Soutenance mémoire
Le développement industriel et économique des pays a entraîné une consommation encore plus grande des ressources énergétiques pour transformer les produits afin d’accroître la plus value sur les marchandises. Ainsi, La consommation mondiale d’énergie enregistre une croissance explosive. Aussi, il est nécessaire de mettre en place des politiques d’économie d’énergie, motivées essentiellement par l’épuisement de certaines ressources, par des considérations économiques et géopolitiques et aussi le souci de préserver l’environnement. Cette consommation d’énergie se répartit essentiellement entre quatre secteurs : l’industrie, l’habitat, le secteur tertiaire et les transports. En moyenne, cette consommation se présente de la manière suivante :
– 25 % pour l’industrie,
– 28 % pour l’habitat,
– 15 % pour le tertiaire et
– 32 % pour les transports.
La politique énergétique des pays porte sur l’approvisionnement en énergie (production, importation, diversification des énergies) et sur la consommation d’énergie (économies d’énergies, amélioration du rendement énergétique, etc.). C’est ainsi que l’économie d’énergie se justifie pour deux raisons essentielles :
– d’une part, l’énergie exploitée par l’homme est en quantité limitée et certaines ressources (charbon, gaz, pétrole) s’épuisent petit à petit ;
– d’autre part, la consommation intensive des énergies fossiles (charbon, gaz, pétrole) génère de la pollution atmosphérique et augmente la concentration des gaz à effet de serre.
S’agissant de la consommation de l’énergie dans les logements dans les pays froids, elle se présente ainsi qu’il suit :
– 75 % pour le chauffage,
– 15 % pour la cuisson et l’eau chaude sanitaire et
– 10 % pour l’électroménager, l’éclairage, la télévision, etc.
LES MATERIAUX ETUDIES
Les matériaux utilisés actuellement dans l’isolation thermique sont très dispendieux, aussi, pour les pays en voie de développement, il est impérieux de regarder la possibilité d’utiliser d’autres matériaux, en particulier les matériaux locaux ou endogènes afin de réduire le coût des appareils ou des systèmes nécessitant l’isolation thermique. Dans nos travaux, nous avons privilégié le kapok. C’est ainsi que après l’avoir présenté, nous présentons également le plâtre et la filasse. Ces matériaux ont été utilisés comme liant pour comparer les caractéristiques des matériaux obtenus.
Le kapok
Origine du kapok
L’homme utilise des matériaux naturels et artificiels pour l’isolation thermique dans les séchoirs et les bâtiments. Malheureusement, parmi ces matériaux, il existe des produits malsains ou dangereux pour la santé. A ce jour, à cause des enjeux commerciaux et financiers énormes, plusieurs d’entre eux sont encore utilisés comme isolants : laine de verre, mousse de polyuréthane, polystyrène, etc. Ainsi, il s’avère donc indispensable de développer des produits de substitution, d’une part, et d’autre part, d’utiliser l’énergie de manière rationnelle dans le domaine de l’isolation thermique par l’utilisation des matériaux naturels isolants non polluants. L’utilisation de ces matériaux, principalement locaux, suppose la connaissance de leurs paramètres thermophysiques permettant alors un dimensionnement adéquat et une utilisation rationnelle. C’est ainsi, il est nécessaire de modéliser et de déterminer les paramètres thermophysiques d’un isolant local : le kapok. Il correspond à une attente des consommateurs dans plusieurs domaines d’application. Malheureusement, parmi toutes les fibres naturelles actuellement utilisées, il est très mal connu. Le kapok est issu du duvet soyeux qui entoure les graines des kapokiers ou fromagers, arbre de la famille des bombacées que l’on trouve dans la zone tropicale[82]. Dans le kapok, Ceiba pentandra (L.) Gaertn ou Eriodendron anfractuosa DC, (Bombacaceae), c’est la capsule qui fournit un duvet léger autour des graines. L’arbre est le kapokier (anciennement nommé kapotier) qui pousse aux Indes, à Java, en Afrique et en Amérique du Sud. Le kapok est une fibre naturelle unique de par ses caractéristiques. Il est constitué de fibres unicellulaires, comme le coton, mais elles sont sept[82] fois moins denses que celles de ce dernier et présentent une flottabilité pouvant porter jusqu’à vingt fois son poids. Il présente des propriétés avantageuses : hydrophobe, résistant aux attaques fongiques et bactériennes, peu prisé des rongeurs, il est aussi très doux et oléophile. Ses capacités d’absorption dépassent celles du coton hydrophile. Sa principale difficulté d’utilisation réside est son inflammabilité ou en encore plus exactement des poussières qu’elle génère au cours de ses manipulations.
