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Conductivité thermique d’un aérogel

Les aérogels constituent une innovation importante dans le monde de la recherche. Leur conductivité thermique est la plus faible conductivité thermique connue des solides. Les aérogels sont des matériaux de faible densité, dérivés des gels de silice, dans lequel le liquide a été remplacé par du gaz. Cette faible conductivité thermique (grande capacité isolante) peut être attribuée à la présence de petits pores de taille nanométrique remplis d’air, constituant 97% du matériau, ainsi que de petites agrégats de silice dispersées qui correspondent aux 3% restants. Les aérogels eux-mêmes sont extrêmement fragiles, cependant la combinaison gel/aérogel est un isolant flexible et de haute technologie. Il peut être utilisé pour de nombreuses applications, par exemple dans l’aérospatiale, les appareils électroménagers, l’habillement et la sécurité sanitaire où les aérogels ont permis de sécuriser la chaîne du froid.

L’appareil de mesure HFM-100 (Heat Flow Meter – Méthode fluxmétrique) de Thermtest est conçu pour mesurer les propriétés thermiques des matériaux isolants, tels que les solides, les mousses et les textiles. Cet instrument est capable de mesurer les conductivités thermiques de 0,005 à 0,5 W/m.K, sur une plage de températures de -20°C à 70°C, conformément à la norme ASTM C518 – « Standard Test Method for Steady-State Thermal Transfer Properties by Means of the Heat Flow Meter Apparatus ».

Le HFM-100 est un appareil de mesure de la conductivité thermique des matériaux d’isolation et de construction, développé par la société canadienne Thermtest. Il vous permet de réaliser des mesures précises et fiables sur vos échantillons.

Mesure de la conductivité thermique d’un aérogel

Pour cette expérience, des chercheurs de Thermtest ont mesuré la conductivité thermique d’une couche d’aérogel à l’aide du HFM-100. L’objectif de cette expérience était de confirmer la précision du HFM-100, tout en découvrant les incroyables capacités thermiques des aérogels. La précision de mesure du HFM-100 est inférieure à 3%.

 

Réalisation des essais de conductivité thermique sur un aérogel

Conductivité thermique d'un aérogelPour mesurer la conductivité thermique de l’aérogel, celui-ci a été placé dans le HFM-100. Les plaques supérieure et inférieure ont ensuite été réglées pour s’adapter automatiquement à la hauteur de l’échantillon. En effet, dans chaque coin de la plaque supérieure se trouve un encodeur numérique. Lors de l’ajustement automatique des plaques, chacun de ces quatre encodeurs effectue des mesures d’épaisseur de l’échantillon à leurs emplacements respectifs. Une moyenne de ces épaisseurs est ensuite calculée et la plaque supérieure s’abaisse sur l’échantillon jusqu’à atteindre l’épaisseur calculée. Un flux de chaleur unidimensionnel et constant s’établit ensuite de la plaque chaude (ex : 30°C) vers la plaque froide (ex : 10°C), traversant ainsi l’échantillon d’aérogel. Cette différence de température entre les plaques permet de simuler la perte de chaleur d’un environnement intérieur chaud vers un environnement extérieur plus froid, et inversement.

Avant de mesurer la conductivité thermique de l’aérogel, un essai préliminaire a été effectué sur un échantillon-étalon choisi pour calibrer les fluxmètres. La conductivité thermique (λ) se calcule ensuite selon la loi de conduction thermique de Fourier tel que :

λ = ϕ.e / ΔT

ϕ = densité de flux thermique (W/m²)

e = épaisseur de l’échantillon (m)

ΔT = gradient de température à travers l’échantillon

 

Résultats des essais de conductivité thermique sur un aérogel

La conductivité thermique de l’aérogel mesurée par le HFM-100 est de 0,024 W/m.K à 20°C. La conductivité thermique de l’aérogel est très faible. Il est donc possible d’isoler un environnement sensible des environnements difficiles, tels que les environnements cryogéniques ou à forte intensité de chaleur. Actuellement, l’utilisation principale des couvertures d’aérogel concerne les applications d’isolation dans la construction de bâtiments. Les aérogels améliorent l’efficacité énergétique des nouvelles constructions. Ils offrent également la possibilité de réduire considérablement l’épaisseur des enveloppes des bâtiments.

Selon le fabricant, la conductivité thermique connue de cet aérogel est de 0,023 W/m.K à 100°C. Comme on peut le voir, la valeur mesurée par le HFM-100 est très proche de celle déclarée par le fabricant. La légère variation observée peut être attribuée aux variations de la température d’essai, ainsi qu’aux niveaux d’humidité de la couche d’aérogel lors des essais. Le HFM-100 est une méthode simple et rapide de détermination de la conductivité thermique (W/m.K) des matériaux isolants, tels que les matelas d’aérogel, à partir d’une mesure unique et fiable. Les utilisateurs peuvent s’attendre à un degré élevé de précisions (3%) grâce à cette technique de mesure reconnue ASTM.

 

En savoir plus sur le HFM-100

Pour en savoir plus sur cet analyseur thermique, retrouvez toutes les informations et spécifications de ce produit sur notre page internet dédiée au HFM-100. Vous pourrez également y télécharger une plaquette ou demander un devis.

Découvrir le HFM-100