Neopor satisfaisant au critère de résistance

mécanique (mousse Kdis148, Rc = 2,0 MPa). La résistance maximale atteignable par les mousses

issues de ces deux tensioactifs est plus faible et représentée par une droite (pointillés courts noirs - Figure C. 31). Chaque tensioactif induit une courbe de résistance maximale atteignable différente.

Figure C. 31. Dosage en tensioactif constant : Evolution de la résistance à la compression. Une analyse visuelle de la structure des mousses est réalisée sur une série du groupe 1 (CTAB, d = 0,02 %) et une série du groupe 2 (Neopor, d = 0,018 %). Le Tableau C. 11 expose la structure

de 3 mousses correspondant aux masses volumiques minimale (Kdis88 ρ = 254 kg/m³),

intermédiaire (Kdis86 ρ = 384 kg/m³) et maximale (Kdis84 ρ = 551 kg/m³) de la série. 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 Masse volumique ρ [kg/m³] Hostapur OSB CTAB Neopor Microair

Résistance à la compression Rc [MPa]

Rc > 2 MPa ρ < 600 kg/ m ³

120 Tableau C. 11. CTAB : Dosage constant (d = 0,02 %) : Evolution de la structure porale des mousses

de CTAB. Hauteur des photos = 5 mm.

Kdis ρ = kg/m Kdis ρ = kg/m Kdis ρ = kg/m

L évolution de la structure porale est facilement identifiable. La mousse Kdis , de faible masse volumique, possède une structure plutôt monodisperse composée de bulles très connectées. Cette structure, très ouverte et peu dense, est logiquement associée à une conductivité

thermique faible (Tableau C. 10 ; λ = 0,09 W/(m.K)). À ce même dosage, mais à masse volumique

plus élevée (Kdis84 ; ρ = 551 kg/m³), la structure porale est plus resserrée et fermée. Les bulles sont de plus petites tailles et moins connectées. La structure semble également être plus polydisperse. Cette structure est associée à une excellente résistance mécanique, Rc = 3,19 MPa. La structure porale des mousses de Neopor à dosage constant sont présentées dans le Tableau C. 12. L échelle de ces photos est identique, mais la caméra est différente ce qui explique la différence de teinte entre les deux séries). Cette série à dosage constant est réalisée sur une amplitude de masse volumique plus faible, l écart de masse volumique entre les mousses de

masse volumique minimale (Kdis150 ; ρ = 352 kg/m³) et maximale (Kdis148 ; ρ = 522 kg/m³)

est inférieure à 200 kg/m³. Sur la série précédente, avec le CTAB, cette amplitude frôlait les 300 kg/m³.

Tableau C. 12. Dosage constant (d = 0,0178 %) : Evolution de la structure porale des mousses de Neopor. Hauteur des photos : 5 mm.

121 La structure de la mousse de faible masse volumique est plutôt connectée. Sans être monodisperse, cette structure possède tout de même une bonne homogénéité de taille de bulles. L augmentation de la masse volumique entraîne une diminution de connections entre bulles la taille moyenne de bulle diminue également.

Ces deux séries révèlent qu il n est pas aisé d associer une structure porale à une résistance mécanique. Pour chacune des séries, la diminution de masse volumique entraîne logiquement une chute des performances mécaniques, mais il reste difficile de visuellement classer ces séries en termes de résistance mécaniques. Deux hypothèses peuvent expliquer cette difficulté :

 Une très faible évolution de la structure porale affecte fortement les propriétés mécaniques et l évaluation de petites modifications de la structure porale est difficile à apprécier à l œil nu.

 La structure porale n évolue que marginalement, ce sont les propriétés de la matrice minérale qui sont plus ou moins impactées par la présence du tensioactif.

Ces deux approches sont certainement couplées. L évolution des performances mécaniques est

une conséquence de l évolution de la structure porale, mais également des conditions d hydratation, de cristallisation de la matrice minérale. Une analyse MEB présentée dans la partie C.C.8 est envisagée pour évaluer l influence des tensioactifs sur les conditions de cristallisation. Le recours à des outils de quantification géométrique de la porosité, discuté en partie D de ce mémoire, permet l analyse de l effet des tensioactifs sur la structure porale.