Le kapokier, pentandra de Ceiba est un grand arbre tropical, à feuilles caduques, poussant en Amérique tropicale, en Afrique et en Inde. Cet arbre à croissance rapide est généralement grand de 14 à 30 m ; le kapok ou capoc est parmi les arbres les plus grands en Afrique. Il peut avoir des fleurs roses, blanches ou jaunes pales organisés en faisceaux.
Classification : Division Magnoliophyta, Classe Magnoliopsida, Sous-classe Dilleniidae, Ordre Malvales, Famille Bombacaceae[52]. Les arbres adultes produisent plusieurs centaines de cosses de 15 centimètres. Les cosses contiennent des graines entourées par une fibre pelucheuse et jaunâtre qui est un mélange de lignine et de cellulose. La fibre est très flottable, résiliente, fortement inflammable et résistante à l’eau. Elle ne peut pas être tissée, mais elle est employée comme rembourrage pour la literie et la tapisserie d’ameublement et pour l’isolation. Elle a été précédemment beaucoup employée dans des vestes de survie et des dispositifs semblables, ensuite cette fibre a été, en grande partie, remplacée par des matériaux synthétiques.
Les graines produisent une huile verte jaunâtre utilisée localement en nutrition et dans la fabrication du savon. Elles peuvent être également utilisées comme engrais. Les jeunes feuilles sont également consommées. Le bois de cet arbre est également employé. L’arbre le plus commercialisé est cultivé en Asie, notamment à Java – d’où le surnom du kapok de coton de java – ; il est également cultivé en Malaisie et en Indonésie, mais aussi aux Philippines et en Amérique du Sud. On trouve une fibre semblable dans le Malabar Ica indien. Cette fibre de capoc indien est plus foncé et moins flottable[52]. En 1997, le chiffre d’exportation du kapok atteignait 950 tonnes pour la Thaïlande et 660 tonnes pour l’Indonésie, les deux pays les plus grands producteurs de cette fibre au monde. Dans la plupart des pays d’Afrique, elle est laissée en dépôt, provoquant parfois des incendies, tant elle est légère et inflammable.
Caractéristiques morphologiques
Les capsules sont ouvertes à la main et égrenées, le kapok est comprimé en balles pour le transport. La fibre est légère, très proche du coton, imputrescible et absorbante.
Le kapok se distingue du coton par les caractéristiques suivantes :
– il est cylindrique et non vrillé ;
– la longueur moyenne des fibres de kapok, très courte, est de 10 à 23 mm alors que celle de la fibre de coton atteint 70 mm ;
– du point de vue chimique, le kapok est lignifié et neutre.
La légèreté notoire du kapok lui offre les caractéristiques ci-après :
– Flottabilité : les vêtements et matériel de survie étaient fabriqués à partir du kapok avant l’arrivée du polystyrène et les mousses expansées qui sont les plus utilisés dans ce domaine actuellement.
– Pouvoir isolant : grâce à sa forme, le kapok est le meilleur isolant parmi les fibres naturelles qui peuvent rivaliser avec les fibres chimiques telles que le polyester en matière de confort thermique.
Par ailleurs, le kapok présente les caractéristiques suivantes :
– Douceur : éventuellement due à la présence de la cuticule cireuse ;
– Absorption : en matière d’absorption, le kapok peut concurrencer le polypropylène et le coton hydrophile, il est également souple et oléophile.
L’inconvénient majeur du kapok est son inflammabilité excessive. Mais il existe des produits d’apprêt ignifuges pour fibres cellulosiques ; l’essentiel est de respecter certaines conditions notamment la compatibilité avec d’autres fibres en cas de mélange, la facilité de mise en œuvre, la non toxicité, la neutralité chimique, la durabilité et la résistance à l’entretien. Grâce à ces caractéristiques, l’ameublement est aujourd’hui le domaine d’application essentiel du kapok. La fibre de kapok est commercialisée sans transformation[54] et faute de connaître ses propriétés thermophysiques, ses applications sont limitées. Ceci est aussi dû à l’arrivée des fibres synthétiques et aux difficultés de filage. Plusieurs applications sont envisageables :
– dans le bâtiment et les systèmes de production et de conservation de froid, le kapok serait une excellente barrière thermique au même titre que la laine de verre ;
– dans l’ameublement : couvertures matelassées, couettes, … ;
– en confection : blousons et parkas matelassés, … ;
– en produit d’essuyage compte tenu de la très grande capacité d’absorption des matières grasses.
