Qu’est-ce que l’Aérogel? Théorie, Propriétés et Applications

Par G.P. ThomasAug 22 2012

« Aérogel » est un terme large utilisé pour parler d’un groupe extraordinaire de matériaux utilisés depuis les années 1960 dans les voyages spatiaux, mais qui trouvent maintenant des utilisations dans toute une gamme d’industries. « Aérogel » n’est pas un minéral ou un matériau spécifique avec une formule chimique définie – le terme est plutôt utilisé pour englober tous les matériaux ayant une structure géométrique spécifique. Cette structure est une mousse extrêmement poreuse et solide, avec une connectivité élevée entre des structures ramifiées de quelques nanomètres de diamètre.

Bien que l’aérogel soit techniquement une mousse, il peut prendre de nombreuses formes et formes différentes. La majorité de l’aérogel est composée de silice, mais le carbone, l’oxyde de fer, les polymères organiques, les nanostructures semi-conductrices, l’or et le cuivre peuvent également former de l’aérogel. Cependant, à l’intérieur de la structure de l’aérogel, très peu de matériaux solides sont constitués, jusqu’à 99,8% de la structure n’étant constituée que d’air. Cette composition unique donne à l’aérogel un aspect presque fantomatique; par conséquent, il est souvent appelé « fumée gelée ».

Bien que cela ressemble à un hologramme, il s’agit d’une photographie d’un morceau d’aérogel qui, au toucher, ressemble à de la mousse de polystyrène. Crédits d’image: NASA

Propriétés chimiques et physiques de l’aérogel

L’une des propriétés physiques les plus connues et les plus utiles de l’aérogel est son incroyable légèreté – il a généralement une densité comprise entre 0,0011 et 0,5 g cm-3, avec une moyenne typique d’environ 0.020 g cm- 3. Cela signifie que l’aérogel n’est généralement que 15 fois plus lourd que l’air et a été produit à une densité de seulement 3 fois celle de l’air. Il est si léger, que si le David de Michel-Ange était construit à partir d’aérogel, il pèserait à peu près la même chose qu’un sac de sucre! Pendant de nombreuses années, l’aérogel était dans le livre Guinness des records comme le « solide avec la densité la plus faible », avant d’être évincé récemment par le microlattice métallique puis l’aérographite.

Cela ne rend cependant pas l’aérogel redondant, car il a 14 autres records du monde à son nom, y compris le « meilleur isolant ». D’autres propriétés souhaitables de l’aérogel sont énumérées ci-dessous, certaines de ces propriétés étant également les plus connues de l’homme.

• Faible voie de diffusion libre moyenne
• Surface spécifique élevée (pour un matériau non pulvérulent)
• Faible conductivité thermique
• Faible vitesse sonore
• Faible indice de réfraction
• Faible constante diélectrique

La conductivité thermique extrêmement faible de l’aérogel est démontrée ici de manière magistrale, car ces crayons de cire reposent directement au-dessus d’une flamme forte sans fondre, grâce à l’aérogel protecteur. Crédits d’image: NASA

Comment est créé Aerogel ?

D’une manière générale, l’aérogel est créé en séchant un gel, dans un environnement à haute température. Le gel est d’abord créé dans une solution, puis le composant liquide est éliminé par séchage supercritique, qui élimine lentement le liquide afin de maintenir la forme structurelle. Ce composant liquide est ensuite remplacé par de l’air. L’aérogel a été créé pour la première fois en 1931 par Samuel Stephens Kistler, avec des aérogels en carbone introduits pour la première fois dans les années 1980.

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Applications de l’Aérogel

L’aérogel ayant des propriétés chimiques et physiques aussi diverses, il n’est pas surprenant qu’il ait également un large éventail d’applications. Depuis les années 1960, l’aérogel est utilisé comme matériau isolant dans les combinaisons spatiales des astronautes de la NASA car, malgré son apparence vaporeuse, il est extrêmement résistant et peut facilement survivre aux conditions de décollage.

Au début du 21e siècle, l’aérogel a été utilisé dans un rôle très particulier par la NASA – pour capturer la poussière spatiale. L’aérogel est utilisé conjointement avec la mission « Stardust », qui vise à ramener pour la première fois des particules de l’espace au-delà de la Lune. Cette poussière est principalement collectée sur la comète ‘Wild 2’. L’aérogel est utilisé pour capturer cette poussière de comète, car il sera capable de piéger les petites particules sans les altérer physiquement. Lorsque la particule frappe l’aérogel, elle se déplace à une vitesse allant jusqu’à 6 fois supérieure à celle d’une balle de fusil, ce qui signifie que la plupart des substances ne pourraient pas ralentir la poussière sans échauffement et donc altération. Avec l’aérogel, cependant, la poussière s’enfouit dans le matériau poreux et s’arrête progressivement à mesure qu’elle perd de son élan.

Découvrez comment les aérogels ont été utilisés en combinaison avec le graphène dans des applications photovoltaïques

L’aérogel commence à devenir un matériau incontournable dans l’industrie de l’isolation et est utilisé depuis plusieurs années dans l’isolation des murs par injection à cavité et les panneaux isolants. Récemment, le plâtre à base d’aérogel a été utilisé pour isoler des bâtiments historiques en Suisse. Les laboratoires de l’EMPA (Laboratoires Fédéraux Suisses pour la Science et la Technologie des matériaux) ont travaillé avec la société de fabrication Fixit AG pour développer un rendu (matériau isolant) à base d’aérogel, qui, selon eux, fournira deux fois plus d’isolation que les rendus normaux. L’utilisation de l’aérogel de cette manière est extrêmement économe en énergie et bénéfique pour l’environnement, car elle réduira considérablement l’utilisation de combustibles fossiles dans le chauffage.

Les améliorations de la fragilité et de la fragilité des aérogels annoncées récemment signifient qu’un tout nouveau monde d’applications pourrait s’ouvrir à l’avenir, des vêtements à l’imperméabilisation à la chaleur.

Ne jugez pas un livre par sa couverture: Bien qu’incroyablement léger et ressemblant à un fantôme, ce petit morceau d’aérogel peut facilement supporter une brique de maison standard. Crédits d’Images: NASA

Références et lectures complémentaires

• NASA Jet Propulsion Laboratory
• EMPA
• www.aerogel.org
• Technologie spatiale pour les bâtiments anciens, EMPA, 20 août 2012
• L’aérogel en matériau à fumée solide se renforce, BBC News, 20 août 2012

Écrit par

G.P. Thomas

Gary est diplômé de l’Université de Manchester avec un diplôme de première classe en géochimie et une maîtrise en Sciences de la Terre. Après avoir travaillé dans l’industrie minière australienne, Gary a décidé de raccrocher ses bottes de géologie et de se tourner vers l’écriture. Lorsqu’il ne développe pas de contenu d’actualité et informatif, Gary joue généralement de sa guitare bien-aimée ou regarde Aston Villa FC arracher la défaite des mâchoires de la victoire.

Citations