Développement de matériaux alvéolaires biosourcés à base de tannins. Etude des relations microstructure - procédés - propriétés

Les mousses sont des matériaux utilisés dans diverses applications comme le bâtiment ou les transports car ils sont légers, isolant thermique ou encore acoustique. Le marché est actuellement dominé par les polymères de synthèse tels que le polyuréthane, le polypropylène ou encore les polyphénoliques formulés à partir de phénol et de formaldéhyde. Cependant, des contraintes environnementales liées à l’approvisionnement en monomères issus de la pétrochimie ainsi qu’à l’impact de leur processus de fabrication existent et nécessitent des solutions alternatives. Ainsi, le travail se concentre sur la mise en oeuvre de mousses phénoliques grâce à des réactifs non toxiques et biosourcés. En effet, des polyphénols issus des écorces et du bois des arbres, les tannins, permettent de substituer le phénol de manière satisfaisante. Un procédé de moussage chimique sans utiliser d’agent gonflant hydrocarboné est proposé. Ces mousses sont caractérisées d’un point de vue microstructure, propriétés en compression et propriétés en stabilité et conductivité thermiques. Le développement de cryogels de tannins grâce à un procédé de lyophilisation est également envisagé. Les cryogels sont caractérisés vis-à-vis de leurs porosités, estimée grâce à leur surface spécifique.Concernant les mousses à l’état liquide, la capacité de moussage atteint une valeur maximale de 65 % au-dessus de 2,3 %w d'agent gonflant et de 5 %w de tensioactif A. La stabilité a été étudiée et a permis de visualiser et de quantifier les phénomènes de sédimentation et de coalescence. Le tensioactif A ou B à 9 %w stabilise mieux la mousse mais ne limite pas la sédimentation et augmente la viscosité des solutions. Après cuisson, celles-ci possèdent une porosité ouverte comprenant une distribution de cellules avec des ouvertures partiellement perforées appelées « fenêtres ». Un outil de détection et mesure du diamètre moyen de cellules a été développé grâce à l’intelligence artificielle et a montré une taille de fenêtre de l’ordre d’une centaine de microns. La tomographie aux rayons X a été appliquée à cinq formulations de mousses de densités apparentes des mousses est comprise entre 0,072 et 0,087 g/cm3. Les résultats ont révélé des porosités cellulaires d’environ 90% et des porosités internes aux parois d’environ 25%. Les diamètres moyens de cellule dépendent fortement du taux d’agent gonflant et de la nature du tensioactif et varient entre 608 et 985 μm. L’épaisseur moyenne de paroi varie entre 55 et 70 μm. Des essais en compression ont montré un module élastique plus important, de l’ordre de 2 MPa pour un taux d’agent gonflant plus faible et un taux de tensioactif B plus élevé. Néanmoins, un taux en agent gonflant plus élevé entraîne une diminution de la résistance à la compression. Afin de décrire les capacités d’isolation thermique des mousses obtenues, leur conductivité thermique des mousses a été mesurée par deux méthodes transitoires et est de l’ordre de 0,04 W/m/K. La capacité calorique, quand elle, augmente avec la température et est autour de 1300 J/kg/K. Des cryogels poreux à base de tannins ont également été obtenus par autocondensation des tannins. En présence de 25 % de métasilicate de sodium Na2SiO3, une surface spécifique BET de 209 m2/g est obtenue.