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EnglishRÉSUMÉ
Ce sont probablement la densité et la porosité qui caractérisent le mieux les aérogels. La multitude de compositions possibles les rendent présents dans de nombreux secteurs : isolation thermique, catalyse, acoustique… Avant d’exposer l’ensemble de leurs propriétés optiques, mécaniques et thermiques, cet article présente la caractérisation de leur texture, puis l’étude de leur structure par spectroscopie et diffusion centrale des rayonnements.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Jean PHALIPPOU : Professeur à l’École polytechnique universitaire de Montpellier Laboratoire des verres-UMR 5587 – Montpellier
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Laurent KOCON : Ingénieur de l’École nationale supérieure de physique de Grenoble - Ingénieur au Commissariat à l’énergie atomique (CEA)
INTRODUCTION
L’attrait de la texture particulière des aérogels incite la communauté scientifique à les décliner dans une grande variété de compositions pour des applications qui touchent à des domaines aussi différents que peuvent l’être l’isolation thermique, l’électrochimie, la catalyse, la détection de particules ou l’acoustique.
Le tableau 1 dresse donc une liste non exhaustive des aérogels élaborés à ce jour avec leurs applications et des références bibliographiques. Ces derniers sont classés en cinq catégories :
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les aérogels d’oxyde simple qui sont les plus communs ;
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les aérogels d’oxyde mixte ou d’ordre supérieur ;
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les aérogels organiques ;
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les aérogels hybrides organiques/minéraux ou à base de métalloïdes ;
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les aérogels dopés, essentiellement par des atomes métalliques.
Dans la suite de ce dossier, sont traitées quelques propriétés des aérogels, qu’ils soient de type organique ou plus particulièrement de silice (oxyde simple), ces derniers ayant été les plus étudiés jusqu’à nos jours.
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1. Texture des aérogels
Les aérogels présentent, par rapport aux xérogels classiques, un volume poreux nettement plus important. Cependant, bien que leur surface spécifique soit grande, elle n’est pas très différente de celle du même gel séché de manière conventionnelle. La mesure des caractéristiques texturales des aérogels demande une bonne connaissance des modifications pouvant être induites par les techniques de mesure. Il faut en effet avoir toujours présentes à l’esprit les faibles valeurs des modules élastiques et la faible perméabilité des gels (cf. § 3.1).
1.1 Densité et porosité
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Densité
La densité des aérogels est facilement obtenue par pesée d’échantillons monolithiques de dimensions connues.
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La densité des aérogels de silice peut varier entre 3 × 10−3 pour les plus légers à 9 × 10−1 pour les plus denses.
Les aérogels denses sont élaborés en minimisant la quantité de solvant. Le liquide est initialement hétérogène car les solvants utilisés, tétraméthoxysilane (TMOS) et H2O sont immiscibles. La technique consiste à disperser mécaniquement (agitation vigoureuse ou ultrasons) le TMOS dans l’eau d’hydrolyse. La solution devient homogène grâce à l’alcool libéré lors de l’étape d’hydrolyse et dans lequel les deux liquides TMOS et H2O sont miscibles.
Signalons que, quelquefois, la mesure du volume de l’aérogel se fait à l’aide d’un volumètre à mercure. Cette mesure n’est pas très précise et ne s’applique qu’à des échantillons relativement denses ne se déformant pas sous l’effet du poids de la colonne de mercure.
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Pour les aérogels organiques, la densité est habituellement de l’ordre de 0,1 à 0,2 ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - PEKALA (R.W.), KONG (F.M.) - A synthetic route to organic aerogels – mechanism, structure and properties - . Revue de Physique Appliquée, Colloque C4, supplément au no 4, tome 24, C4-33 (avril 1989).
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(2) - BARRAL (K.) - Low density organic aerogels by double-catalysed synthesis - . J. Non-Cryst. Solids, 225, p. 46-50 (1998).
-
(3) - AYRAL (A.), PHALIPPOU (J.), WOIGNIER (T.) - The skeletal density of silica aerogels determined by helium pycnometry - . J. Mater. Sci., 27, p. 1166-70 (1992).
-
(4) - DIEUDONNE-GEORGE (P.) - Séchage et densification de gels de silice ultraporeux - . Thèse Montpellier (France) (1988).
-
(5) - SCHERER (G.W.), SMITH (D.M.), STEIN (D.) - Deformation of aerogels during characterization - . J. Non-Cryst. Solids, 186, p. 309-15 (1995).
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(6) - REICHENAUER (G.), SCHERER (G.W.) - Nitrogen...
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