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May 28, 2023

Isolation durable et abordable des bâtiments avec des aérogels

© Fraunhofer / Piotr Banczerowski Nous devons réduire nos émissions de CO2

© Fraunhofer / Piotr Banczerowski

Nous devons systématiquement réduire nos émissions de CO2 si nous voulons atteindre nos objectifs climatiques. L'isolation des bâtiments en est un élément clé. Des chercheurs de l'Institut Fraunhofer pour les technologies de l'environnement, de la sécurité et de l'énergie UMSICHT à Oberhausen ont travaillé en collaboration avec PROCERAM GmbH & Co. KG pour développer un matériau isolant à base de minéraux durable et abordable qui est beaucoup plus efficace que des options telles que le polystyrène. Ce matériau peut atteindre le même niveau d'isolation que le polystyrène avec seulement la moitié de l'épaisseur de la couche. Trois membres de l'équipe de développement reçoivent le prix Joseph von Fraunhofer 2023 pour cette réalisation.

Composés à 99,8 % d'air, les aérogels sont les matériaux d'isolation les plus légers et les plus efficaces au monde. Et comme ils sont fabriqués à partir de dioxyde de silicium, une matière première non dangereuse, ils sont également durables et peuvent être fabriqués sans utiliser de produits pétrochimiques. Cependant, jusqu'à présent, il y avait une pierre d'achoppement : les aérogels étaient beaucoup trop chers à utiliser comme isolant, car la production d'aérogels conventionnels est coûteuse et chronophage. Cela signifie qu'ils ont jusqu'à présent été principalement utilisés pour des applications de niche telles que les combinaisons spatiales.

PROCERAM GmbH & Co. KG a vu ce défi comme une opportunité et s'est fixé pour objectif de produire en masse des aérogels abordables. S'ils pouvaient créer un matériau d'isolation minérale abordable et incombustible qui soit un isolant plus efficace que les matériaux fossiles alternatifs, cela révolutionnerait le secteur de l'isolation. À cette fin, les entrepreneurs ont contacté des experts de Fraunhofer UMSICHT - et ensemble, ils ont créé un nouveau procédé de fabrication pour produire des aérogels en six ans. Leur système peut être entièrement mis à l'échelle du laboratoire au niveau de production précommercial sans aucun produit chimique dangereux pour l'environnement. Le nouveau procédé a également réduit les coûts de fabrication des aérogels auparavant coûteux de 70 % et a ramené le temps de production de plus de 10 heures à seulement 2,5.

Nils Mölders et Andreas Sengespeick de Fraunhofer UMSICHT et Christoph Dworatzyk de PROCERAM GmbH & Co. KG recevront le prix Joseph von Fraunhofer 2023 pour leur réalisation.

Afin de réduire les coûts et le temps de production des aérogels à cette échelle, l'équipe de recherche s'est concentrée sur le processus de production. En règle générale, les aérogels sont produits à l'aide d'un sol - un milieu contenant des particules solides finement réparties auxquelles un acide a été ajouté pour former un gel. Il faut environ 6 kilogrammes d'acide pour produire 1 kilogramme d'aérogel. Ces substances corrosives peuvent nuire à l'environnement. Le gel est ensuite vieilli, subit un échange de solvant et est enfin séché. "Nous avons constamment défié l'état de l'art technologique existant", explique M. Mölders. "Alors que le dioxyde de carbone supercritique, qui se situe entre un gaz et un liquide en termes de propriétés, n'était auparavant utilisé que pour le séchage, nous l'utilisons à chaque étape du processus. Cela signifie que nous pouvons éliminer complètement l'utilisation d'acides." Même les matières premières répondent à l'exigence de durabilité : les chercheurs ont testé plus de 20 types différents de sols de silice facilement disponibles, peu coûteux et non toxiques, par opposition aux variantes établies qui sont coûteuses et nocives pour la santé.

Lors de la dernière étape du processus de création d'un matériau d'isolation pour les bâtiments, l'aérogel est décomposé en grains de 2 à 4 millimètres et mélangé à un enduit minéral pur. Ce mélange a d'excellentes propriétés isolantes et physiques, ce qui signifie qu'il surpasse les matériaux d'isolation conventionnels tels que le polystyrène ou la laine minérale. "Lorsqu'ils sont mélangés au plâtre, les aérogels peuvent réduire la conductivité thermique d'un facteur deux par rapport au polystyrène ; c'est vraiment énorme. Nous avons donc un matériau isolant très efficace composé uniquement de minéraux", révèle M. Dworatzyk. Cela signifie qu'une feuille de matériau aérogel avec la moitié de l'épaisseur d'une feuille de polystyrène peut atteindre le même niveau d'isolation. Et il y a aussi un autre avantage : "Nous n'utilisons ici que des matériaux comme le sable et la chaux qui peuvent être réinjectés dans l'économie circulaire des matériaux, c'est-à-dire qui peuvent être recyclés", explique M. Sengespeick. Le nouveau processus de production présente donc un grand potentiel tant pour le secteur de la technique du bâtiment que pour la protection du climat.

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