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Table des matières
INTRODUCTION
I. LES MATERIAUX ETUDIES
I.1. INTRODUCTION
I.2. LE KAPOK
I.2.a. Origine du kapok
I.2.b. Caractéristiques morphologiques
I.3. FILASSE
I.4. PLATRE
I.4.a. Composition, fabrication du plâtre
I.4.b. Qualités
I.4.c. Avantages et inconvénients
I.4.d. Mise en œuvre comme liant
I.4.e. Séchage, finition, protection, conservation
I.4.f. Interactions chimiques
I.5. CONCLUSION
II. CARACTERISTIQUES PHYSIQUES DES MATERIAUX – GENERALITES
II.1. INTRODUCTION
II.2. CARACTERISTIQUES DES MILIEUX POREUX
II.2.a. Notion de porosité
II.2.a.1. Porosité totale
II.2.a.2. Porosité ouverte
II.2.a.3. Porosité fermée
II.2.b. Masse volumique
II.2.b.1. Masse volumique apparente
II.2.b.2. Masse volumique réelle
II.2.b.3. Masse volumique théorique
II.2.b.4. Taux volumique des granulats et du liant
II.3. CARACTERISTIQUES THERMOPHYSIQUES DES MATERIAUX POREUX EN REGIME PERMANENT
II.4. MODELISATION
II.4.a. Interfaces solide – fluide plans
II.4.a.1. Modèle série
II.4.a.2. Modèle parallèle
II.4.b. Interfaces solide – fluide non plans
II.4.b.1. Modèle de Maxwell
II.4.b.2. Modèle de De Vries
II.4.b.3. Modèle de Gemant
II.4.c. Modèles à juxtaposition de résistances
II.4.c.1. Modèle de Willys et Southwick
II.4.c.2. Modèle de Krischer
II.4.c.3. Modèle de Russel et Frey
II.4.d. Echanges radiatifs dans les milieux poreux
II.5. CONCLUSION
III. MESURE DE LA CONDUCTIVITE THERMIQUE
III.1. INTRODUCTION
III.2. CONDUCTIVITE THERMIQUE
III.3. PHENOMENE DE COUPLAGE
III.4. MESURE DE LA CONDUCTIVITE THERMIQUE EN REGIME PERMANENT
III.4.a. Plaque chaude gardée
III.4.b. Fil chaud
III.4.c. Cylindres coaxiaux
III.4.d. Fluxmètre thermique
III.4.e. Méthode des boites
III.4.e.1. Description de l’appareillage utilisé
III.4.e.2. Coefficient de déperdition
III.4.e.3. Principe de mesure
III.4.e.4. Détermination de la conductivité thermique apparente
III.4.e.5. Précision de la mesure
III.5. CONCLUSION
IV. MESURE DE LA DIFFUSIVITE THERMIQUE
IV.1. INTRODUCTION
IV.2. DEFINITION
IV.3. METHODES DE MESURE DE LA DIFFUSIVITE THERMIQUE
IV.4. METHODES DU SIGNAL PERIODIQUE
IV.5. METHODES IMPULSIONNELLES OU « FLASH »
IV.5.a. Modèle de PARKER
IV.5.b. Principales méthodes d’identification
IV.5.b.1. Amélioration de la méthode de PARKER
IV.5.b.2. Principe de la diffusivité apparente
IV.5.b.3. Méthode des moindres carrées
IV.5.b.4. Méthode logarithmique
IV.5.b.5. Méthode des temps partiels
IV.5.b.6. Méthode des moments temporels partiels
IV.5.c. Modèle de DEGIOVANNI
IV.5.d. Méthode des quadripôles
IV.5.e. Estimation des paramètres
IV.5.f. Dispositif expérimental
IV.6. CONCLUSION
V. AUTOMATISATION DU SYSTEME DE MESURE
V.1. INTRODUCTION
V.2. ORGANIGRAMME
V.3. MESURE DE LA CONDUCTIVITE
V.4. MESURE DE LA DIFFUSIVITE
V.5. CONCLUSION
CONCLUSION
