Dans un précédent billet, j’ai montré un mur du Moyen-âge réalisé en pierre ponce. Un lecteur recommande l’analogue actuel, qui est le SIPOREX. Il s’agit d’un solide très poreux, qui est donc un bon isolant.
Ce commentaire soulève la question de l’isolation thermique. Pour bien isoler une maison, il faut chauffer l’intérieur, et entourer la maison d’une barrière qui empêche les calories de s’échapper de la maison. Il faut donc abaisser le flux de chaleur entre la zone chaude et l’environnement froid.
Or ces flux de chaleurs sont de trois types : par diffusion thermique, à travers tous les éléments de matière, par convection thermique dans les parties aériennes, et par rayonnement. Pour faire une bonne isolation, il faut donc supprimer autant que possible la diffusion thermique, la convection, le rayonnement.
Pour éliminer la diffusion, on tend à prendre des matériaux épais et peu denses, en sorte que la chaleur diffuse peu à travers. C'est le cas de la laine de verre ou de roche. Cependant, pour rendre ces matériaux peu denses, on effiloche la matière, ce qui tend à laisser de grands trous, ou la convection est encore possible. Le principe de la laine de verre est d’effilocher tant et si bien le verre, que l’air soit emprisonné dans la « laine » et ne convecte pas. C’est le cas aussi des matériaux comme la pierre ponce ou le SIPOREX, dans lesquels les bulles emprisonnées sont si petites, que la convection est faible. Pour réduire le rayonnement, il faut évidemment que les matériaux soient opaques. Ou mieux : réfléchissants. Ceci a donné le jour à de nouveaux matériaux, constitués de feuillets de plastique (solide qui diffuse peu) gauffrés en alvéoles (pour empêcher la convection) et revêtus d’un miroir, comme l'Airflex (pour renvoyer le rayonnement). Ils sont beaucoup plus minces que la laine de verre.
Cependant, pour éliminer la convection, et la diffusion, le mieux, finalement, c’est le vide. C’est pourquoi les vases « Dewar » et les bouteilles thermos sont constitués de doubles enveloppes, séparées par un vide. Mais ah, malheur. Alors que le vide ne conduit pas par diffusion et encore moins par convection, il a la mauvaise idée d’être complètement vide, donc complètement transparent au rayonnement. C’est pourquoi les meilleurs vases isolants sont constitués de doubles enveloppes de verre très fines, séparées par un vide, et métallisées, pour être réfléchissantes. Malheureusement, on ne peut pas faire ça autour de chaque maison, c’est trop fragile.
Les recherches ont toujours lieu pour trouver de nouveaux matériaux isolants, notamment dans un contexte de pénurie d’énergie pour le chauffage.
Depuis une vingtaine d’années, de nombreuses recherches se sont portées sur les aérogels. Lorsque vous préparez un gel, comme par exemple pour la confiture, vous dissolvez un tout petit peu de solide, dans une masse d’eau. L’idée qu’on eue des chercheurs dans les années 80, c’est de retirer l’eau, et de voir l’allure qu’aurait le solide restant. Allait-il tomber en poudre ? Les recherches ont convergé vers des aérogels de silice, sorte de polymère contenant des groupements SiCH3OH (un peu le même que pour les prothèses mammaires, mais en beaucoup moins dense). Ce polymère est dissout dans l’eau jusqu’à gélification, puis un procédé haute pression appelé séchage hypercritique permet de retirer l’eau.
Ce procédé permet de fabriquer un solide extrêmement peu dense, puisqu’il a le même volume que le volume d’eau dans lequel les molécules de SiCH3OH ont été dissoutes, mais celles-ci étaient au départ en quantité infime (comme pour le gel d'une confiture). La bonne nouvelle est que ces molécules, extrêmement étirées et formant une sorte d’immense filet (à leur échelle), gardent leur cohésion et forment un solide (il s’agit d’un réseau de tétraméthoxysilane, ou TMOS).
Ce solide est meilleur isolant que le vide. En effet, il a la densité de l’air, il est opaque, et les trous entre les mailles sont si petits, que l’air ne convecte pas dedans. Les chercheurs du laboratoire PMC, Frédéric Chaput, François Devreux, Bernard Sapoval et leurs collaborateurs étaient passés maîtres dans l’art de fabriquer et modéliser ces matériaux. Quand on les tient dans la main, on a l’impression très étrange de n’avoir rien dans la main, c’est d’une légèreté inimaginable. L’aérogel de silice est réputé environ 40 fois plus isolant que la laine de verre (voir par exemple ici : http://www.ddmagazine.com/509-aerogel-silice-isolant.html).
Ça n’a rien à voir, mais ça fait aussi un bruit extrêmement bizarre quand ça tombe.
Malheureusement, c'est encore trop cher à produire en grandes dimensions, et ça casse.