Characterization and optimization of the properties of non-woven thermal insulators based on wood fibers
Caractérisation et optimisation des propriétés d’isolants thermiques non tissés à base de fibres de bois
Résumé
The works presented here fit into current context of strong commercial development potential of bio-sourced insulators. They are carried out as part of a CIFRE PhD financed by the company FINSA France. They took place at I2M laboratory in Bordeaux, within an industrial project, ECOMATFIB (ADEME BIP, 2014-2017) : ECOconception et Optimisation multi-objectif de MATériaux isolants à base de FIBres de bois. The Objective of this PhD is to design, manufacture, characterize and optimize properties of thermal insulation based on wood fibers, produced using nonwoven textile process. After analysis of wood resource present in the New-Aquitaine region, insulating materials were designed out of sheets from maritime pine, pine taeda, poplar and eucalyptus wood fibers with addition of thermoplastic fibers then thermally consolidated in hot air oven. After preliminary identification of adjustment parameters of nonwoven chain available in I2M laboratory, many fibrous materials were made from diversified raw materials and suitable machine parameters. These bio-based materials were thermally characterized mainly by hot plane method and then in hydric manner to know their ability to interact with relative humidity of ambient air. Finally, their characterization in compression made it possible to study their propensity to preserve their properties after mechanical stress. Datas collected made it possible to identify parameters of raw materials as well as manufacturing process having significant impact on properties of these insulators. A first approach to modeling properties has led to identification of avenues to improve thermal properties and to validate their very good capacity for water regulation.
Les travaux présentés ici s’insèrent dans le contexte actuel du fort potentiel de développement commercial des isolants bio-sourcés. Ils sont menés dans le cadre d'une thèse CIFRE portée par l’entreprise FINSA France et effectuée au laboratoire I2M de Bordeaux, au sein d'un projet industriel, ECOMATFIB (ADEME BIP, 2014-2017) : ECOconception et Optimisation multi-objectif de MATériaux isolants à base de FIBres de bois. L’objectif de cette thèse est de concevoir, fabriquer, caractériser et optimiser les propriétés d’isolants thermiques à base de fibres de bois, réalisés à l’aide d’un procédé textile non-tissé. Après une analyse de la ressource bois présente en nouvelle Aquitaine, des isolants ont été fabriqués à partir de nappes de fibres de bois de pin maritime, de pin taeda, de peuplier et d’eucalyptus avec adjonction de fibres thermoplastiques puis consolidation par voie thermique dans un four à air chaud. Après identification préliminaire des paramètres de réglage de la chaîne de non-tissé disponible au laboratoire, de nombreux matériaux fibreux ont été réalisés, à partir d'une matière première diversifiée et de paramètres machines adaptés. Ceux-ci ont été caractérisés thermiquement principalement par la méthode du plan chaud puis de manière hydrique pour connaître leur faculté d’interaction avec l’humidité relative de l’air ambiant. Enfin, leur caractérisation en compression a permis d'étudier leur propension à conserver leurs propriétés après sollicitation mécanique. Les données recueillies ont permis d’identifier les paramètres de la matière première ainsi que du procédé de fabrication ayant un impact significatif sur les propriétés de ces isolants. Une première approche de modélisation des propriétés a conduit à identifier des pistes permettant l’amélioration des propriétés thermiques et de valider leur très bonne capacité de régulation hydrique.
Origine : Version validée par le jury (STAR)