Note publique d'information : L'élaboration de matériaux argileux fortement poreux par des procédés peu coûteux
et respectueux de l'environnement offre une voie d'accès prometteuse à la mise au
point d'isolants thermiques performants, expliquée par la faible conductivité thermique
de l'air (0,026 W.m⁻¹.K⁻¹) et de certains phyllosilicates comme le kaolin (1 W.m⁻¹.K⁻¹).
Cependant, la structure en feuillets des argiles peut conférer au matériau final un
caractère anisotrope à l'échelle macroscopique. Au cours de ce travail, des mesures
de la conductivité thermique par différentes techniques expérimentales et du module
d'Young ont été effectuées sur des matériaux composés de kaolinite et de muscovite
élaborés par pressage ou extrusion. Les résultats obtenus ont permis de corréler les
variations de ces propriétés avec les transformations minéralogiques intervenant au
cours d'un traitement thermique et de souligner l'importance du procédé de mise en
formesur l'anisotropie et les valeurs intrinsèques de la partie solide. L'influence
d'une quantité importante de porosité a également été étudiée par l'intermédiaire
de mousses présentant des taux de porosité compris entre 55 et 95 %, fabriquées à
partir d'un kaolin mélangé en voie acqueuse à un émulsifiant puis consolidées par
traitement thermique. Des valeurs très faibles de la conductivité thermique (0,054
W.m⁻¹.K⁻¹ pour 95% de porosité) ont été obtenues pour ces matériaux tout en garantissant
une tenue mécanique acceptable (lois de comportement en compression). Une comparaison
des valeurs expérimentales avec celles issues de modèles analytiques a permis de montrer
l'importance de l'interconnexion des cellules sur les propriétés macroscopiques.
Note publique d'information : Candidate materials for thermal insulation combine a solid phase of low thermal conductivity
(<1 W.m⁻¹.K⁻¹) with a high pore volume fraction. This work concerns the preparation
of ceramic foams exhibiting such characteristics using kaolin clay as the starting
material. Processing involves a surfactant to stabilize the foam while remaining low
cost and environmentally friendly. The properties of a clay-based material are sensitive
to the orientation of the clay particles and, with thermal treatment, mineralogical
transformations. Measurements of thermal conductivity and Young's modulus were made
on textured kaolonite/muscovite samples obtained by extrusion, uniaxial or isostatic
pressing and cut in different directions. An initial study revealed anisotropy at
the macroscopic scale up to a factor of 3 related to the forming conditions and the
amount of muscovite. However, with thermal treatment, this factor is progressively
removed by transformations such as dehydroxylation and formation of mullite. In the
last part, the pore volume fraction (Vp) was varied in the kaolin based foam by modifying
the incorporated clay amount in the starting mixture. After thermal treatment at 1100̊
C, measurements of the thermal conductivity revealed a decrease from 0.23 W.m⁻¹.K⁻¹
at Vp=0.57 to 0.054 W.m⁻¹.K⁻¹ at Vp=0.95 in close agreement to predictions by the
Hashin-Shtrikman upper bound, a cubic pore model and numerical simulation. The effective
Young's modulus, obtained from mechanical compression tests, also decreases with pore
volume fraction as described by Ashby's relation. However, the mechanical strengh
was sufficient for handling even the more porous kaolin based foams.
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