Mineral foams with improved performances

Christophe Baux (1) , Christophe Lanos (2) , Annabelle Phelipot-Mardelé (2)

1 Société K&Co
2 LGCGM - Laboratoire de Génie Civil et Génie Mécanique

Les techniques d'isolation de bâtiments anciens par l'extérieur par des systèmes autoporteurs ou la constitution de parois monocouches thermiquement performantes imposent le développement de matériaux présentant un bon compromis entre performances mécaniques et performances thermiques. L'évolution du contexte réglementaire visant à réduire l'utilisation de certains composés fibreux minéraux (fibre de roche, laine de verre) et composés polymères (résines polyester, polyuréthane) doit également être prise en compte lors de la conception d'un système novateur. Outre les éco-matériaux tels que les bétons de chanvre, de roseau, de lin, de bois le développement de mousses minérales constitue une alternative qu'il convient de reconsidérer. L'occlusion d'une bulle gazeuse dans une matrice minérale repose sur un équilibre entre la fluidité du mélange lors de sa réalisation, la tension de surface, l'état de pression, la masse volumique. Les principes physiques conduisant à la formation de telles structures sont rappelés. Dans un deuxième temps différents systèmes de production de mousses minérales sont passés en revue. Dans de tels systèmes, le caractère alvéolaire des mélanges minéraux est obtenu à l'état fluide en induisant la production d'un gaz, en obtenant la stabilisation par un tensio-actif, en modifiant l'occlusion d'air... Trois modes de production de mousses alvéolaires sont ensuite comparés. Ils sont appliqués au cas du gypse. La connectivité des bulles, les conditions de cristallisation et d'orientation de la matrice minérale sont étudiées. Des mousses de gypse de masses volumiques variables (entre 250 et 1500 kg/m3) sont ensuite produites en utilisant différents agents porogènes et tensio-actifs et en modifiant leur formulation (ratio eau/liant, adjuvant/liant). Les performances mécaniques et thermiques de ces mousses minérales sont évaluées et comparées à celles obtenues sur des matériaux alvéolaires plus complexes à produire (béton cellulaire, béton mousse) ou à celles d'éco-matériaux. Les performances obtenues s'avèrent très pertinentes montrant tout l'intérêt du développement de tels matériaux avec un mode de production compatible avec une formulation limitant l'eau de gâchage et aboutissant à une matrice à performances mécaniques optimisées. ABSTRACT. Mineral foam materials represent an alternative to fibrous lightweight products that are to be reconsidered. Following a reminder of the conditions of foam formation in fluid environments we review different foam production systems and provide details concerning gypsum foams. Several types of gypsum foams are achieved by modifying formulation parameters and production conditions. Thermal and mechanical performances of these gypsum foams are then assessed and compared to the ones obtained for cellular and hemp concrete. Physical properties of these foams are analyzed (including pore size, membrane thickness and bubbles connectivity). Relevant results allow the identification of several optimal conditions necessary to mineral foam formation applicable to other mineral binder types.

Mots clés: mousse de gypse; densité; résistance mécanique; conductivité thermique; gypsum foam; density; mechanical strength; thermal conductivity

Domaines: Matériaux; Mécanique des matériaux [physics.class-ph]; Mécanique des matériaux [physics.class-ph]

Christophe Baux, Christophe Lanos, Annabelle Phelipot-Mardelé. Mineral foams with improved performances. Annales du Bâtiment et des travaux publics, 2011, 1, pp. 53-57. ⟨hal-00726496⟩